250 kt甲醇变换装置运行问题分析

徐广伟

(神华宁夏煤业集团甲醇分公司， 宁夏银川 750001)

神宁集团250kt甲醇变换装置采用的是QCS-03触媒，以钴钼为活性成分(氧化态化学组成为MoO3和CoO)的催化剂，使用前需要先硫化。2017年12月初变换装置出现原料气预热器换热效果下降现象，初步判断为工艺气带灰将变换工段某处堵塞，2018年3月堵塞情况进一步加剧。因变换装置调节困难，氢碳比失调，合成装置运行一段时间后需要放空合成气来降低系统压力，同时将大量集聚不能反应的一氧化碳输送至火炬燃烧，造成装置运行较为困难[1]。

1 变换工段简介

来自气化的粗水煤气经过气体增湿器D-501加温增湿后进入原料气预热器E-503，用来自变换炉R-501的变换气预热后从顶部进入预变换炉R-502，E-503出口温度用旁路阀TV0504调节，PDT0501用来监测预变换炉进出口压差。从R-502底部出来的粗煤气从顶部进入变换炉R-501。用TIA0509～TIA0514监测R-501各点温度，PDT0502用来监测其进出口压差。在变换炉内发生下面反应：

CO+H2O==H2+CO2+Q

出变换炉的变换气经原料气预热器E-503用粗煤气冷却后进入1#蒸汽发生器E-502，副产1.0MPa的低压蒸汽，PV0508控制出E502的蒸汽压力，LV0507控制E-502 液位。出E-502的变换气进入2#蒸汽发生器E-508，副产0.5MPa的低压蒸汽，PV0507控制出E-508的蒸汽压力，LV-0505控制E-508 液位至正常液位。为了满足甲醇合成对CO浓度的要求，来自气化的粗煤气有一部分不经过变换炉，并在此与E-508出来冷却后的变换气混合进入脱盐水预热器E-507，冷却后进入汽液分离器D-504进行汽液分离，再经过脱盐水冷却器E-501和水冷却器E-504冷却，进入分离器D-502进行气液分离。出D-502的变换气，正常情况下送往低温甲醇洗工段进行酸性气体脱除,有一小部分送至吹灰气压缩工段对辐射换热器和对流换热器进行吹灰，在净化工段不具备受气情况下，变换气送至火炬燃烧后放空。水冷却器E-504 进口和出口管线上配有中压过热蒸汽(MSS),当工艺管线上由于碳铵结晶堵塞时，采用MSS进行短时间吹扫，MSS温度为450 ℃、压力为3.82MPa。

2 变换装置存在的问题

2.1 变换工段的现象

目前变换炉床温较难维持，变换系统出口一氧化碳含量高，造成氢碳比失调[2]。正常时与目前情况下的变换床层温度及变换出口一氧化碳含量见表1。

表1 正常时与目前情况下变换工段参数对比

2.2 气化工段的现象及分析

气化工段表现为气化炉压力高，气化炉压力变化情况见表2。

表2 气化炉压力变化值

由表2可知：在2018年2月气化A炉运行期间，气化A炉压力偏高，平均比平时高0.6 MPa，而同期气化B炉和变换工段压力正常，说明是气化炉本身造成A炉压力偏高；2018年3月运行期间气化炉B和C的压力均偏高，说明是后系统造成的。在这三段时间内，变换工段压力变化不大，说明造成气化炉压力的原因在变换前、气化炉之后。其间只有两个设备，分别为变换工段的气体增湿器D-501和变换原料气预热器E-503。为了更准确地找出问题原因，在D-501出口管线导淋上增加临时压力表，临时压力表显示与运行气化炉压力一致，由此可判断是E-503堵塞造成气化炉压力偏高。

在2018年1月22至2月28日A炉运行期间，碳洗塔底泵P-128打量偏差，正常流量在60 m3/h，实际只有35 m3/h，造成A炉工艺气洗涤效果差，工艺气将灰带至变换工段，将原料气预热器E-503列管堵塞。A炉停车后拆检，发现文式洗涤器堵塞严重；将碳洗塔至变换管线孔板流量计拆开检查，10个孔中有8个孔被堵塞。

“娱悲舒忧”的基本意义为排遣悲伤，抒发忧思。这种情绪在陆游的作品中亦多有表现。《跋〈吴梦予诗编〉》云：“君子之学，盖将尧舜其君民。若乃放逐憔悴，娱悲舒忧，为风为骚，文人之不幸也。”[1](15册，P193)《谢参政启》云：“学但慕于俚儒，娱忧纾悲于山巅水涯之旁，文不供于世用。”[1](13册，P204)《通判夔州谢政府启》云：“动心忍性，庶几或进于豪分；娱忧纾悲，亦当勉见于言语。”[1](13册，P238)诚如论者所言：“陆游结合自身的经历，清楚地认识到诗骚类作品实产生于人之不幸，并将之推及到诗文创作的一般规律，思想渊源上继承的是先秦以来中国士人以天下为己任的传统。”[11]

2.3 变换工段出现问题的原因分析

2.3.1 原料气预热器E-503列管堵塞

E-503原料气出口温度TI0503持续下降，见图1，TV0504阀位与气化炉压力的关系见图2。

图1E-503原料气出口温度情况

图2 TV0504阀位与气化炉压力曲线

从图1和图2中可以看出:变换炉入口温度调节阀TV0504阀位从2017年10月的50%逐渐关至目前10%左右，变换炉入口温度调节阀TV0504关小,气化炉压力PI10264上涨； TV0504开大，气化炉压力下降，变换炉床层温度下降，变换出口CO含量升高，说明原料气预热器堵塞；而原料气预热器E-503原料气出口温度TI0503由2017年10月的355 ℃持续下降至现在的250 ℃，但是原料气预热器E-503变换气出口温度TI0501无明显变化，说明原料气预热器换热效果下降，但是热量仍然有损失，可判断原料气预热器列管有内漏现象。

2.3.2 触媒处于中后期，活性下降

从2017年5月6日至2018年4月10日,变换炉内上、中、下床层温度变化情况见图3。

图3变换炉床层温度变化曲线

由图3可知：变换炉中层床温持续上升，而上、下层床温上升不明显，可判断变换触媒活性有所降低。

2.4 原料气预热器E-503堵塞的原因分析

(1) 气化炉辐射废锅水冷壁泄漏

气化炉从2007年5月投料试车以来，在气化炉改造未加激冷水前，气化炉内积灰为干灰，加入激冷水后期，辐射废锅、对流废锅水冷壁频繁泄漏，造成工艺气内含灰量较大，在碳洗塔内部洗涤不彻底，工艺气将灰带至变换装置。

(2) 气化炉带病运行

2018年1月22日至2月28日A炉运行期间，气化A炉压力高，而系统压力不高，且A系列碳洗塔底泵运行效果差，造成A炉工艺气将灰带至变换装置，堵塞原料气预热器列管。

2.5 应对及预防措施

因存在物资计划及产量要求，同时合成装置还能坚持运行，故公司未计划停车检修，造成变换装置操作弹性小且很脆弱。因此，制定了相关应急处理措施[3-4]。

2.5.1 应对措施

(1) 提高气化炉碳洗塔出口工艺气温度和变换入口温度。

(2) 适当增加气化炉汽包D-130A压力，通过增大水冷壁泄漏量及粗煤气中水汽比，来增加进变换工段粗煤气的水汽比(期间D-130A所产10.0 MPa蒸汽，由于水冷壁泄漏而放空，压力控制在5.0 MPa)。

(3) 在进气体增湿器D-501中压蒸汽阀FV0502阀间导淋处增加临时压力表，用来确定碳洗塔出口是否堵塞。

(4) 车间编写E-503换热器清洗查漏、堵漏方案，车间择机对E-503进行拆洗、查漏、堵漏。

2.5.2 预防原料气预热器E-503堵塞措施

(1) 单炉检修时，对碳洗塔底泵P-128及其管线进行彻底的清洗疏通，保证文丘里的洗涤效果，现已将3台气化炉碳洗塔底泵P-128进出口管线全部高压清洗完成，今后计划对文丘里形式进行改造[5]。

(2) 在气化炉改造前尽量更换已泄漏和变薄的水冷壁管，以保证气化炉在水冷壁不泄漏的情况下运行。

(3) 气化炉停车后对激冷水喷头进行检查，保证充足的激冷水量和良好的雾化效果，提高对粗煤气的洗涤能力。

3 拆检情况

2018年5月3日，由于空分装置某换热器需要消漏，装置停车小修，车间趁机将原料气预热器E-503及气体增湿器D-501拆开检查并清洗。D-501内部积渣情况见图4，E-503列管堵塞情况见图5。

图4 D-501内部积渣

图5 E-503列管堵塞

4 结语

化工生产是个连续、前后相互影响的过程，任一环节发生异常情况都会使整个系统出现波动。在生产中，要时刻关注装置运行参数，出现问题，积极查找原因，制定应对措施，及时调整参数，避免造成不可挽回的损失。

本文对250 kt甲醇装置存在的问题进行了分析，并制定了应急及预防措施，为今后的工作提供了保障，为解决同类问题提供了依据。