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脱碳再生塔05C002再生工况差的原因分析

2012-01-30

化工设计通讯 2012年5期
关键词:流板碱液闪蒸

李 强

(中海石油化学股份有限公司,海南东方 572600)

合成氨装置在2012年检修开车后,脱碳工况一直存在问题,吸收塔出口二氧化碳微量超标。我们在多种影响微量的因素中,找到再生塔再生工况差的原因,下面详细介绍。

1 本装置脱除CO2的原理

经变换后的工艺气中CO2含量在19.02%左右。本装置采用改良苯菲尔法脱除工艺气中的CO2,吸收剂为碳酸钾溶液,由两段吸收,两段再生,四级喷射闪蒸组成。反应如下:

这是一个可逆过程,脱碳溶液中K2CO3吸收CO2生成KHCO3,KHCO3又在加热、减压的条件下放出CO2,重新变成K2CO3。前一个过程是吸收过程,后一个过程是CO2再生过程。经过吸收塔的工艺气CO2含量小于0.1%,再生后CO2纯度为98.5%。

2 存在的问题

2.1 合成装置目前运行工况

生产负荷FC03013 27.24km3/h

脱碳吸收塔出口微量AR06001 0.056%

再生塔05C002底部温度TI05011 123.7℃

05P005运行,脱碳小循环

设计指标是FC03013 28.6km3/h,TI05011 128℃,AR06001<0.1%。

2.2 吸收塔05C001出口微量超标

影响微量的因素有碱液循环量;碱液再生温度;碱液冷却温度;贫液、半贫液分配;系统压力;气液接触;碱液组分。目前,碱液组分正常,循环量正常,贫液,半贫液流量分配正常,系统压力正常,碱液冷却和气液接触也正常。脱碳小循环无法停止。脱碳小循环是从再生塔05C002底部退液至地下槽,再通过05P005打回05C002塔内。当停下05P005时,再生塔塔底再生温度低,吸收塔出口微量超标,具体如下。

TI05011 121.6℃,AR06001 0.187%。设计指标为TI05011 128℃,AR06001<0.1%。

3 再生情况分析

从以上情况可以得出再生温度出现问题的结论。影响再生温度的因素有哪些?再生热源,再生压力,再生塔塔件问题。再生热源包括以下几方面。

(1)再沸器05E001间接供热。

(2)辅助再沸器05E002间接供热。

(3)低压蒸汽发生器04E003间接供热

(4)管网来LP蒸汽直接供热。

(5)闪蒸槽05D002闪蒸蒸汽的内部热量。

4 再生塔工艺流程(图1)

05E001,05E002碱液循环描述碱液自05C002下塔折流板处进入05E001壳程,经过溢流进入05E002壳程,再经过溢流至再生塔底部。而05E001,05E002壳程气相全返回再生塔。

5 再生热源分析

(1)05E002分析

05F101现场玻璃液位计有两块,全为满液位,但主控指示为30%~40%。开玻璃液位计导淋排放,发现上部液位计液位为假液位,全是蒸汽。

图1 再生塔流程简图1—再生塔05C002;2—再沸器05E001;3—辅助再沸器05E002;4—低压蒸汽发生器04E003;5—给水预热器04E004;6—工艺冷凝液脱气器05C003;7—冷凝液闪蒸槽05F101

开05E002管侧出口管线至05F101上的导淋,发现大部分是蒸汽,仅有少量冷凝液。

05C003压力PC05001 0.35MPa(设计0.28MPa),05C003蒸汽量FC05001 16~17t/h,05C003下塔温度TI05001 149℃(设计145℃),TI05011 121.6℃,05C003出口微量AR05001 15μS/cm(设计50μS/cm),05F101顶部烟囱放空量大。

对以上三种现象进行分析,发现在工艺冷凝液脱气器05C003高压力时,下塔温度高,出口微量合格,说明05C003汽提正常。但是烟囱放空多,在05E002出口排大量蒸汽,结合上面的情况,说明05E002换热不好。换热不好的原因可能是换热蒸汽问题,或者碱液循环问题。但是在小循环建立时05E002换热就好,直接证明是碱液循环问题。05E002管程进口设计温度143.2℃,出口设计温度141.9℃,温差有1.3℃。测量05E002管程进口温度135℃,出口温度126℃,温差有9℃。虽然设计温度是在满负荷时的温度,但是温差可以体现换热器的换热好坏,同时可以证明05E002自身无问题,什么原因造成05E002循环不好?我们继续分析。

(2)05E001、04E003、04E004分析

表1 05E001温度 ℃

表2 04E004温度 ℃

表3 04E003温度 ℃

从表1~3的数据可以看出,05E001换热效果差,管侧设计温差27℃,而现场监测数据只有8℃,即使有偏差,也说明热量下移进入04E004。见表2,04E004管侧、壳侧温差比设计值还好。

(3)管网来LP蒸汽直接供热

管网来LP蒸汽FC05011 4.57t/h(设计),为提高再生塔下塔温度,我们把蒸汽加到6t/h,虽然再生温度有些变化,但是吸收塔微量还是超标。所以问题不是出在这里。

(4)05D002闪蒸蒸汽的内部热量

闪蒸槽05D002有四个喷射器,喷射压力逐级降低。05D002做功好坏,可以通过压力体现。第一级压力设计值是PI05010 0.075MPa,第四级压力设计值是PI05012 0.048MPa,目前,PI05010 0.052MPa,PI05012 0.025MPa,压力比设计值还低,说明05D002闪蒸得好,热量回收充分。

6 设备分析

05E001热负荷42.4MJ/h,05E002热负荷17.8MJ/h,05E001换热起主要作用。虽然05E002在脱碳小循环运行的情况下可以稳定脱碳工况,但是TI05011仍然没有达到预期温度。05E001换热效果差。

(1)05E001壳程进液问题(进碱液量对换热效果起着重要作用)。

图2 折流板简图

再生塔目前工况是下塔液位正常。说明碱液通过折流板的折板溢流到下塔,满足下塔液位。如果发生折流板溢流,首先要检查05E001是否满液,通过图1可以知道,如果05E001满液,它的气相管一定有溶液,对05E001而言一定发生严重的水击现象。但是目前工况并没有发生水击现象,说明05E001没有满液。没有满液发生溢流,说明折流板发生部分堵塞现象。从图2可以看到,折流板在再生塔内成85°,05E001入口处还有金属筛网。05C002有57.95m高,上塔直径4 040mm,下塔直径2 670mm。这种容器只有在角落里才会发生堵塞,而下塔折流板正是在角落处。并且,本次检修前系统换了三炉催化剂(脱硫,二段炉,低变),大量粉尘进入脱碳系统(开车初期吸收塔微量高也是因为碱液脏的缘故)。

从图2可以了解到,折流板的折板有600mm高,碱液脏,在折流板处也很容易形成气泡,由于有气泡,可能使碱液部分进入05E001,部分通过溢流进入下塔。

(2)05E001壳程出口管线堵,应该在05E001一侧,因为05E002循环是正常的。

7 结 语

通过再生塔再生工况差的原因分析,对于碱液脏,我们要加强碱液的过滤,另外通过药品改善溶液的状况。对于折流板堵,我们需要在停车时处理。

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