甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度波动的原因及解决措施

刘志刚

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

中海石油化学股份有限公司化肥二部于2003年9月30日建成投产，该项目年产450kt 合成氨、800kt 尿素，是海洋石油总公司实施开发天然气下游产品战略以来，自主新建的第一套大化肥装置。甲烷化炉氨冷器是合成氨装置冷冻系统的一台换热设备，它的作用是利用甲烷化炉壳程内液氨的闪蒸将甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度降至3～5℃，此温度不宜过高也不宜过低，若此温度过高，工艺气中的水将不能在甲烷化炉出口分离器中分离，工艺气中的水很可能会穿透分子筛随工艺气进入-178℃的冷箱，损坏冷箱设备，若此温度过低，工艺气中的水会在管壁上结冰，堵塞管道，将对系统的稳定运行带来极大的安全隐患。

1 问题的发现

2020年5月16 日甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度开始出现瞬间波动，温度波动范围是3.5～5℃（正常生产时甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度短时间内波动范围仅有0.2℃），随着时间的推移，温度波动的次数越来越多，这是一种不正常现象。图1是甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度波动趋势图。为此，对导致甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度波动的原因进行认真的分析，并提出应对措施。

图1 甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度

2 甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度波动的原因分析

2.1 甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度失真

为确定甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度是否失真，对甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度变送器及热电偶进行了全面检查，确认甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度变送器及热电偶工作均正常，因此甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度失真因素可以排除。

2.2 通过甲烷化炉氨冷器管程的工艺气流量波动

通过查找DCS 操作画面及历史趋势确认，前系统负荷控制在68000kg/h 且运行稳定，一段炉的水碳比及二段炉的空碳比均未做任何调整且运行稳定，高低变及脱碳系统未出现异常现象，整个工艺气系统均无放空，系统压力稳定，由此推断通过甲烷化炉氨冷器管程的工艺气流量未发生波动，因此甲烷化炉氨冷器管程工艺气流量波动的因素可以排除。

2.3 冷冻系统带水

通过查找DCS 操作画面及历史趋势确认，甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度波动的同时，甲烷化炉氨冷器壳程液氨的液位及壳程的压力均波动较大，氨冷器壳程液位会出现迅速下降，液位由70%下降至60%（氨冷器液位正常控制在70%），而氨冷器壳程的压力会迅速上涨，压力由0.340MPa 上涨至0.354MPa（氨冷器壳程压力正常控制在0.34MPa），通过给甲烷化炉氨冷器进行排污后，上述现象立即消除，由此可推断出冷冻系统进水，因此冷冻系统进水是甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度波动的主要因素。

冷冻系统带水原因如下：冷冻系统内介质为液氨产品，液氨主要来自三个方面，分别是氨分离器分离下来的氨经过减压进入冷冻系统（合成塔产氨）、氨回收单元蒸氨塔汽提出来的氨进入冷冻系统及尿素装置返回的氨进入冷冻系统，对以上三个方面分析发现氨分离器分离下来的氨和尿素装置返回的氨均没有问题，只有氨回收单元蒸氨塔存在异常状况。

通过查找DCS 操作画面及历史趋势发现蒸氨塔液位在37%～98%剧烈波动，塔顶压力在1.805～1.908MPa 波动（塔顶压力正常控制在1.84MPa），塔顶温度在51～89.7℃波动（塔顶温度正常控制在65℃），且蒸氨塔塔底和塔中的温度均有3℃的波动，蒸氨塔再沸器中压蒸汽流量很稳定，并没有发生波动，综合以上情况可判断为进氨回收单元的驰放气中可能携带催化剂粉尘、铁锈等杂质，这些杂质附着于蒸氨塔填料表面并在填料表面结垢，垢层达到一定程度时造成蒸氨塔内气液接触不好，蒸氨塔汽提氨带水进入冷冻系统，带入冷冻系统的水最终在甲烷化炉氨冷器内不断累积，引起液氨大量挥发，甲烷化炉氨冷器换热效果差，造成甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度波动。

3 采取措施

3.1 启动氨升压机和冷氨产品泵

本厂氨升压机（氨升压机为离心式压缩机，由功率为630kW 的电机驱动）和冷氨产品泵在生产装置正常运行期间均处于备用状态，只有在尿素装置停车、尿素用氨量小于合成产氨量或合成装置遇到紧急情况时才会启动。为了解决冷冻系统带水问题，启动氨升压机和冷氨产品泵，并打开甲烷化炉氨冷器的排污阀对甲烷化炉氨冷器进行连续排污，通过冷氨产品泵将冷冻系统内含水的氨送至氨罐，采取启动氨升压机和冷氨产品泵的方法来暂时解决冷冻系统带水问题。

3.2 切除氨回收单元，对蒸氨塔填料进行冲洗

为了彻底解决冷冻系统带水的问题，也为了保证合成装置长周期稳定运行，决定对氨回收单元进行停车，切除氨回收单元后对蒸氨塔内的填料用115℃的脱盐水进行了三次冲洗排污至清洁，通过对蒸氨塔填料冲洗确认，蒸氨塔内填料确实很脏，且冲洗出的污垢经确定大部分是合成塔催化剂粉尘，蒸氨塔填料冲洗合格后，重新投用氨回收单元。

4 效果

通过对甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度波动的原因进行分析，找出了冷冻系统带水的原因，采取启动氨升压机和冷氨产品泵的方法对甲烷化炉氨冷器进行连续排污，暂时解决了冷冻系统带水，通过切除氨回收单元，对蒸氨塔填料进行冲洗并重新投用氨回收单元后，蒸氨塔的液位、塔顶压力及塔顶温度均稳定运行。将氨升压机和冷氨产品泵停运备用，甲烷化炉氨冷器排污关闭后，甲烷化炉氨冷器出口工艺气温度未再出现波动，合成氨冷冻系统带水的原因彻底得到解决。