低温甲醇洗装置冷量不平衡原因分析及改造措施(共5页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上低温甲醇洗装置冷量不平衡原因分析及改造措施合成车间 杨忠绪摘要 从甲醇溶液中水含量的控制、E1601中CO2冷凝、E1609的运行、空气的影响等方面分析了我公司低温甲醇洗装置冷量不平衡的原因，论述了采取的措施与产生的效果，提出了存在的问题与设想。关键词 低温甲醇洗 冷量平衡 存在问题 分析 改造专心-专注-专业我公司的低温甲醇洗装置是用来脱除变换气中H2S和CO2的，它采用林德五塔技术流程，分冷区和热区。冷区冷量的获取主要靠变换气中CO2节流效应及氨压机送冷。装置自1996年试车以来，遇到了种种问题，其中一个很重要的因素是冷量难以平衡。本文根据生产实际情况对影响冷量平

2、衡的几个要素进行分析，同时介绍几项与此相关的改造措施。1 甲醇溶液中水含量的控制来自造气的变换气中饱和有相应温度的水份，由于甲醇洗系统是全封闭的，势必造成水在甲醇中累积，为此在热区专门设计有脱水塔C1605。循环甲醇中的水必须保证在低含量下，否则由于一定量水的存在，甲醇中溶解的酸性气体硫化氢等会对设备管道造成电化学腐蚀，这在硫化氢浓度高时尤甚。1997年9月份，由于分析出了偏差，在水含量高达5%情况下运行了10多天，没有对脱水塔温度及时调整，冷区温度全面回升，腐蚀产物明显增多，冷量严重不足，系统负荷最高不足70 %，而新疆某厂在1999年3月份最高水含量也曾达到此程度，负荷却可以达到105 %

3、，这与我们煤造气硫含量高，腐蚀加剧有关。腐蚀主要产物FeS容易在缠绕式换热器中造成堵塞，使换热效率下降。水含量的增加使甲醇浓度降低，循环量加大，甲醇泵功耗增大，冷损增加。脱水塔温度必须控制在合适范围内，且稳定运行是保证低水含量关键。塔自上而下要形成一定的温度梯度，既要保证排放的废水中甲醇含量低，又要保证甲醇蒸汽中水含量低。2 CO2在E1601中的冷凝对脱水塔的设计，林德吸取了已投产厂的教训，能力可达到150 %，分离器V1601也能满足要求，但是忽略了CO2在E1601中冷凝，致使脱水塔工况难以稳定，也成为我们操作中一大难点。出冷区的CO2产品气、放空尾气、合成气在E1601中将冷量传递给变

4、换气。E1601是一台缠绕式换热器，换热面积1727m2，理论上讲，E1601效率越高，变换气被冷却的温度越低，越有利于吸收塔中的吸收，但由于是煤造气，CO2在变换气中分压高(约为2.4MPa),存在冷凝问题，通过查CO2温熵图得知，纯CO2在2.32.5MPa下，冷凝温度大约是-15，大连理工大学为我们做的系统模拟计算也证实了此点，而且当冷凝温度至-20左右，冷凝量会有大幅度的增加。实际情况与理论分析是吻合的，经分离器V1601送入C1605的CO2是很多的，在满负荷时测量入塔前压力为1.7MPa（设计值仅为0.4MPa），表1中T53低于零度，与设计值相差甚远。测量的冷凝温度T05是16左

5、右，在E1601中实际冷凝点温度会更低。大量CO2在E1601中冷凝有两个弊端：一是破坏了脱水塔C1605的平衡，塔波动大，系统水含量难以稳定在低水平，增加了操作难度；二是降低了进吸收塔的CO2浓度，吸收了CO2的甲醇溶液降压闪蒸制冷效应减弱，对冷量平衡分配是不利的。针对CO2在E1601中冷凝造成脱水系统紊乱，系统冷量不平衡的问题，1997年初我们在E1601 CO2进出管线上增加了一条6的副线（见图1），试图降低冷凝温度，阻止CO2冷凝，但实际效果不佳。即使将T05升至-13，仍有大量的CO2冷凝，不能从根本上解决问题，而且它会引起冷区吸收温度的升高，增加冰机负荷，在系统冷量不足时不宜使用

6、。在装置冷量富裕时适当打开旁路，除了少冷凝CO2外，还可降低尿素用CO2压机功耗。既然无法有效阻止冷凝液的形成，就要将产生的冷凝液分离掉，不让其进入脱水塔。1999年检修时，我们在E1616后、C1605前增加了一台分离器V1609(如图1所示)，同时还加粗了V1609去C1605的管道，但分离效果不理想，液相夹带甲醇，我们没法让其排入火炬，只好送入C1603。液相中还残存许多CO2,引起脱水塔波动。这样改造后我们又发现了一个令人难以置信的现象：V1609至C1605之间经常发生堵塞，如用C1605来的热的甲醇和蒸汽反吹几分钟再投用，堵塞现象消失。今年 6月份V1609封头垫子刺坏，打开检查时

7、发现罐子底部有一大块冰，当加水冲洗时很快化为气体，我们判断是干冰。经测定V1609顶部闪蒸汽温度在-50左右，分离器操作压力为0.6MPa。从CO2温熵图可看出，在0.5MPaA以上，-55左右纯CO2会结冰。由于背压的限制，V1609的操作压力不可能降得很低。目前为了解决结冰堵塞的问题，我们暂时扒掉V1601至C1601之间所有保温，在V1609表面喷循环水回水冷却，将V1609温度提高了15，堵塞现象消失。图1 处理CO2冷凝液工艺流程技改图3 E1609的影响3.1旧E1609的使用情况E1609处于冷热区交界处，是低温甲醇洗装置最大的一台缠绕式换热器，再生的新鲜甲醇在E1609与污甲醇

8、换热后最终进入C1601吸收酸性气体。此换热器由于设计时考虑不周，换热能力偏低，从投用起就一直存在漏冷的问题。在1999年检修时我们发现它有17根缠绕管内漏，由于换热器是焊接封头，查漏很困难。另外，此换热器在原设计中管间距和层间距只有2mm,，污甲醇中的杂质极易在此沉积、结垢，随着运行时间的延长，效率也随之下降，最差时的热端温差达23。从1996年至1999年，我们曾先后4次对E1609进行化学清洗，但效果不明显，这与换热器温度变化范围大，溶液中的羰基铁、羰基镍在此与硫化氢反应产生的FaS、NiS附着在管壁有关,这样形成的膜是很坚固的，化学清洗时采取了很多办法也没洗下来。E1609后期效率可以

9、从大连理工大采用RPS软件对1999年10月11日、1999年4月25日的实际工况与设计值的KA看出：它们分别是208.7Mcal(m2kh)、268.1 Mcal(m2kh)、1186.1 Mcal(m2kh),当时实际工况的KA值相当于设计值的20%左右。为改善腐蚀物引起的效率下降问题，我们在E1609管程底部导淋处增加了一条N2管线，吹除附着在上的疏松的杂质，在系统较脏时有明显的作用，例如1999年8月份用氮吹除，将新鲜甲醇温度由-14降至-18。3.2 增加临时板式换热器2000年春天，由于E1609严重漏冷，低温甲醇洗无法满足整个合成氨装置高负荷运行，公司订购的新E1609制造周期长

10、，解决不了燃眉之急，我们在E1609、E1610之间增加了两台并联的板式换热器，换热面积均为200m2，出E1610的新鲜甲醇回收E1609漏冷后流入V1604罐，再由P1604将较低温度的甲醇送入E1609冷却。E1618原来是用循环水冷却新鲜甲醇的，而此时的新鲜甲醇温度远远低于循环水温（最低至0），我们将循环水隔离，将E1618视为管道，且将V1604、P1604、E1618及之间的管线全部保温保冷。此措施的实施，使合成氨装置负荷提高了5% ，为公司产量达标起到了很大的作用。图2 E1609及临时板式换热器流程示意图3.3 新E1609的投用2001年大修后，新E1609投用 ，新E9与旧

11、E9并联，为一开一备。新E9的设计根据实际运行工况作了较大幅度的修改：层间距和管间距均改为4mm；换热面积由原来的2520m2增至3400m2；另外，在壳程底部增加了用于吹除杂质用的氮气分布器，在换热器管间有沉积物时，可通入氮气鼓动使其脱落。从近几个月使用情况看，效果非常好，E9热端温差达到了10左右，冷区冷量富裕，E1605、E1604氨冷负荷降低，目前氨冷器液位可降至0%运行。E1601的CO2旁路打开，将去尿素的CO2温度降至10以下，各甲醇泵能力也由于温度的下降而增加，原来由于在V1602、V1603中闪蒸氢气时温度过高，闪蒸汽量大（CO2量高）的问题也得以解决，现在循环气压缩机完全可

12、以吃掉闪蒸气。甲醇循环量降低，CO2产品的H2S含量得到了非常有效的控制。我们可以从表1中看出E1609对系统冷量的影响。 表1 不同工况下E1609、E1601温度变化 项目T01T02T03T04T05T14T18T35T23T34T37T38T53负荷备注旧E926192018-15-26-17-64-14-34-1210092%2000-11-03投管式换热器28212220-16-26-19-64-26-45-153097%2000-05-28投新E9，开E1旁路3428297-13-29-24-69-48-543345096%2001-08-09冰机负荷低设计值40302620-1

13、7-32-25-68-45-51334561100%4 空气的影响甲醇溶液中有水和溶解的硫化氢，塔器壁上附着有氢气，氧气的进入都会加剧系统腐蚀。在系统检修时，如忽视了氧气的影响，其影响有时是致命性的。1999年春天，我公司首次大检修，为了检修后高负荷稳定运行，水循环结束后，对甲醇洗系统几乎所有的塔器都打开检查，检查后也未及时复位。虽然在检查时并未发现塔器有腐蚀物，但系统开起车后冷量严重不平衡，冷区温度居高不下，几台缠绕式换热器效率下降，当时系统负荷仅能维持60%，而且随着系统运行时间的加长，工况越来越恶化，循环甲醇颜色发黑。我们当时采取了许多措施，比如更换2/3的甲醇，加强滤网清洗等，但没有明

14、显效果，溶液中的细微杂质靠一般过滤器很难滤出，迫不得已停车进行系统化学清洗。当时由于C1601太高，清洗泵无法打入C1601循环清洗，其他塔器几乎全部化学清洗，洗出了大量的腐蚀物。化学清洗后用大量水冲后用氮气干燥，但开车后再一次发生了换热器被堵，冷量难以平衡，被迫再次对几台缠绕式换热器清洗。事后我们经过分析，认为其原因主要是大修时经验不足，空气长时间作用于塔器，加之为了节约时间，系统水循环后用氮气对系统干燥时间短，造成塔器上致密的硫化铁膜转变为疏松的氧化铁膜。当重新开车后，随着酸性气体硫化氢的进入，疏松的氧化铁膜与之反应脱落，这种腐蚀产物颗粒非常小，经分析颗粒尺寸为3m左右居多，装置配备的过滤

15、器无法将其过滤出，这些杂质最易沉积在缠绕式换热器的壳程，引起换热效率下降，冷量不平衡。5 过滤甲醇溶液对甲醇溶液的管理，除了要严格控制水含量外，还必须加强过滤。从前文叙述中我们可以看出，腐蚀产物是造成冷量不平衡的一大祸首。在发生异常情况产生大量细微的腐蚀物时，如能及时将其滤掉，可起到防患保障作用。1999年7月份，在装置遭受大污染之后，我们在原过滤的基础上增加了S1602-2 (20)、S1602-3(20)、S1601-2(6)三台超声波微滤器及S1603（100目）。S1601-2与原纤维过滤器S1601-1并联，S1602-2 放在E1609前的冷区，S1602-3放在C1604后E1610前，对再生后可能出现的大颗粒杂质过滤。从投用后这两年情况看，效果不错，甲醇溶液中固含量一直可保持在23.5mg/L。装置稳定运行期间，基本上滤不出多少杂质。6 存在问题及设想综上所述，虽然我们为平衡系统冷量做了许多工作，但目前仍困扰我们的是V1609结干冰及C1605进塔物料温度过低、C1605热量难以平衡的问题，要让其操作条件远离固体区，需提高其温度，我们设想用热甲醇为其提高热量，增大E1616换热能力，进行局部改造。W