張偉華

(中海石油華鶴煤化有限公司, 黑龍江鶴崗 154100)

低溫甲醇洗工藝是在相當(dāng)?shù)偷臏囟认?，利用甲醇的物理吸收去除粗合成氣中的雜質(zhì)氣體，再利用低溫下二氧化碳、硫化氫能高度溶解于甲醇而氫氣、一氧化碳不易溶解于甲醇的特點(diǎn)，達(dá)到脫除凈化的目的。中海石油華鶴煤化有限公司現(xiàn)有年產(chǎn)30萬t合成氨、52萬t大顆粒尿素裝置，并配套建設(shè)年產(chǎn)60萬t新華煤礦(提供原料煤)。該項(xiàng)目中，煤氣化采用美國GE水煤漿氣化技術(shù)，變換采用寬溫耐硫變換工藝，脫硫、脫碳采用大連理工大學(xué)低溫甲醇洗工藝，合成氣精制采用杭州制氧機(jī)集團(tuán)股份有限公司(簡稱杭氧公司)的液氮洗工藝，氨合成采用丹麥Haldor Topsoe公司的技術(shù)，尿素裝置采用荷蘭2000+TM技術(shù)，其它裝置均采用國內(nèi)先進(jìn)成熟技術(shù)。此項(xiàng)目于2015年5月9日成功投產(chǎn)運(yùn)行，2017年7月，低溫甲醇洗裝置氨冷器出現(xiàn)內(nèi)漏，嚴(yán)重影響低溫甲醇洗冷量回收及氨氣壓縮機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

1 裝置基本情況

低溫甲醇洗裝置設(shè)計(jì)額定處理能力為157 457 m3/h(干基)的原料氣進(jìn)行酸性氣體脫除，副產(chǎn)二氧化碳和酸性氣體供尿素和硫回收使用。對(duì)應(yīng)離心式氨氣壓縮機(jī)，通過壓縮氨冷器閃蒸出的氣氨為甲醇洗滌提供冷量。氨氣壓縮機(jī)的生產(chǎn)廠商為沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，其型號(hào)為MCL606(LP)+3MCL608(HP)。氨氣壓縮機(jī)內(nèi)部采用雙缸三段串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，以滿足壓縮機(jī)在加氣時(shí)的壓力和溫度要求，其中低壓缸一段6個(gè)葉輪；高壓缸為二段(第一段為3級(jí)，第二段為5級(jí))，共8級(jí)。為提高整臺(tái)機(jī)組的效率，全部采用三元葉輪，由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。軸端密封采用帶中間迷宮的串聯(lián)式干氣密封。

2 工藝流程

冷凍系統(tǒng)閃蒸的氣體與4臺(tái)氨冷器來的混合氨氣進(jìn)入一段分離器，在分離器內(nèi)與二段分離器導(dǎo)淋液、調(diào)溫液氨、防喘振氣一起混合，分離出的液氨通過底部的液氨泵抽出送至氨分離器，氣體(體積流量為24 184 m3/h、溫度為-39.0 ℃、壓力為0.059 MPa)進(jìn)入壓縮機(jī)低壓缸。氣體壓縮后經(jīng)水冷器降溫后進(jìn)入二段分離器，在分離器內(nèi)與氨合成第一氨冷器來的閃蒸氣以及三段分離器導(dǎo)淋液、調(diào)溫液氨、防喘振氣一起混合，氣體(體積流量為46 414 m3/h、 溫度為64.4 ℃、壓力為0.250 MPa)進(jìn)入壓縮機(jī)高壓缸二段壓縮。壓縮后的氣體被排出缸外，經(jīng)二段冷卻器冷卻后進(jìn)入三段分離器，與氨合成第二氨冷器來的閃蒸氣、調(diào)溫液氨、防喘振氣混合進(jìn)入壓縮機(jī)三段壓縮。經(jīng)壓縮的氣體(溫度為136.6 ℃、壓力為1.575 MPa)被排出缸體。氣體經(jīng)三段冷卻器降溫、分離后被送入氨冷系統(tǒng)。

為防止機(jī)組發(fā)生喘振，系統(tǒng)在三段分離器后設(shè)置3路氣體返回管線,通過 3個(gè)調(diào)節(jié)閥控制氣體分別返回到各段入口以增加氣體流量。

為了調(diào)節(jié)壓縮機(jī)入口溫度，從氨分離器引液氨作為調(diào)溫液氨。液氨分別經(jīng)過3個(gè)溫度調(diào)節(jié)閥調(diào)控后，進(jìn)入壓縮機(jī)一段、二段、三段入口，利用液氨氣化吸熱來調(diào)控各段入口溫度。工藝流程見圖1。

圖1 低溫甲醇洗工藝流程圖

3 氨冷器泄漏現(xiàn)象及分析判斷

2017年7月25日，中控操作人員發(fā)現(xiàn)低溫甲醇洗富甲醇段間氨冷器(E04205)出口甲醇溫度由-29 ℃上漲至-18 ℃，換熱效率下降較快；同時(shí)，氨冷器液氨殼程液位逐漸上漲，伴隨壓縮機(jī)入口分離器液位頻繁上漲。

啟動(dòng)液氨泵后一段分離器，液位恢復(fù)正常，氨閃蒸槽液位明顯上漲，分析判斷氣氨帶液進(jìn)入一段分離器。隨后，氨冷器制冷效果不斷下降，E04205的進(jìn)出物料沒有明顯溫差，其余氨冷器物料出口溫度比正常時(shí)升高1～2 ℃。低溫甲醇洗裝置中，冷端洗滌甲醇溫度也相繼上升，氣氨帶液發(fā)生頻次增多，液氨泵啟動(dòng)頻繁且困難，存在氣縛現(xiàn)象。

與此同時(shí)，氨閃蒸槽的壓力隨液氨泵啟停波動(dòng)，各氨冷器液位出現(xiàn)漂移,氨氣壓縮機(jī)一段分離器液位出現(xiàn)指示不準(zhǔn)確的情況。

工藝聯(lián)系儀表對(duì)遠(yuǎn)傳液位計(jì)進(jìn)行檢查調(diào)校時(shí)發(fā)現(xiàn),遠(yuǎn)傳液位計(jì)內(nèi)附著固體物質(zhì)。該附著物質(zhì)用水沖洗能被迅速溶解，經(jīng)分析是碳銨結(jié)晶、鐵銹、硅、鈣等無機(jī)鹽的混合物。

分析氨受槽惰性氣體，發(fā)現(xiàn)其含有氫氣、一氧化碳；分析液氨，發(fā)現(xiàn)其蒸發(fā)后的殘液中含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為10%、甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為60%。由此確定氨冷器存在泄漏現(xiàn)象[2-3]。

4 氨冷器泄漏對(duì)系統(tǒng)的危害

氨冷器泄漏后，工況出現(xiàn)波動(dòng)，影響凈化系統(tǒng)和氨氣壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，迫使裝置不得不降低負(fù)荷，甚至被迫停車。

4.1 凈化和冷凍氨系統(tǒng)惡化

氨冷器泄漏后，凈化氣中的硫化氫和二氧化碳等酸性物質(zhì)及微小結(jié)晶顆粒隨氣氨管線進(jìn)入氨冷凍系統(tǒng)，最終進(jìn)入氨罐，導(dǎo)致液氨品質(zhì)變差。同時(shí)降低品質(zhì)的液氨又被反送回至氨冷器內(nèi)，液氨中的雜質(zhì)就會(huì)在其底部沉積，形成厚厚的泥狀物，對(duì)整個(gè)冷凍系統(tǒng)造成污染。于是，氨冷器主控和現(xiàn)場液位計(jì)頻繁堵塞，無法正確指示并控制。

4.2 危害低溫甲醇洗裝置運(yùn)行

氨冷器液位控制不準(zhǔn)，氨氣壓縮機(jī)做功能力下降，凈化系統(tǒng)冷量明顯降低，造成脫除凈化氣中硫化氫和二氧化碳的效果下降，導(dǎo)致下一單元液氮洗分子篩吸附超負(fù)荷以及出口微量超標(biāo)。嚴(yán)重時(shí)，造成液氮洗冷箱壓差增加，裝置負(fù)荷不得不一降再降，直到被迫停車。

4.3 危害氨氣壓縮機(jī)

氨冷器泄漏后，帶有雜質(zhì)的氣氨隨管道進(jìn)入氨氣壓縮機(jī)入口，二氧化碳和甲醇也會(huì)與氨氣直接生成碳銨和甲胺，在低溫下以結(jié)晶形式存在，導(dǎo)致氣氨入口通道堵塞，影響氨冷器揮發(fā)和氨氣壓縮機(jī)運(yùn)行。同時(shí)，泄漏的硫化氫，在管板表面進(jìn)一步電化學(xué)腐蝕，加速氨冷器管板焊內(nèi)腐蝕，導(dǎo)致泄漏逐步嚴(yán)重。長時(shí)間的運(yùn)行積累會(huì)堵塞壓縮機(jī)入口過濾器，導(dǎo)致氣氨管線結(jié)晶附著難以清除(見圖2)，氨氣壓縮機(jī)不得不降低負(fù)荷，運(yùn)行能耗增加，同時(shí)縮短干氣密封的使用壽命，大大增加壓縮機(jī)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

5 氨冷器泄漏后的應(yīng)對(duì)措施

5.1 停車交出

8月4日23：00，裝置停車檢修，停開車及檢修時(shí)間控制在48 h之內(nèi)，進(jìn)行冷凍系統(tǒng)及甲醇洗洗滌塔系統(tǒng)隔離、排甲醇、置換氨側(cè)和甲醇側(cè)等措施。氨冷器氨側(cè)進(jìn)出口和甲醇側(cè)進(jìn)出口加盲板隔離。

5.2 檢修、沖洗

拆除氨冷器封頭后，發(fā)現(xiàn)封頭內(nèi)存在石子。對(duì)氨冷器進(jìn)行抽芯，當(dāng)換熱器列管抽離到7 cm時(shí)，觀察到換熱器列管已被碳銨全部包裹住。同時(shí)列管和換熱器殼層卡住，無法繼續(xù)抽芯。隨即回裝列管，對(duì)換熱器殼層進(jìn)行熱除鹽水沖洗。拆下氨冷器主控液位計(jì)、氣液相雙法蘭，將提前準(zhǔn)備好的熱除鹽水接至主控液位計(jì)氣相口，沖洗結(jié)晶；同時(shí)用消防水接至主控液位計(jì)液相口進(jìn)行沖洗。將排氨管線球閥打開沖洗結(jié)晶，疏通后就地排放一段時(shí)間，關(guān)閉球閥，在抽出管束側(cè)排。抽出部分列管，當(dāng)無結(jié)晶后，保運(yùn)回裝管束。回裝完畢后，使用熱除鹽水反復(fù)沖洗氨冷器殼層3次，恢復(fù)管線。

5.3 管板試漏

引一部分氨進(jìn)入氨冷器殼層,對(duì)氨冷器管板進(jìn)行查漏，將氨冷器高壓氮管線現(xiàn)場壓力表連換熱器側(cè)投用，觀察換熱器內(nèi)壓力，稍開液氨側(cè)前后截止閥，利用漏量將液氨引至換熱器殼層?，F(xiàn)場壓力表顯示上漲后，立刻關(guān)閉液氨截止閥，開高壓氮?dú)忾y進(jìn)行殼側(cè)充壓,至0.4 MPa后，利用準(zhǔn)備好的酚酞進(jìn)行查漏。其間，對(duì)管板用熱除鹽水進(jìn)行沖洗，保證檢查的準(zhǔn)確性，同時(shí)利用肥皂水進(jìn)行查漏。通過多次查漏，發(fā)現(xiàn)氨冷器底部管板存在砂眼。聯(lián)系儀表，拆下氨冷器現(xiàn)場液位計(jì)，疏通液相管線后復(fù)位[4]。

5.4 泄壓、堵漏、回裝

確認(rèn)漏點(diǎn)后，通過主控液位計(jì)脫開處對(duì)換熱器進(jìn)行泄壓，泄壓結(jié)束后通入氮?dú)獗３治⒄龎?，?duì)漏點(diǎn)進(jìn)行焊接處理。焊接結(jié)束后充壓再做0.4 MPa查漏，無漏點(diǎn)后進(jìn)行拆工裝、換熱器沖洗、回裝封頭、抽盲板、換熱器置換、充壓、氣密等工作。完畢后，系統(tǒng)開車。

開車后，裝置換熱效率又恢復(fù)至未泄漏之前，溫差達(dá)到15 K以上，擁有較好的制冷能力(見圖3)。

6 結(jié)語

該設(shè)備內(nèi)漏事故證明，氨冷器內(nèi)漏前期可通過間斷排出碳銨的方式維持裝置運(yùn)行，但不是徹底解決問題的辦法。出現(xiàn)氨冷器內(nèi)漏后，要及時(shí)停車處理，將問題解決在初期。實(shí)際運(yùn)行過程中，設(shè)備內(nèi)漏情況很多，在平時(shí)工作中要加強(qiáng)技術(shù)管理，發(fā)現(xiàn)指標(biāo)異常時(shí),要及時(shí)分析原因，并采取有效措施，將裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)降至最低，保障裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。