低温甲醇洗装置富碳甲醇氨冷器内漏状况分析及对策

第6期中氮肥2015年11月M-Sized Nitrogenous Fertilizer ProgressNov.2015低温甲醇洗装置富碳甲醇氨冷器内漏状况分析及对策王建辉,李栋(河南能源化工集团中原大化公司,河南濮阳457004)[摘要]介绍500ku/a煤制甲醇项目低温甲醇洗装置中富碳甲醇氨冷器出现内漏后的异常状况及检修措施,分析富碳甲醇氨冷器出现内漏的原因,并提出相应的解决措施。[关键词]低温甲醇洗装置;富碳甲醇氨冷器;内漏;检修;原因分析;对策[中图分类号]TQ22.121[文献标志码]B[文章编号]1004-9932(2015)06-0058-04低温甲醇洗是德国林德公司和鲁奇公司联合表1富碳甲醇氨冷器主要参数开发的,以工业甲醇作为吸收剂,基于物理吸收项目管程的气体净化方法,主要用在大型合成氨、甲醇设计压力/MPa2.2/-0.l制氢等工业装置中,作为酸性气体脱除(脱硫和工作压力/MPa0.02脱碳)工艺。中原大化500kt/a煤制甲醇项目液压试验压力/MPa75气体净化装置采用鲁奇公司开发的7塔低温甲醇设计温度/℃120/-55洗工艺,项目于2006年1月开工建设,2008年工作温度/℃平均壁温℃39.736.1/-38.75月建成投产。自投运以来,富碳甲醇氨冷器程数(05E004)内漏频繁,给低温甲醇洗装置和氨冷腐蚀裕量/mm3冻系统的运行带来诸多影响。1富碳甲醇氨冷器简介2富碳甲醇氨冷器运行状况及检修过程富碳甲醇氨冷器及关联系统流程见图1。富碳甲醇氨冷器由西安核设备有限公司制(1)2008年11月,09氨压机启动过程中造,为二类压力容器,设备净重45380kg,换低压缸入口分离器(09001)压差达到07热面积1317m2,管板和管束选用的是SA-350MPa,机组无法启动。用热水冲洗过后,099001(334)Cr低温钢;壳程介质为液氨/气氨(密度畅通。当时怀疑氨介质中漏入了CO2,氨与CO2691kg/m3),管程介质为甲醇(密度856~876反应形成碳铵结晶堵塞了过滤器除沫网。在当月kg/m3),其主要参数见表1的停车检修过程中,对富碳甲醇氨冷器进行查漏,打开其封头后发现大量碳铵结晶堵塞其管板和封头,经查漏发现有3处漏管,随即进行了消[收稿日期]2015-06-08[作者简介]王建辉(1975-),男河北景县人,工程师。漏处理《《激加行230余天,打破国内甚至世界纪录,这在煤化都是为了保证装置的稳定运行,消除安全隐患,工行业是难以赶超的,所带来的效益是巨大的。避免不必要的联锁停车等事故。石油化工装置中阀门气路敷设形式多样,装3结束语置设计的每一个环节必须结合实际,综合考虑装置的稳定运行需要各个小控制件稳定、安使其更加科学完善、安全实用。上述几个实例的全、协调地工作,阀门是装置的“手脚”,必须阐述,希望能为业内发现并解决问题提供一点参灵活,保证不出任何故障。上述针对阀门开关不考或借鉴,以保证装置的高效、稳定运行,减少到位的改进,电磁阀冗余设计,电磁阀改型等,不必要的停车。第6期王建辉等:低温甲醇洗装置富碳甲醇氨冷器内漏状况分析及对策原料气来自变换热再生贫甲醇半贫甲醇净化气去甲醇合成气氨去氨压富碳甲醇氨冷变换气争化气区换热器液氨来自氨冷冻锅护水冷却器二二来自再吸收塔低温甲醇洗氨塔吸收塔氨↓富碳甲醇去中压闪蒸塔HS吸收段甲醇冷却器去贫富甲醇换热器冷却器液氨洗涤水去变换闪蒸槽变换气深冷器去预洗甲醇闪蒸罐图1富碳甲醇氨冷器及关联系统流程简图(2)2009年7月,由于09氨压机入口分离的(0.1~0.2)×106升至(0.4~0.5)×10-6器压差高,机组启动困难,怀疑05E004再次发超标4~5倍。生了内漏。打开查漏,发现有1根漏管,进行了1月27日分析氨冷冻系统氨储槽内液氨纯消漏处理。度为95%,表明系统内氨已经不纯,制冷能力(3)2010年12月,09氨压机入口分离器已经下降。又出现压差高的现象,且机组干气密封过滤器频1月28日分析05E004氨侧导淋排液中含有繁堵塞,怀疑05E004又出现了内漏。但打开设95%的甲醇,通过大量排放,氨侧仍有大量甲备后,经氨法查漏和水加压查漏,未发现漏点。醇,且排放的液体中有大量白色结晶,多次堵塞此次检修过程中,对整个液氨系统进行了冲导淋,确认氨冷冻系统受到污染,氨纯度已下洗,排出较多酱红色的沉淀物质,为腐蚀产生的降。铁锈。经水洗后的液氨系统制冷能力明显增强,伴随着氨系统液氨纯度的下降,大量不挥发系统温度比之前降低3~4℃,09氨压机干气密性物质随气氨夹带到气氨管道,造成09氨压机封过滤器更换周期大幅延长。人口分离器频繁带液,机组低压缸带液,低压缸(4)2012年1月22日开始,05E004液氨出口温度剧烈波动,并且09氨压机干气密封过进料阀Lwo5012逐渐开大,阀位由51%逐渐开滤器频繁堵塞(压差高),过滤元件更换频繁至65%,同时伴随055004液位波动,05E004(每4h更换1组)工艺甲醇温度由-37℃升至-35.5℃,工艺甲1月28日23:00,05E004工艺甲醇出口温醇进口温度与出口温度之差由6~7℃逐渐减小度已升至-10℃,低温甲醇洗吸收塔贫甲醇温到4~5℃,表明05E004换热能力有所下降。度升至-27℃,净化气总硫升至14×10-6,超1月26日15:30,05E004工况突然恶化,标14倍。为保护甲醇合成催化剂和09氨压机的09氨压机低压缸入口流量突然由37000m3h降安全运行,经请示,公司批准1月29日4:00甲至30000m3/h,为保护机组避免喘振,被迫开醇装置停车抢修。大防喘振阀FV05030/33,05E004工艺甲醇出口1月31日进行水压查漏,发现05E004下管温度由-32℃迅速升至-19℃,与入口温度相板有3处漏点,均为管束管口与管板的焊接处。同,表明05E004已基本上不换热,与此同时,(5)2012年3月1日装置检修完开车,运低温甲醇洗吸收塔贫甲醇温度也由-5℃升至行至4月2日,氨系统工况再次恶化,制冷效果49℃。随着系统温度的升高,低温甲醇洗单下降。4月4日系统再次被迫停车,整个煤化工元吸收净化能力下降,净化气总硫由正常运行时装置进入大修。60中氮肥第6期(6)05E004在2012年6月份的大修过程气氨去氨压机低压缸入口分离器中,用立式车床在现场清理掉原管板焊接部分,为保证焊接过程的顺利进行,对设备表面进行焊现场就地放空去负压气氨管线05E004接前的基层表面处理,彻底清除生产过程中设备富碳甲醇氨冷却器内出现的表面污染与渗透杂质,同时对05E004置换充压用低压氮气女管板进行整体机械喷砂化学清洗。焊接使用钨极氩弧焊机,选用不锈钢焊丝(ER309)对管口重新进行焊接,同时对整个管板表面也进行了堆焊05E002/4/8底部液氨排污管线负压处理。排污罐LAW-05003205E004检修完成后投用,运行一直比较稳定,但自2013年3月3日开始,05F004工艺甲醇出口温度出现上涨,同时伴随09氨压机低压排污废液氨到密闭收集储槽送氨法脱硫装置缸人口流量降低,从工况上看疑似05E04内换图2富碳甲醇氨冷器增设在线负压排污分离器热闪蒸不足。(8)2013年5月23日9:30,05E004液位3月4日分析氨冷冻系统氨储槽内液氨纯度出现大幅波动;5月23日16:20,09氨压机入为99.84%,甲醇含量为1220×10-6;且蒸发口流量突然下降,经分析,氨冷冻系统氨储槽内残渣发黄。由于液氨品质下降也是造成氨冷器蒸液氨纯度为99%,纯度无大的变化,但O5E004发不足的原因之一,于是在3月4日17:00向氨工艺甲醇出口温度明显上升,由-33℃升至冷冻系统注入15t新鲜液氨,至3月5日,氨冷-27℃,贫甲醇温度由-48℃升至-43℃,低冻系统逐渐恢复正常。温甲醇洗系统工况出现急剧恶化。判断是(7)氨压机及冷冻系统在长期运行过程中05E004内漏量增大,工艺气系统中的甲醇和会产生大量铁锈,同时由于氨中存在水分,氨在CO2漏至液氨侧,05E004换热能力急剧下降,05F004、05008[05E008为另一台氨冷器,管造成05E004液氨闪蒸效果变差。板和管束选用的是不锈钢321(0Crl8Nl0Ti)]判断05E004内漏量增大后,对冷冻系统和闪蒸制冷的过程中,铁锈、水分会在05E004、氨压机作了以下调整:①加大05E004在线排污05F008底部富集,富集量大到一定程度时,会量,每班对05E004通过在线负压排污罐排污2严重影响氨冷器的制冷效果。同时,当05F004次;②调整机组负荷,将09氨压机转速由6830出现内漏时,甲醇和工艺气体会漏至05F004氨r/min提至7230r/min;③液氨储槽补充新鲜液侧,加大氨系统的污染。可见,为保证氨冷器的氨,5月27日补充新鲜液氨30t。制冷效果,必须对氨冷器底部富集的污氨进行排采取上述调整措施后,09氨压机及冷冻系放统工况仍无明显改观,由此基本可以确定,但原设计氨冷冻系统无排污装置,而氨冷冻05E004再次出现了内漏。05E004内漏已成为威系统操作压力为负压,因此排氨时机组必须降负胁09氨压机甚至整个装置安全、稳定、长周期荷或停车,这样一来对装置工况的影响极大。为运行的瓶颈。此,决定增加氨负压排污罐(见图2),实现氨冷冻系统在线排污,以有效排出长期运行过程中3富碳甲醇氨冷器内漏的危害系统内富集的水、铁锈及泄漏的甲醇等污染物,(1)氨冷器制冷效果下降,造成净化气质提高氨的纯度,保证冷冻系统氨的品质。改造量不合格,使甲醇合成催化剂中毒失效。后,经多次跟踪分析,氨冷冻系统氨储槽内氨中05E004内漏后,其管程内32MPa的甲醇和工甲醇含量基本稳定在1000×10-6左右,表明技艺气体(CO0、CO2、H2)会漏至负压的壳侧,改既确保了机组及冷冻系统的正常运行,又保证严重影响氨的制冷效果,低温甲醇洗系统温度上了氨冷器的换热效果。升,造成吸收塔吸收H2S的效果变差,出口工第6期王建辉等:低温甲醇洗装置富碳甲醇氡冷器内漏状况分析及对策61艺气中H2S含量严重超标,造成合成催化剂中器频繁升降温,对设备造成损害。毒,严重缩短合成催化剂的使用寿命。(3)设备设计制造和选材存在缺陷。低温(2)腐蚀并污染氨冷冻系统,造成氨压机甲醇洗系统同等工况条件下,另一台氨冷器及其干气密封损坏。05E004内漏后,冷冻系统05E008的管板和管束选用的是不锈钢321氨介质受到污染,CO2和氨会反应生成甲铵,使(oCrl8 PiloTi),而05E004选用的是SA-350冷冻系统腐蚀加剧,氨中存在大量络合铁离子,(34)Gr低温钢,05E008除原始开车时因制造09氨压机干气密封过滤器频繁出现堵塞,更换缺陷出现过内漏,修复后至今未漏;而另一台氨干气密封过滤器频次增大,产生的腐蚀物进到干冷器05E002,其管束采用的是316,管板采用的气密封损坏密封面,造成机组密封失效;腐蚀严是16Mn堆焊316(0Cr17N12Mo2),该换热器重时,09氨压机入口分离器过滤网堵塞,造成从未泄漏过。机组入口吸气量不足,机组无法安全、稳定运行,装置被迫停车处理。5结论及对策(3)漏入到氨系统的CO2与氨反应生成甲据以上分析,富碳甲醇氨冷器出现泄漏后铵,最终会造成氨冷冻系统所有管线及设备受虽然泄漏量不大,但泄漏对氨冷冻系统造成的危损,导致整个氨冷冻系统工况恶化。由于-37害不容忽视:一是内漏的CO2与氨反应生成的35℃低温下产生的内漏在常温下难以查漏,甲铵会对氨冷冻系统造成腐蚀;二是泄漏导致氨05F004前期检修查漏时,使用氨渗透、水加压冷器制冷效果下降,低温甲醇洗系统温度升高,等各种方法,查漏效果非常不理想,微量渗漏的出口净化气中H2S和CO2含量超标,进而造成CO2与氨反应生成的甲铵损坏更多的管束焊口,甲醇合成催化剂中毒失效。氨冷冻系统出现此类造成进一步的泄漏。另外,05F004出现内漏修问题后,严重时将造成氨压机无法正常运行,装复也困难,2012年6月不得已采用全部焊口重置将被迫停车检修处理,而除甲醇装置停车外,新切削打磨、焊接的方法进行消漏,并且采用不后续PSA及乙二醇装置也得被迫停车,带来巨锈钢焊条进行焊接,因而再次出现泄漏时,不锈大的损失。可见,富碳甲铵冷凝器内漏已成为威钢焊口处理困难,不可能再采用全部焊口重新切胁09氨压机甚至整个装置安全、稳定、长周期削、焊接的方法,而且效果也达不到2012年6运行的瓶颈。月处理的效果,05E004的安全运行周期将进一因此,为保证整个装置的稳定运行,富碳甲步缩短。醇氨冷器的管束和管板必须进行更换,且建议新富碳甲醇氨冷器内漏的原因分析建装置的氨冷器管束和管板选用321(0Crl8 PilOTi)不锈钢材料。(1)09氨压机设计额定负荷过大,在机组2014年11月,低温甲醇洗装置的富碳甲醇启动提速的过程中,全开防喘振阀仍不能满足入氨冷器更换新管束,换热管和管板均采用321不口最低流量的要求,必须由05E04开大液氨阀锈钢材料,投用至今,再未发生过泄漏,保证了增加闪蒸量来满足09氨压机的入口最小流量要低温甲醇洗净化单元及整个系统的稳定运行。求,否则机组会发生喘振而无法启动。由于09氨压机启动负荷高,开大液氨阀造成05E004瞬[参考文献]间降温过快,按照鲁奇低温甲醇洗工艺的要求系统降温速率为2℃/h,但实际降温速率达到14杨超,钟富生,熊水军,等合成氨原料气氨冷器泄漏10℃/h,使05E004工艺甲醇进出口温差瞬间达的原因分析及对策[J].化工设计通讯,2014(1):16到30℃(据经验,应小于15℃),较大的进出[2]刘亚龙,孙文峰,吴楠,低温甲醇洗装置运行中的设备口温差和降温速率形成较大的热胀冷缩,从而损问题及处理[J].煤化工,2013(5):38-40害设备。[3]付庭强.氨冷器在线排液[J].西部煤化工,2007(2):(2)系统开停车频繁,造成富碳甲醇氨冷