变换系统阻力升高原因分析及解决措施

2015-05-25张洋洋王亚乐

化工设计通讯 2015年4期

关键词：水煤气壳程热交换器

张洋洋，王亚乐，孙帅

（河南心连心化肥有限公司，河南新乡 453731）

合成氨、尿素

变换系统阻力升高原因分析及解决措施

张洋洋，王亚乐，孙帅

（河南心连心化肥有限公司，河南新乡 453731）

针对变换工段阻力升高的现象，分析可能造成此现象的原因并提出解决措施，改造效果良好。

变换工段；阻力；措施

0 引言

我公司变换装置采用2.4 MPa全低变工艺。前、后热交换器主要用于提高半水煤气温度、降低变换气温度。其中半水煤气通过前热交换器壳程、后热交换器管程，变换气通过后热交换器壳程、前热交换器管程。

变换工段阻力升高会导致：①压缩机功耗增加，打气量下降；②换热器列管堵塞，催化剂活性降低；③换热设备负荷重，为提高变换炉进口温度，只能通过增大蒸汽加入量，从而导致蒸汽消耗增加。

1 现状

自2006年开车以来至2012年11月系统阻力一直维持在80 kPa以下，2012年12月6日系统短停一天，7号开车以后岗位操作人员发现系统阻力开始上升。短短一个月的时间内阻力由80 kPa上升至160 kPa，而后一直缓慢上升。2013年9月上升至364 kPa，停车清洗前、后热交换器，阻力下降至138 kPa，而后随生产周期延长阻力又开始缓慢上升。变换系统阻力变化趋势如图1所示（13年9月份前有下降趋势的部分为调整生产负荷所致）。

图1 变换系统阻力

2 原因分析

通过在线监测数据发现，导致系统阻力升高的原因主要是前热交换器煤气阻力上升。前热交换器煤气阻力上升的原因分析如下。

2.1 蒸汽中硅酸盐含量超标

由于阻力是在系统短停一天重新开车以后开始上升的，且短停后开车过程中变换炉加蒸汽来源与以往稍有变动，故怀疑蒸汽品质有问题。二氧化硅能微量溶解于蒸汽和水中，当温度升高，溶解的量增大，当温度降低，溶解的硅又会析出。

通过统计分析2012年12月蒸汽中SiO2含量发现，并无规律可循，故暂且排除蒸汽品质问题。

2.2 前工段煤气中粉尘颗粒和煤焦油清洗不彻底

进入冬季以后半脱工段为了提高溶液温度，半水煤气不再走冷却清洗塔下段而直接进入脱硫塔，这样以来煤气除尘效果必定降低。另外半脱静电除焦器效果差也是一方面原因［1］。

2.3 其它原因

从理论上来讲，换热器结垢的原因有：类结晶结垢、粒结垢、化学反应结垢、腐蚀结垢、生物结垢、凝同结垢。

结合工段实际情况，引起前热交换器阻力升高的原因还可能是：除油剂粉化带入前后热交、变换炉触媒部门粉末倒入热交［2］。

3 解决措施及效果

3.1 清洗前、后热交换器

根据在线监控数据，阻力大的部分主要是半水煤气阻力，因此主要清洗前热交换器壳程和后热交换器管程，清洗流程简图如图2所示。其污垢组分主要是煤焦油、集碳混合垢，另外结合设备材质，清洗剂选用离子膜氢氧化钠、磷酸三钠，利用清洗液与煤焦油进行皂化反应，同时投加表面活性剂以提高渗透和除污效果。为了测取碱洗液中对设备材质的腐蚀速率，从清洗液加入时起，在配碱槽中悬挂两片不锈钢和碳钢挂片，以检测整个清洗过程中的腐蚀速率［3］。

图2 清洗流程图

从图2可以看出，2013年9月清洗后系统阻力下降至138 kPa，而后随生产周期延长阻力又开始缓慢上升。可见清洗后有明显效果，但并不能从根本上解决系统阻力升高的问题。

3.2 改变气体走向并更换前热交换器

清洗两换热器时，打开设备后发现前热交换器内部结垢、腐蚀严重，清洗以后设备材质大大受损，所以为装置长期稳定运行考虑更换前热交换器。

由于我公司是煤头制气，制得的半水煤气中含有一定量的煤焦油、粉尘等杂质，同时由于压缩机使用润滑油且排油不力也会使气体中夹带出一部分油，从而导致进入变换工段的气体中杂质较多，而且列管式换热器壳程不易清洗，决定改变气体走向，使半水煤气通过前热交换器管程、较为清洁的变换气通过壳程。管壳程介质对换以后，壳程流量变大、管程流量变小，原换热器尺寸已不能满足工艺所需换热效果，因此新换热器将重新设计加大换热面积［4］。

改造前后相关数据对比如表1所示（数据基于相同生产负荷下）。