合成氨装置开车操作优化小结

王爱民，林美玲，钱 浩，曲洪昌，廖晓兵，刘 峰

（中石油塔里木油田分公司塔西南炼油化工厂，新疆泽普 844804）

塔西南化肥厂200kt／a合成氨装置采用美国Kellogg公司的低能耗、加压催化转化工艺生产合成气，装置设计产能为600t／d合成氨。

2014年底，因为需要保民生 （用天然气），合成氨装置开始进行冬季停工，2015年春季检修和复工开车，直至2017年7月装置全面停工，连续3a保持冬季停工 （2017年除外，当年7月停工）、来年春季检修和全面复工的局面。在这3a合成氨装置的重启过程中，通过合理安排开车步骤、统筹好各环节的交叉作业，并对一些操作参数进行优化，在保证开车过程中各工序一次开车成功的同时，达到了节能减排、降耗增效、安全环保的目的。现对合成氨装置开车过程中各工段的操作优化进行总结。

1 转化系统操作优化

1.1 盘管的保护

为保证设备的长周期运行，开车过程中要注意对转化炉对流段换热盘管进行保护。合成氨装置在短停、大修后重启过程中，尤其要注意对对流二段 （工艺空气预热段）和对流四段 （天然气预热段）换热管的保护。在以往的大修过程中发现，二段炉空气分布器状态不是太好，原因可能是：在开车或较低负荷下运行时，空气盘管气量少，气体流速不均匀，以及空压机跳车后，为保证脱碳系统再沸器不超压而减少了保护盘管的蒸汽量，造成对流二段气量忽高忽低。为此，从保护设备角度考虑认为对流二段的保护蒸汽一定不能少，而对于脱碳系统再沸器超压的问题，可采取减少进入脱碳系统的气量、关闭再沸器连通阀等措施予以控制，重点是一定要保护好对流二段的盘管。

开车过程中，对流四段烟气经常超温，当对流四段盘管在烟气温度达到400℃时，我们采取了通部分天然气对盘管进行保护的措施；当后序工段需要解决问题、开车时间延后时，则对这部分保护气体进行回收。但经实践及论证，回收的这部分气体因温度较高，易造成仪表元件损坏，需要进一步地改造，综合各方面的因素考虑，最终我们对对流四段盘管保护气体没有进行进一步地回收利用。

在开车过程中，对流五段锅炉给水容易发生汽化，曾因汽包液位低触发全厂联锁停车。有条件的话开车过程中可以开高压锅炉给水泵透平，但我厂高压锅炉给水泵透平出现故障，故采取了加大锅炉间断排污、其余盘管多投保护气的措施，以减少烟气的热量，同时将汽包液位控制得高一些，并注意任何时候都不能将其上水阀开得太小。

1.2 蒸汽温度和压力的控制

在合成氨装置开车过程中，为避免蒸汽消耗过多，在合成冷冻系统开车之前，将高压蒸汽压力控制在8.0MPa以内 （正常生产时为12.5 MPa），且必须保证过热蒸汽温度高于460℃、中压蒸汽温度高于380℃，如此既可满足空压机的需求，也能节能降耗。

复工开车过程中，合成冷冻系统运行正常后，尿素装置才能开车；短停或者合成冷冻系统有问题时，尿素装置可以先开车，辅锅烟气温度在任何时候都保证不超过900℃；同时，复工开车过程中，要合理调节蒸汽系统，交叉作业，以保护设备为前提。

1.3 一段炉、二段炉温度的控制

由于转化系统开车时后工序尚处于准备及正在开车阶段，系统负荷较低，此时一段炉温度控制得低一些，这样既能保证一段炉的转化反应，又可节省燃料气，且转化管壁温也低。二段炉可适当多加些空气，提高二段炉废热锅炉 （101-C）的产汽量以减轻辅锅的负荷，降低消耗的同时减轻一段炉的负荷，又可满足对二段炉出口甲烷转化率的要求。

1.4 水碳比的控制

在开车阶段或装置负荷较低时，水碳比一般控制得较高；当情况许可时 （如后续系统已产氨或尿素装置已开车），则提高系统负荷和压力，控制适当的水碳比 （稍低一些），避免高水碳比造成转化系统压降大、燃料气消耗多和余热利用率低等现象，即高水碳比不利于降低系统能耗和热量的回收利用。

1.5 优化低变系统升温程序

在复工开车的过程中，先将一段炉、二段炉、高变炉、低变炉一起串起来整体升温 （如图1），当一段炉升温至420℃左右、由氮气切换为蒸汽升温时，再将低变炉进行单独升温，室内外人员切换阀门时须配合好，通过开关图1中1#、2#、3#、4#阀门即可利用空气压缩机三、四段出气对低变炉进行单独升温还原。

图1 转化及低变系统升温流程简图

1.6 配原料气烧嘴的优化操作

在一段炉温度达到650～680℃时，开始进行配原料气的工作，现场人员要将一段炉内72个烧嘴全部点燃，但每个烧嘴阀门不能全开，这是由于此时一段炉的负荷低，每一根转化管的进气不均匀，如此可防止炉管局部过热现象的发生；调整每个烧嘴风门的开度和4个大风门的挡板开度，控制一段炉整体温差在20℃以下。

2 脱碳系统操作优化

2.1 汽提塔提前开车

脱碳系统是我厂合成氨装置生产的瓶颈环节，在装置复工开车时，需要提前5d进行脱碳系统的水洗、热洗、进液、静态钒化 （48h）、动态钒化 （72h），脱碳系统导气之前系统负荷要达到75%～80%，碳酸钾的浓度要达到27%以上，加之节能环保压力，为此，我厂对脱碳系统采取了新的操作流程 （如图2）：一段炉配完原料气就进行脱碳溶液的蒸浓，即二段炉配空气和脱碳溶液蒸浓同时进行；将脱碳塔塔前部分放空气用于脱碳溶液的蒸浓，使放空气体得到回收利用；汽提塔 （150-E）提前开车。脱碳系统采取新的操作流程后，在交替作业的同时几个开车步骤同时进行，从而大大缩短了系统的开车时间。

图2 脱碳系统汽提塔提前开车流程优化示意

2.2 脱碳溶液蒸浓和放空气回收利用

对脱碳吸收塔塔前放空气进行回收利用，在以往开车过程中，我厂脱碳系统还不具备导气条件。2015年4月复工开车过程中，由于空压机临时需要检修，而前系统负荷没有全部退出，于是尝试对脱碳系统前的放空气进行回收利用，用于对脱碳溶液提前进行蒸浓，如此不仅节省了大量的燃烧气，还避免了放空气排放至大气，节能又环保；同时，脱碳药剂——碳酸钾的消耗也大幅降低，以前最多的一年脱碳药剂添加量达到了60t，而近几年每年控制在20t以内。

2.3 再生塔上塔液位的建立

再生塔 （102-E）上塔液位不能过早建立正常，防止因脱碳热量不足导致上塔水流入下塔继而造成脱碳溶液被稀释，而且下塔液位高又会使再生热量更加不足而形成恶性循环。应待闪蒸槽（132-F）投用的时候，再进一步建立再生塔液位，启动CO2再生塔急冷泵 （116-J），打开补水阀，建立再生塔上塔物料循环。

2.4 闪蒸槽 （132-F）的投用

CO2再生塔喷射器蒸汽发生器 （111-C）管侧通蒸汽，壳侧通精制水，用这样的方式加强对111-C管束的保护。当系统负荷达75%～80%，脱碳溶液总钾浓度在27%以上时，开始投用闪蒸槽 （132-F），自L4逐级投用 ［溶液通过溢流挡板在132-F内依次通过4个串联的内部隔间，每个隔间内的溶液均通过一个导淋送到苯菲尔溶液贮槽 （114-F），气体出口处设有除沫器；由蒸汽作介质的闪蒸槽喷射器 （132-L1～L4）用于逐渐降低每个隔间的压力，使蒸汽从溶液中部分闪蒸出来并使其冷却，以将热量返回至再生塔］，132-F的液位最好控制得低一些，40%左右为宜。

2.5 再生塔下塔液位的控制

串脱碳系统时，再生塔下塔液位最好控制在50%以下 （20%左右最好）。脱碳系统投运初期热量不太足，随着脱碳系统负荷不断增大，热量会逐渐增大，而再生塔下塔液位也会不断上涨，一定要避免脱碳系统导气时再生塔下塔液位过高，否则易使再生热量不足而出现液泛现象。

2.6 系统温度的控制

（1）低变炉出口／锅炉给水换热器 （106-C）出口工艺气温度控制得低些，防止工艺气带入水量过多，脱碳溶液浓度降低。

（2）稍提高贫液温度，以提高出吸收塔工艺气的温度。

2.7 系统压力的控制

可适当提高系统压力，减少工艺气带入水量，并尽早开启水力透平及其工艺冷凝液汽提系统，以利节能降耗；同时，适当提高系统压力可减少对吸收塔液位控制阀 （LV-4A／4B）的冲刷，避免曾多次出现的LV-4A／4B关闭不严而需在线处理的事件，以免影响系统平稳运行。

2.8 密封冲洗水改进

贫液泵开启后，将脱碳泵内密封水改为脱碳溶液，避免脱碳溶液被稀释而影响开车进度。

2.9 甲烷化炉入口换热器 （172-C）的投用

甲烷化炉入口换热器 （172-C）的投用跟脱碳系统CO2再生塔喷射器蒸汽发生器 （111-C）的投用是一样的，一定要早准备、早预热，使其暖透、暖好，投用前要缓慢操作，防止冷热不均而损坏设备、耽误时间及增加消耗。

2.10 脱碳系统过滤器清洗

脱碳系统导气后，系统负荷不能快速提升，使负荷维持在80%～90%一段时间，待脱碳系统运行正常后再投用低变炉 （以保护低变催化剂）；而脱碳系统此阶段需加大补液过滤器、116-J过滤器、机械过滤器、在线过滤器、油滤机的清洗频次，及时将前系统带来的杂质用加强过滤的方法予以清除，保证脱碳溶液的清洁度，再及时添加脱碳所需的药剂。

3 合成冷冻系统操作优化

按照操作规程对氨合成塔进行升温，氨合成塔升温和开车的过程中，注意合成气氢氮比的控制，升温阶段宜控制合成气中H2含量高一些，转入正常生产时氢氮比宜控制在2.8左右。氨合成塔升温过程中氨回收系统做好置换并建立循环，当氨合成塔转入正常生产后即投用氨回收系统，将弛放气回收到一段炉内以节省燃料气。

在组合式氨冷器 （120-C）引氨、建立液位时需控制氨冷凝器 （127-C）温度的变化，避免引氨速率过快，否则会导致127-C骤热骤冷而遭到损坏。

4 压缩机组操作优化

TT阀是控制做功蒸汽通向蒸汽透平的阀门，蒸汽透平驱动的压缩机开车时，合成气压缩机（103-J）在转速达9675r／min之前，由现场操作人员用手轮进行控制，现场慢慢打开TT阀，给透平通蒸汽，使压缩机逐渐升速至最小可控转速，TT阀全开后，逐渐将现场操作转为室内操作，压缩机的升速由调速器控制TT阀的开度，而现场操作人员需将TT阀开到最大后回旋几圈，避免发生TT阀卡涩的事故，以及若发生压缩机组联锁跳车出现TT阀卡涩／不动作引发系统操作弹性范围降低等一系列不良后果。

氨压缩机 （105-J）提转速过程一定要缓慢，及时查看其高压缸密封油压差，若阀位开度在80%以上，则缓慢升速，避免发生压缩机联锁跳车事故。105-J正常运转后，系统负荷较低时，其防喘振阀不能关得太小、转速不能降得太低，两者之间要协调好，避免机组发生喘振而损坏设备。

空压机 （101-J）转速升至8761r／min时，需对其防喘振阀 （HV-23、FV-4）进行复位，才能将其升至正常转速，否则防喘振阀不起作用（即使室内人员调整，而现场实际上没有动作），势必导致101-J做无用功。

5 结 语

（1）合成氨装置在开车过程中及较低负荷运行时，要合理统筹，安排好交叉作业。

（2）汽提塔提前开车和脱碳溶液蒸浓同时进行，脱碳系统导气平稳后再投用低变炉，脱碳系统各过滤设备加大清洗频次，确保脱碳溶液的清洁度。

（3）及时回收放空气，在开车过程中对各工艺操作参数进行优化，以利节能降耗。

（4）开车过程中要分工明确、各司其职，把握开车过程中事故处理原则，防止事态扩大。

总之，2015—2017年每年春季合成氨装置重启过程中，我厂通过合理安排开车步骤、统筹好各环节的交叉作业、对一些操作及参数控制进行优化、加大脱碳系统过滤设备清洗频次，复工开车都实现了一次成功，氨合成塔运行正常后，轻负荷运行2～3d，之后视生产状况加至满负荷运行，不仅整个开车过程顺利，而且达到了节能减排、降耗增效的目的，为今后进一步优化复工开车操作打下了坚实的基础，也可为业内合成氨装置的开车操作提供一点参考与借鉴。