合成氨变换中温换热器阻力增大原因及对策

高晓静

（兖矿鲁南化肥厂，山东 滕州 277527）

合成氨变换中温换热器阻力增大原因及对策

高晓静

（兖矿鲁南化肥厂，山东 滕州 277527）

对合成氨净化系统中温换热器管程出口水煤气温度下降、系统压力降逐步上升的原因进行了分析，结果发现，中温换热器水煤气一侧的“U”列管内附着大量黑色细小煤粉和结晶物造成了阻力增大。通过清洗换热器消除了阻塞，同时提出了预防措施，避免再次事故发生。

变换；中温换热器；阻力

某厂300 kt/a合成氨装置的净化系统，把德士古加压气化来得的水煤气经过CO全变换、聚乙二醇二甲醚（NHD）脱硫、脱碳，甲烷化制得CO+CO2体积分数≤10×10-6的精制气送往氨合成系统。其中变换系统采用中串低变换工艺，水煤气经过水煤气分离器，中温换热器，第1中变炉、第2中变炉、低变炉，中间利用废锅回收余热，最终得到CO体积分数≤0.5%的变换气。

1 流程介绍

如图1，德士古加压气化来的水煤气压力3.8 MPa、温度214℃，进入水煤气分离器进行气液分离后进入中温换热器管程，被加热后的水煤气进入第1中变炉进行CO变换反应。从第1中变炉出来的变换气进入中温换热器的壳程与管程的气体换热。中温换热器是双“U”型管卧式换热器，一侧管程走水煤气，一侧管程走脱碳气。一变炉的入口温度控制在（260±20）℃，通过中温换热器走水煤气一侧的冷线自调阀TV6201和水煤气副线控制。

2 事故经过及原因分析

2010年7月4日，氨净化操作人员发现第1中变炉入口温度比设定的温度低（设定为252℃），此时入口温度调节阀TV6201也自动关闭，于是操作人员立即通知现场及仪表人员，检查确认TV6201自调是否出现故障。确认自调阀开关正常后，操作人员以为现场中温换热器水煤气副线截止阀开度大造成的，于是下令现场人员去调节副线阀，经确认副线阀只有1圈的开度，阀门关闭后第1中变炉入口温度由原来的247℃升至247.5℃。当班操作人员立即联系车间管理人员查明问题，系统继续生产，第1中变炉入口温度继续下降。为了不使炉温持续下降造成垮炉温，气化尽量提高水煤气温度，系统减量生产减小空速，维持炉温。

图1 变换局部流程Fig 1 Transformation flow chart

7月8日，第1中变炉入口温度下降到243℃，此时第1中变炉床层温度也在下降，上层下点已降到催化剂活性温度400℃以下，同时发现整个变换系统的压差由原来的0.3 MPa上升到0.6 MPa，于是被迫停车。

通过排除的手段对氨净化工段到变换炉入口这段管线整体分析排查，原因分析如下。

1）最初分析认为是气化带水，或水煤气分离器液位假指示导致中温换热器出口水煤气温度低，于是对水煤气管线低点导淋排水，同时通知仪表人员校验水煤气分离器一次表。结果发现水煤气导淋排出的只有气体，并没有水，仪表液位计指示也正常，排除了此种情况。

2）继续分析有可能是中温换热器走水煤气一侧的“U”管有漏点，使水煤气漏入中温换热器壳程的变换气中，使第1中变炉入口温度降低，那么第2中变炉和低变炉出口CO含量会超标。通知对2个变换炉出口CO取样分析，结果表明，2个变换炉出口CO的体积分数分别为0.66%和0.46%，都在正常范围内，所以此种原因排除。

3）如果是中温换热器走脱碳气一侧的“U”管有漏点导致水煤气温度下降，那么壳程的变换气会串入脱碳气中，甲烷化炉温会暴涨，但通过观察发现甲烷化炉温正常，因此也排除了这种情况。

4）从入气液分离器到中温换热器水煤气出口只有2个温度仪表控制点，发现这2点之间的温度差比以前小了几十摄氏度，以前TV6201最低有20%以上的开度，现在换热温差减小，变换系统阻力也增大了0.3 MPa。认为有可能是水煤气分离器的丝网除沫器堵塞或者是内件损坏掉落堵塞管道，技术人员用标准表对水煤气进出口管压力进行测量，发现压差只有2 kPa，这说明分离器没有问题，问题可能出在中温换热器上。

5）用标准压力表对中温换热器走水煤气一侧的“U”管进出口压力进行测量，测量后发现进出口压差增大，有0.29 MPa，而其设计压力为0.18 MPa，所以判定水煤气一侧的“U”管有堵塞现象。2010年6月30日到2010年7月2日，气化煤气洗涤系统中的水洗塔液位低于正常值，为控制液位必须补充大量的冷凝水，造成合成气带水严重同时气量波动较大，加减量频繁。变换系统水煤气分离器液位经常高限。气化因水洗塔液位控制不稳被迫停车，经检查发现，水洗塔塔盘损坏，塔盘上积灰严重，洗涤效果差，合成气中夹带大量水气、煤灰、N等物质进入氨净化系统。

停车后拆下换热器封头，检查发现中温换热器走水煤气一侧的“U”列管内附着大量的黑色细小煤粉和结晶物。经检测附着的结晶物为碳铵结晶体，而中温交换器前后温度情况正好符合碳酸氢铵或碳酸铵的结晶，所以断定中温换热器管程出口水煤气温度下降的原因是由于大量的煤粉和碳铵结晶物造成中温换热器堵塞，致使系统压差增大而引起的。

3 解决对策

系统停车后，对整个变换系统置换。分析合格后，对中温换热器前后设备加盲板隔离处理后，使用高压水枪对每根“U”列管管束进行水洗，冲出的污水中有很多黑色的细小煤粉和白色结晶小颗粒，经过反复冲洗后，直至流出干净的水为止。

7月10日氨净化系统开车，通过TV6201和水煤气副线第1中变炉入口温度能够及时跟踪调节，变换系统压差为0.35 MPa。7月12日，对中温换热器走水煤气一侧的“U”管进出口压差进行测量，结果为0.12 MPa，比水洗前降低了0.17 MPa。同时通过对第1中变炉入口温度的调节使床层温度稳定，出口CO含量正常。

此类事故的起因是气化炉带灰使洗涤塔液位不稳定，塔盘损坏，洗涤效果差，致使大量的水夹带着煤灰和氨等物质带入氨净化系统。正常情况下，中温换热器中水煤气温度在300℃以上，铵盐结晶很难发生的。主要是大量的煤灰夹带着氨氮物质粘附在列管管壁上，积灰严重，内层温度低就析出一些盐类物质。因此解决中温换热器堵塞问题最主要的因素在于控制气化炉带灰问题。具体措施如下：

1）稳定气化炉负荷，防止系统压力波动，系统一旦超压，立即放空；

2）保持系统的水平衡稳定，适当提高气化炉的液位，严禁水洗塔液位大幅度波动；

3）排查所有进入气化炉界区的水质，每天对水质进行分析比较，观察变化趋势，并采取相应措施进行控制。根据分析数据情况，定期对系统水质进行置换；

4）根据灰熔点情况，及时调整汽化炉炉温，确保炉温稳定在指标之内。通过监控煤质、煤浆含量情况，稳定气化炉外围运行环境；

5）净化人员加强水煤气分离器的排放，防止液位过高；

6）操作人员注意第1中温变换炉入口温度变化情况，及时分析与汇报；

7）技术管理人员定期对中温换热器的压差进行测量，及时掌握系统阻力情况；

8）利用停车的机会对中温换热器进行检查，若发现有少量的煤灰及铵盐及时清除掉，避免积少成多。

4 结束语

为防止中温换热器不再发生堵塞现象，从气化工序到氨净化工序都采取了积极有效的预防措施。自2010年7月10日开车后连续稳定运行。从停车检修情况看，水洗塔塔盘没有发现明显积灰现象，混合器和合成气管线洁净，中温换热器无积灰现象；从设备运行情况看，无带灰现象，中温换热器阻力及第1中温变换炉入口温度无异常变化。

Cause Analysis and Countermeasures for Resistance Increases of Medium Temperature Heat Exchanger

Gao Xiaojing
（Yankuang Lunan Chemical Fertilizer Plant,TengZhou,Shandong 277527）

By analyze the phnomenon of temperature decrease of the water gas on the tube side heat exchanger exit and the increase of system pressure in synthetic ammonia cleaning system during the text.The researcher found that the problem comes from the blockage of coal power in U tube,and the preventive measures were put forward

medium temperature heat exchanger;resistance;analysis;treatment measure

TQ113.26+4.2

B DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.06.016

2010-10－18