1、海油富島合成氨裝置技改總結(jié)海洋石油富島股份有限公司吳永由摘要 對(duì)海油石油富島股份有限公司合成氨裝置的技改項(xiàng)目的改造原 因、過(guò)程、運(yùn)行狀況進(jìn)行分析和總結(jié)。關(guān)鍵詞 技術(shù)改造 增產(chǎn) 節(jié)能海油富島股份有限公司合成氨裝置為日產(chǎn)1000噸液氨，是日 本千代田株式會(huì)社設(shè)計(jì)并提供設(shè)備，中國(guó)成達(dá)化學(xué)工程公司總體設(shè) 計(jì)，并與千代田株式會(huì)社合作建設(shè)該裝置，采用英國(guó)AMV-ICI工藝。 經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)裝置存在一些設(shè)計(jì)和設(shè)備缺陷，為了克服這些 缺陷并對(duì)裝置進(jìn)行增產(chǎn)節(jié)能改造，從2001年立項(xiàng)、可行性研究、論 證、實(shí)施、到2004年投用，歷時(shí)3年多，現(xiàn)所有改造項(xiàng)目都并入系 統(tǒng)運(yùn)行，效果非常明顯。一、改造前的生產(chǎn)背景和

2、現(xiàn)狀海油富島公司一期合成氨裝置自96年投產(chǎn)后，經(jīng)過(guò)5年多的運(yùn)行， 取得了很大的成績(jī)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置存在一些設(shè)計(jì)和設(shè)備問(wèn)題，特別是 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在明顯的缺陷，原料氣預(yù)熱盤管超溫，設(shè)計(jì)溫度為 580C，實(shí)際操作溫度為603C610C，而一段爐出口溫度卻低于設(shè) 計(jì)值776C，實(shí)際操作溫度在750C755C之間。這樣就形成了一段 爐在操作上的矛盾，一方面盤管超溫影響設(shè)備的使用壽命，另一方面 一段爐出口溫度低造成轉(zhuǎn)化部分的能力下降。另外，轉(zhuǎn)化系統(tǒng)還存在高壓蒸汽過(guò)熱溫度低和高變?nèi)肟跍囟容^高 的現(xiàn)象，這里邊除了有TC03023和HV03004調(diào)節(jié)的問(wèn)題外，更重要 的是03E002的換熱效率下降和換熱面積偏

3、小所造成的，改造前 03E002后的過(guò)熱蒸汽平均溫度只有390C，離設(shè)計(jì)值484C有94C的 差距，這樣影響了蒸汽的做功能力和透平的運(yùn)行。由于以上缺陷的存在就使轉(zhuǎn)化系統(tǒng)成為了合成氨裝置穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)運(yùn) 行的一大瓶頸。02MT01/02K001機(jī)組是合成氨裝置最為重要的大機(jī)組，它的穩(wěn)定 高效運(yùn)行直接影響合成氨裝置的正常生產(chǎn)。從1996年投產(chǎn)以來(lái)，該 機(jī)組表現(xiàn)為功率不足，19961998年三年間共因02MT01跳車裝置 被迫停車達(dá)50多次。經(jīng)過(guò)幾年的摸索和工程技術(shù)人員的努力逐漸掌 握了 02MT01的特性，根據(jù)環(huán)境溫度的變化，調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷，使 02MT01能基本平穩(wěn)運(yùn)行，但系統(tǒng)負(fù)荷卻降了下來(lái)，平均下來(lái)每

4、天的 產(chǎn)量為950T/D左右（以9799年為基準(zhǔn)），離設(shè)計(jì)值有5%的距離。環(huán)境溫度的影響是十分明顯的，根據(jù)這幾年的運(yùn)行記錄，每年4 10月份氣溫較高，系統(tǒng)負(fù)荷平均只能維持在93%左右，10月份到次 年3月份，氣溫較低，系統(tǒng)負(fù)荷平均可達(dá)到98%左右，最高時(shí)可達(dá)到 103%；每天的情況都是這樣，每天上午到了 9： 00左右系統(tǒng)開(kāi)始減 負(fù)荷，18： 00開(kāi)始加負(fù)荷，就這樣來(lái)回反復(fù)，給操作和管理都帶來(lái) 了很大的麻煩，公司的效益也受到了極大的影響，是合成氨裝置的又 一大瓶頸。裝置在合成回路的設(shè)計(jì)上也存在節(jié)能的改造潛力。由于以上原因，合成氨裝置的平均生產(chǎn)負(fù)荷只能維持在95%左右 或稍高運(yùn)行，嚴(yán)重影響裝置的

5、生產(chǎn)能力的發(fā)揮和消耗水平的上漲，也 制約了公司經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提高。為此，在充分論證的基礎(chǔ)上提出 和實(shí)現(xiàn)合成氨裝置的增產(chǎn)節(jié)能改造項(xiàng)目。二，技改項(xiàng)目的選擇在蒸汽轉(zhuǎn)化前增建預(yù)轉(zhuǎn)化蒸汽加烴絕熱預(yù)轉(zhuǎn)化工藝是丹麥托普索公司為降低能耗，減輕蒸 汽轉(zhuǎn)化爐的負(fù)荷而開(kāi)發(fā)的新工藝。增加高壓蒸汽過(guò)熱器鑒于裝置中03E002高壓蒸汽過(guò)熱器能力不足，使過(guò)熱蒸汽不 能達(dá)到設(shè)計(jì)值，同時(shí)也不能保證在下游的高溫變換氣，在合理 操作范圍內(nèi)，增加高壓蒸汽過(guò)熱器03AE003改善和提高高壓蒸 汽的過(guò)熱溫度，使其實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)值，同時(shí)也改善了入高溫變換爐 的氣體溫度。增設(shè)燃?xì)鈾C(jī)入口前空氣冷卻器02MT01/02K001機(jī)組是合成氨裝置最為重

6、要的大機(jī)組。從96年投產(chǎn) 以來(lái)，該機(jī)組表現(xiàn)為功率不足，特別是環(huán)境溫度影響極大。為了提高 機(jī)組的出力，實(shí)現(xiàn)氨增產(chǎn)的需要，必須將其環(huán)境溫度，由經(jīng)常性的 35C降低至約15C，其02MT01/02K001的出力，即會(huì)滿足增產(chǎn)的需 要。同時(shí)增加了該機(jī)組的操作穩(wěn)定性。增建新鮮合成氣分子篩干燥，及合成回路系統(tǒng)改造。三，合成氨裝置改造前后的工況對(duì)比2004年大修期間對(duì)合成氨裝置進(jìn)行了改造，大修后開(kāi)車過(guò)程中， 逐漸將各項(xiàng)改造項(xiàng)目串入系統(tǒng)，通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，效果很明顯， 現(xiàn)就各項(xiàng)改造項(xiàng)目在實(shí)際運(yùn)行中是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行分析。1.預(yù)轉(zhuǎn)化部分（03AR001）預(yù)轉(zhuǎn)化爐串入后，經(jīng)過(guò)一段爐盤管預(yù)熱后的混合氣在預(yù)轉(zhuǎn)化爐

7、內(nèi) 進(jìn)行絕熱反應(yīng)，氣體中的大部分高碳烴，部分甲烷與蒸汽在較低的溫 度下發(fā)生蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，氣體中的高碳烴和部分甲烷轉(zhuǎn)化為 CO、 CO2、H2等，反應(yīng)式如下：C2H6+2H2O=2CO+5H2 - QC3H8+3H2O=3CO+7H2 - QC4H10+4H2O=4CO+9H2 - QC5H12+5H2O=5CO+11H2 - QCO+3H2O=CO2+H2+QCH4+H2O=CO+H2-Q一段爐混合原料氣入口溫度TI03020，由于設(shè)計(jì)問(wèn)題，改造前一百 在高于設(shè)計(jì)溫度（580C） 2030C左右運(yùn)行，長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)盤管壽命不 利，下面是串入前后工況對(duì)比表（表1）預(yù)轉(zhuǎn)化爐串入前（平均）預(yù)轉(zhuǎn)化爐串入后

8、（平均）一段爐入口溫度TI03012605 C578 C一段爐出口溫度TI03020756 C757 C預(yù)轉(zhuǎn)化爐入口溫度TI301499. 2C預(yù)轉(zhuǎn)化爐出口溫度TI308452. 4C卜面是預(yù)轉(zhuǎn)化爐進(jìn)、出口氣體成分變化表（表2）CH4C2H6C3H8C4H10C5H12COCO2Ar+N2H2%進(jìn)口82.072.771.000.590.150.778.772.251.63出口66.760.780.100.160.050.2312.181.1618.58從表1和表2中可看出，預(yù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)串入后，一段爐入口盤管溫 度TI03012溫度下降了 2030C,預(yù)轉(zhuǎn)化爐后CH4濃度從82.07%下 降到66

9、.76%,轉(zhuǎn)化率為18%。高碳烴轉(zhuǎn)化比較完全，C2H6轉(zhuǎn)化率為 72%, C3H8為90%； C4H10為72% ；這樣在保證一段爐出口甲烷不超 標(biāo)的情況下，一段爐的負(fù)荷就減輕了，達(dá)到增產(chǎn)節(jié)能的效果。2.高壓蒸汽過(guò)熱器（03AE003）由于蒸汽過(guò)熱器03E002換熱面積偏小以及換熱效率下降且不 易清洗，造成過(guò)熱蒸汽溫度較設(shè)計(jì)值（513C ）偏低50C左右， 既影響蒸汽的作功能力，高變溫度也不易控制。本次改造在 03E002后新增一臺(tái)蒸汽過(guò)熱器03AE003，彌補(bǔ)03E002的不足，提高過(guò)熱蒸汽溫度的同時(shí)，解決高變?nèi)肟跍囟绕叩膯?wèn)題。03AE003投用前后工況對(duì)比表（表3）串入03AE003前串

10、入03AE003后03E002出口高壓蒸汽溫度T03024409 C442 C03E002出口工藝氣溫度T03023348 C355 C經(jīng)一段爐盤管后高壓蒸汽溫度 T03006464 C496 C高變爐入口溫度T04001370 C343. 6C從表3可看出串入新?lián)Q熱器后，過(guò)熱高壓蒸汽的溫度提了 30C左右，雖然比設(shè)計(jì)值513C低10C多度，但已能大大提高高壓蒸汽的品 質(zhì)，提高蒸汽透平的能力，節(jié)約蒸汽的用量。而且高變的入口溫度下 降了將近30C，保護(hù)了催化劑，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。從而高變 的溫度可通過(guò)HV03004和TV03023調(diào)節(jié)。3.分子篩干燥系統(tǒng)以及合成回路改造新鮮氣改造部分原設(shè)計(jì)新

11、鮮氣在08E006前補(bǔ)入系統(tǒng)，經(jīng)08E006、08E008冷卻 后在08F001內(nèi)用液氨洗滌，除掉新鮮氣中殘余的水份和CO2等合成 觸媒的毒物，再在08E007、08E005中加熱后回到07K002循環(huán)段。改造后新增新鮮氣分子篩干燥器系統(tǒng)。甲烷化爐來(lái)的新鮮氣由 07K001壓縮，經(jīng)07E001、07E003冷卻到15C，在07F002中分離掉 水份后進(jìn)入新增分子篩干燥器系統(tǒng)，在其中除掉微量的水分和co2, 達(dá)到CO2低于1ppm,水低于0.1ppm。經(jīng)提純后的新鮮氣直接加入 07K002循環(huán)段入口，節(jié)省冷凍功。新鮮氣改造部分串入后，甲烷化爐氣經(jīng)過(guò)分子篩07R002A/B后 水含量為0.07pp

12、m，符合07R002A/B設(shè)計(jì)要求（V0.1ppm）。而合成 塔08R001入口氣體的成份與串入前相比氣氨含量下降了，使反應(yīng)向 有利于生成氨的方向進(jìn)行。2005年2月18日首次串入XV703閥后 合成塔氣體組分變化：入口氣體分析氣氨由3.16%下降至2.11%，出口 氣體分析氣氨由16.70%上升至19.55%。說(shuō)明合成塔的氨凈值提高了， 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率也提高了，節(jié)省了 07K002的壓縮功，也節(jié)省09K001的 冷凍功。同時(shí)，由于合成塔反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的提高，合成塔的熱點(diǎn)溫度比 以前提高，所以可以降低入口溫度來(lái)控制床層的熱點(diǎn)溫度，這樣可以 延長(zhǎng)合成塔催化劑的使用壽命。馳放氣系統(tǒng)原設(shè)計(jì)馳放氣是從合成回路

13、壓力最高的07K002出口抽出， 在經(jīng)過(guò)回收系統(tǒng)壓力降低后，回收氫可以不經(jīng)壓縮直接返回合成 回路壓力最低的07K002入口。但這并不是整個(gè)合成回路中惰氣濃 度最高的點(diǎn)，新鮮氣和返氫已在此之前補(bǔ)入合成回路，稀釋了惰 氣。技改后馳放氣抽出點(diǎn)改到合成塔出口在新鮮氣和返氫補(bǔ)入 之前的08E005出口，這里惰氣濃度最高。因馳放氣壓力降低，回 收氫不能直接返回合成回路，新增馳放氣壓縮機(jī)07K003，馳放氣 經(jīng)提壓后進(jìn)入回收單元。2005年3月17日，07K003馳放氣壓縮機(jī)首次并入系統(tǒng)，系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)變化如下：（表4）07K003串入前07K003串入后循環(huán)段流量（km3/h）482. 5454合成塔壓力M

14、Pa10.3410.01合成塔熱點(diǎn)溫度上升出口溫度上升從表4中可看出，由于馳放氣從07K002出口改到入口馳放，07K002循環(huán)段的流量下降了大約30km3/h，降低了 07K002的負(fù)荷。馳放氣從合成塔入口惰性氣體含量最高處馳放，循環(huán)氣體的惰性氣含 量下降，合成塔的壓力也下降，也就是說(shuō)，維持同樣的合成塔壓力， 馳放氣量可以少放，下降3km3/h左右，降低后系統(tǒng)的負(fù)荷，也節(jié)省 了能量。合成塔的熱點(diǎn)溫度再一次提高，可以進(jìn)一步降低合成塔入口 的溫度來(lái)控制床層溫度。4.空氣冷卻系統(tǒng)（2003年改造后先投用）采用冷凍系統(tǒng)提供的液氨來(lái)冷卻乙二醇溶液，再用乙二醇溶液冷 卻空氣。溫度35、相對(duì)濕度為80%的

15、工藝空氣和燃燒空氣經(jīng)新增 的空冷器冷卻到15C后，送往02K001和02MT01。冷媒介質(zhì)為25% 的乙二醇溶液。出空冷器的乙二醇溶液溫度11C，經(jīng)冷媒循環(huán)槽冷 媒輸送泵送至冷媒氨冷器，被冷凍系統(tǒng)來(lái)的液氨冷卻至1笆，進(jìn)入空 冷器。主要工藝參數(shù)改造前改造后工藝空氣量（km3/h）43. 545工藝空氣壓力（Mpa）3. 73. 95燃?xì)廨啓C(jī)乏氣溫度笆498480壓氣機(jī)入口溫度C3419從表5可以看出，在將燃?xì)廨啓C(jī)入口溫度從環(huán)境溫度34C降至19C 時(shí)，可以提供105%裝置負(fù)荷所需工藝空氣，與設(shè)計(jì)目的基本一致， 系統(tǒng)壓力也可提至設(shè)計(jì)值3.4Mpa （合成氣壓縮機(jī)入口），降低合成氣 壓縮功耗；CO2

16、吸收壓力增高，降低循環(huán)量，降低再生熱耗；改善合 成塔H2/N2，提高合成塔的單程反應(yīng)率，為降低轉(zhuǎn)化水碳比到設(shè)計(jì)值 創(chuàng)造了條件；裝置的操作穩(wěn)定性得到了極大的提高，燃?xì)廨啓C(jī)乏氣溫 度遠(yuǎn)離溫控溫度，解決了燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組因氣溫高帶來(lái)的跳車問(wèn)題。四、結(jié)論此次合成氨改造是非常成功的，所有改造項(xiàng)目都是在良好的正常 生產(chǎn)下進(jìn)行施工安裝任務(wù)，利用大修的機(jī)會(huì)完成與主裝置的碰管連接 工作，設(shè)備試壓、氣密實(shí)驗(yàn)、置換、沖洗等試車準(zhǔn)備工作均在停車大 修前和大修期間完成，大修結(jié)束裝置開(kāi)車后逐漸串入系統(tǒng)，并且能在 運(yùn)行中相互切換操作，以確保不因改造系統(tǒng)威脅裝置的生產(chǎn)運(yùn)行。燃?xì)廨啓C(jī)空冷系統(tǒng)改造項(xiàng)目在大氮肥行業(yè)里屬首創(chuàng)。項(xiàng)目投用后，系統(tǒng)負(fù)荷可以從原來(lái)的29km3/h提高到32km3/h操 作，產(chǎn)量從原來(lái)的950