化工装置安全稳定运行措施总结

李久明（中煤焦化控股有限责任公司,北京100011）

现代大型合成氨装置是目前工业庞大复杂的代表装置之一，工艺管线绝大部分为高温、高压管道。利用焦炉煤气经脱硫、富氧催化转化、变换、甲烷转化、MDEA脱碳和氨合成等工艺生产合成氨的各单元工程具有易燃、易爆、有毒有害的显著特征，结合实际运行经验，总结了必要措施预控不安全状态，为保障新项目长期稳定运行提供参考。

1 设计管理

化工设备的设计要根据工艺条件、设计要求、地质气象条件和有关标准规范，在给定资源条件下达到最优设计。一方面化工装置的正常运行需要有一定的操作弹性和适应性，当外部的物料流量、成分等和内部变化如腐蚀、结垢等发生时，设备能够适应变化的操作条件，例如化工反应装置和消音装置。另一方面应合理选择设备材料，换热器用钢材应考虑操作压力、温度、介质腐蚀性等进行选材，其中碳钢在低压、弱腐蚀性环境较不锈钢更加经济合理，不锈钢作为腐蚀性强、耐热和耐低温用钢表现比较优秀。合理的选材能够避免换热管腐蚀穿孔，防止循环水系统污染、水质超标。

变换冷凝液是由水煤气、天然气制备甲醇或合成氨原料气过程中，通过变换反应、冷却后形成的工艺废水，其中含有一定量的CO2、NH3、COD和BOD等环境污染物。由于变换气中含有13%的CO2、23%的H2O和一定量的NH3，在冷却器中发生冷凝，其中NH3-N含量1200mg/L，碳酸氢根含量3511mg/L，电导率3788us/cm，会对脱碳贫液换热器、变换气水冷器、净化气冷却器，甲烷化水冷器、净化气压缩机水冷器造成腐蚀。腐蚀原因一方面是碳钢换热管在冷凝气、液不断冲刷下，发生冲刷腐蚀和垢下电化学腐蚀，另一方面由于管板间介质的温度差而产生热应力腐蚀[1-4]。将上述设备全部更换为耐腐蚀的304不锈钢，重新安装投入使用后未再发生设备故障，定期进行检修、清洗、测厚是保证设备安全运行的有效措施之一。

2 控制工艺指标保持正常

化工生产系统物料温度、压力、流量的剧烈波动会引起物料超温、超压、相变，超出设备使用条件，进而影响正常生产安全。要求化工管理人员掌握物料的物理、化学和热力学性质，提高操作手册的编制水平，规范化工操作行为，来保证生产系统安全稳定。首先操作手册要清晰、直观、言简意赅的说明危险化学品的性质和特征，主要控制指标符合运行实际，对操作工日常工艺管理具有指导价值；其次操作人员应熟知本车间的生产过程及原理、设备结构、性能、生产控制方法及生产中不正常现象的判断和故障处理，严格执行经审批的操作规程和检修规程，及时处理生产中的不正常现象或事故。

煤气、富氧空气与中压过热蒸汽在联锁比例控制下进入自热式转化炉，通过催化剂催化发生转化反应，混合气中的甲烷被转化为H2和CO，副产中压蒸汽主要用于自用和下游车间使用，因此各蒸汽用户相互关联，运行是否稳定相互影响。当下游尿素车间开车时，需消耗大量中压蒸汽，导致焦炉气转化工段蒸汽压力急剧下降。煤气每小时流量在白班和夜班也有差别，最高相差11%。实际运行结果表明上述两种情况都对转化炉稳态运行和转化效果产生负面影响。因此，开车过程应掌握公用物料供求情况，有效组织均衡稳定生产，保持各项工艺指标平稳，缓慢开启中压蒸汽管网阀门进入其它用户界区，同时监控压力波动。当蒸汽需求减少时，适当开启放空阀，稳定压力，防止超压，平缓调整各项指标。过量的无法消耗的煤气转送发电，以减小负荷变动幅度，确保装置平稳运行。

3 控制设备和备件质量

一些关键设备、材料的质量关系到系统能否达到规定负荷和能否稳定运行，对这类物资厂家的设计资质、供货能力、业绩和市场信誉等综合评定，择优选定知名供应商。泵设备的工作性能受到多方面因素影响，外部因素包括进口状态、压力波动、缓冲容积大小等，内部因素包括缸径、转速、行程、填料和气阀漏气、活塞环磨损等都会影响容积效率和实际排量，容积效率越低，实际排量越低。柱塞泵弹簧是其零部件之一，工作中承受交变载荷，如发生折断或弹力降低时会导致泵体异响或震动，影响其安全可靠性。通常每3个月对进出口阀组进行一次检查，如出现故障须进行更换。因此备件质量的优劣关系到设备运行持续时间和检修的频率[5]。

4 把好安装质量关

管道、换热器的安装场地和焊接质量对以后稳定运行影响较大，其中砂石堆积堵塞是换热器容易实效的原因之一。氨合成水冷器用于冷却气氨，每年进行一次设备检查，以便掌握壳体封头厚度、内部构件腐蚀情况。运行2年冷却效果逐渐降低，设备内部腐蚀和堵塞严重。为了减少换热设备堵塞，除严格控制水质指标，减少金属表面腐蚀之外，还应在管道和设备安装施工前做好场地准备，以防砂石泥土进入水循环系统和累及其它设备。通常管道焊接前应做焊接工艺评定，确定适用的焊接方法。焊件组对前应将坡口及其内外侧表面不小于20mm范围内的杂质、污物、毛刺和镀锌层等清理干净，并不允许有裂纹和夹层等缺陷存在。焊接完成后立即去除渣皮、飞溅物，进行焊缝外观检查，发现缺陷后消除、修补，尽可能减少焊缝高度不够、不饱满、气孔、夹渣等缺陷[6-7]。

5 结语

氨是农业生产获得氮元素的主要途径，合成氨工业将依然在更加严苛的环境控制下继续发展[8]。因此其高温高压装置的安全不容忽视，从起始阶段的设计、选型、备件采购，到安装阶段的质量管理和运行阶段的工艺指标控制来实现装置的稳定安全运行。

[1]张英龙.200kt/a合成氨气体净化装置存在的问题及处理[J].中氮肥.2013,(2):12-14.

[2]江镇海.大型合成氨装置中的高温氢腐蚀及防护[J].腐蚀与防护.2008,29(3):170.

[3]施徐,李云祥.自制消音器降低蒸汽排放噪音[J].燃料与化工.2010,41(6):26.

[4]噪声控制新技术与消声器设计选用及质量检验规范实用手册[M].北方工业出版社.2006.

[5]李国威,张强,张辉.喷油煤浆泵柱塞弹簧的可靠性设计研究[J].煤炭工程,2008,(2)82-84.

[6]杨振国.核电装置换热器传热钛管的失效分析及其解决对策.第十二届中国体视学与图像分析学术会议论文集,2008,44-52.

[7]张昌平,赵成林.工业金属管道工程施工中监理质量控制[J].北方钒钛,2011,(1):45-47.

[8]刘化章.合成氨工业:过去、现在和未来—合成氨工业创立100周年回顾、启迪和挑战.化工进展,2013,32(9):1995-2005.