液氮洗冷箱阻力大原因分析

乔 飞

(湖北祥云集团云华安化工有限公司，湖北武穴 435400)

湖北祥云集团云华安化工有限公司采用煤为原料生产合成氨，包含空分、煤气化、合成氨、硫回收等主要装置及配套的公用工程。该项目采用新型多喷嘴水煤浆气化、耐硫绝热变换、低温甲醇洗、液氮洗、卡萨利合成氨的经典工艺流程，年产液氨40万t。

1 工艺概述

液氮洗装置将来自酸性气体脱除工序的净化气，先经分子筛吸附气体中的CO2及微量的甲醇(CH3OH)，气体中的有害物质(CO、Ar、CH4)在氮洗塔中被低温液氮洗涤出来，保证出工段气体中φ(CO)≤2×10-6、φ(CO2+CO+O2)≤10×10-6、φ(Ar)≤27×10-6、φ(CH4)≤10×10-6。洗涤后合成气进行配氮(n(H2)∶n(N2)=3∶1)，送至氨合成工序，副产循环H2送往甲醇洗装置回收有效气，燃料气送锅炉装置[1]。

2 工艺流程

2.1 分子筛纯化系统

分子筛纯化又称预处理，其目的是将原料气中的CO2、CH3OH等杂质除去。来自酸性气体脱除工序的净化气(5.65 MPa、-56.48 ℃)先进入吸附器，将其中的微量CO2、CH3OH等杂质脱除，以免其在冷箱内冻结并引起低温设备和管道的堵塞。

分子筛纯化系统由2台吸附器(内装分子筛)组成，1台吸附，1台再生，切换周期为24 h。

2.2 冷箱系统

经吸附器处理后的净化气送入冷箱中的1号原料气冷却器和2号原料气冷却器，与合成气、燃料气和循环H2换热后进入氮洗塔下部。其中所含的CO、Ar和CH4等在氮洗塔中被来自氮洗塔顶部的液氮吸收，净化后的含有少量N2的精制气从氮洗塔塔顶出来，经2号原料气冷却器复热后配入中压N2，基本达到氨合成要求的氢氮比(n(H2)∶n(N2)=3∶1)要求，再经过1号原料气冷却器复热、配氮实现合理的氢氮气化学配比后精制气送入氨合成工序。

氮洗塔底部的液体经过减压，在H2分离器中闪蒸，闪蒸汽作为循环H2，经过2号原料气冷却器、1号原料气冷却器和中压N2冷却器复热后出冷箱。H2分离器底部排出的液体，经过2号原料气冷却器、1号原料气冷却器和中压N2冷却器复热后出冷箱。另外，为了满足开停车的需要，系统设置安全排放系统，缓冲罐将气体精制工序中的冷液体收集起来，缓冲罐闪蒸的冷气体和冷火炬气采用火炬气体加热器复热至常温后送火炬。

3 冷箱堵塞的过程及现象

2021年10月11日 10:18：00液氮洗开洗涤氮阀门(FV04310)开始积液，10:58：00 FV04310开度为38%，冷箱进口中压N2压力为6.12 MPa，冷箱内FV04310前 N2压力为3.32 MPa，中压N2管线阻力过大。11:36:00 FV04310关至0，冷箱进口中压N2压力为6.12 MPa，冷箱内FV04310前N2压力与N2管网压力一致。再次尝试依旧如此，判定中压N2管线堵塞。

4 原因分析

该液氮洗装置当时正处于开车过程，变换中压N2盲板及酸脱中压N2盲板仍处于“通”位，但其切断阀均处于关闭状态。对冷箱中压N2分析发现有NH3存在，怀疑切断阀内漏，变换工艺气进入中压N2系统，但分析未发现硫化氢等成分。

冷箱联锁停车后精配氮阀门(FV04305)关闭，前后切断阀并未关闭；对FV04305进行试漏，发现阀门内漏(2022年7月检修阀门拆检时发现阀芯有明显损伤)。对FV04305间倒淋取样分析露点不合格，中压N2外管网露点合格，排除了变换气进入N2管线的可能[2]。

经过一段时间的分析和前后工段停车期间的数据查找发现，2021年10月7日10:03：00空分装置跳车，10:07：00中压N2压力低低(5.7 MPa)液氮洗联锁停车，合成塔正处于升温还原期间中期，为降水汽浓度，合成气压缩机继续运行,进口压力维持在1.5 MPa左右，各段防喘振阀开度较大。机组进口大阀是通知仪控解除联锁后才关闭的，时间间隔较长。在此期间冷箱出口合成气管线压力有明显上涨现象(0.20～0.67 MPa)，后缓慢下降；2021年10月8日01:24:00合成气管线压力(0.53 MPa)又高于中压N2管线压力，进而确定造成中压N2管线堵塞原因应该是合成塔升温还原期间合成气压缩机未停车，同时未及时关闭进口阀门，含水汽的合成气倒流至冷箱出口合成气管线，冷箱内N2管线压力又低于合成气管线压力后，水汽通过FV04305(内漏)进入冷箱，造成中压N2管线阻力增加，形成冻堵。

5 冷箱堵塞的处理

5.1 冷箱复热干燥

(1) 复热初期由于冷箱内温度低，通过燃料气、合成气复热管线进行复热。

(2) 冷箱内最低温度大于-20 ℃后，改用再生系统N2加快复热(再生N2量大)。

(3) 复热主要以N2管线为主，关闭氢氮比调节阀(FV04309)、FV04310，通过冷排口(N10、N12、N14)接临时N2管直接往中压N2管线进低压N2反吹。需要对所拆开的3个冷排口火炬侧进行封堵，防止空气进入。

(4) N2管线吹扫合格后，打开FV04309、FV04310，对原料气、循环H2、燃料气、合成气、N2管线再次干燥并取样进行露点分析。

5.2 复热干燥合格标准

(1) 复热需要覆盖所有冷区通道，必须将所有液态和固态沉积物解冻复热完全。

(2) 冷箱内最低点温度≥10 ℃或接近干燥气源N2温度时吹扫12 h以上。

(3) 当排出的热气体的露点温度与进入的气体的露点温度相同时，加热过程结束。

(4) 排出热气中水体积分数应低于10 μL/L(露点小于-70 ℃)，并且要求所有出口的置换气温度达到环境温度[3]。

6 解决措施及建议

(1) 完善《液氮洗紧急停车预案》，考虑调节阀可能内漏，停车后第一时间将前后切断阀全部关闭。及时处理和更换内漏阀门。

(2) 液氮洗装置停车先保压，冷箱内循环H2、燃料气、原料气、中压N2、合成气管线压力要高于外界压力，留足够的现场隔离时间。

(3) 装置停车时间较长时，尽可能对冷箱进行复热处理。

(4) 正常运行时，防止分子筛穿透。保证再生N2用量、温度，冷吹峰值，分子筛运行时的进出口温差、压差；尽可能降低甲醇洗吸收塔出口CH3OH及CO2含量[4]。

7 结语

液氮洗冷箱复热时间比较长，严重影响生产计划的完成。在紧急停车状态下，首先要将冷箱压力维持高于外界其他介质压力，同时要清楚液氮洗各调节阀门内漏情况，第一时间将其前后切断阀关闭，与外界隔绝。通过以上操作，可很好地保护冷箱，保证装置的稳定长周期运行。