合成氨装置分子筛常见故障及处理

2020-03-04陈博阳

化工设计通讯 2020年1期

陈博阳，宁静

（中海石油化学有限公司，海南东方 572600）

1 分子筛工艺

中海石油化学股份有限公司化肥二期合成氨装置（45万t/a）采用KBR合成氨工艺技术。其核心工艺为KBR深冷净化工艺，它是由布朗深冷净化工艺与凯洛格设备设计的组合。甲烷化气体与合成回路驰放气汇合后冷却至4℃，经过分离后进入装有干燥剂分子筛脱除游离氨、残余水和CO2。

每台分子筛干燥器设计满足在24h干燥周期运行，再生设计为12h一个周期，再生气由净化器来的废气完成，再生热量由中压蒸汽提供，再生后废气进入一段炉作为部分燃料气。

分子筛上部装φ6氧化铝球，中部装13X-PG1/16＂分子筛干燥剂，下部装φ6与φ25氧化铝球，设备底部有出口收集器，防止氧化铝球泄漏。

工艺流程见图1。

图1 分子筛流程

2 分子筛常见故障及处理

2.1 切换时工艺气温度波动大

分子筛再生温度240℃，再生合格后，由冷箱过来的3℃废气进行降温，之后工艺气充压，并行，切换。程序设计冷却时间494min，可将分子筛降温至10℃（温度测点在出口管道），此时分子筛内还蓄存较多的热量（相对于4℃工艺气），若此时进行并行切换，合成气压缩机入口工艺气温度可从1℃上涨至6℃，压缩机有300r/min波动，影响机组安全运行。针对该现象，在分子筛程序运行到并行前，现场分3次开MOV1017（MOV1018）至12%，停程序4h，利用工艺气给分子筛继续降温，将分子筛内多余的热量逐步带出，减少切换时工艺气波动过大。采取该措施后，可有效将合成气压缩机波动控制在50r/min内，保证机组运行稳定。

2.2 充压速率偏快

分子筛程序运行到充压步骤时，工艺气通过入口大阀的旁路，由程序控制一定的比率给再生好的分子筛充压，前半程充压速率慢，后半程充压速率快。合成气压缩机103J为入口压力控制，充压时必然会使新鲜气量减少，充压阶段后半程时会引起压缩机约100r/min波动。针对该现象，在充压阶段进行到一半时，停程序1h，待压力均平后，再投用程序，避免压缩机转速波动。

2.3 再生前泄压不到位

2.3.1 泄压时相关需要隔离的阀门内漏

（1）分子筛系统的再生隔离主要依靠4个电动、4个气动的轨道球阀，当其中任一阀门有泄漏，均会造成分子筛再生前泄压不到位，泄漏严重时会导致分子筛再生不彻底，进而影响吸收效果。

（2）4个电动轨道球阀在运行过程中，均相继出现过阀位0点漂移，阀门未关闭完全而导致内漏。该现象较容易处理，重新设定好阀位0点即可。

（3）4个气动驱动的轨道球阀，其中XV1160在2019年7月出现过较大内漏，导致分子筛再生前泄压不到位。运行到8月份，漏量继续增大，使109DB的再生温度从240℃持续降至150℃，严重影响再生效果。后利用109DB运行，109DA泄压阶段，在线对该阀门执行机构进行检修。发现阀门内漏原因为轨道导销磨损严重，更换导销后阀门内漏现象消除。导销磨损见图2。

图2 磨损导销

2.3.2 泄压阀流通量不足

分子筛底部装填φ6（上）与φ25（下）两种规格的惰性球，因φ6惰性球较小，运行过程中存在少量小瓷球穿过底部收集器漏出现象。因泄压阀PV1047、PV1048均处在地面最低点，泄漏的瓷球堵塞阀门，导致泄压时气体流通量不足，泄压不到位。针对该现象，一是在泄压阀前安装过滤器，有瓷球堵塞时清除滤网，二是在φ6（上）与φ25（下）之间加装一层100目的不锈钢丝网，防止小瓷球穿层泄漏。

2.4 出口露点偏高

出口露点偏高除因入口工艺气带水偏多导致分子筛床层穿透外，工业上遇到的主要是分子筛再生不彻底。具体可分为再生温度不够，再生气量不足，再生气带水。二期装置再生加热器183C热源为中压蒸汽，2014—2015年多次因加热器管板泄漏，再生气带水，再生效果不好，继而导致工艺气穿透分子筛床层，水进入冷箱后引起冷箱压差升高，膨胀机压差从正常的200kPa提高到550kPa，最后装置被迫停车，处理183C泄漏点。2019年装置大修期间整体更换了183C，新183C管板与管束密封方式由原胀接升级为胀接加焊接。

2.5 底部收集器损坏

损坏原因主要是分子筛周期性的再生（240℃）/冷却（3℃）冷热交替，应力反复改变导致。2013年检修打开154DB，发现滤袋内部几乎全部被φ25的瓷球堆满。卸出109DB内部分子筛和瓷球，检查底部收集器，外包钢丝网基本完好，12个支撑杆，有10个断裂，最宽断裂约3cm缝隙，大小瓷球从底部缝隙漏出，见图3。后委托大连松海修复好断裂支撑脚并加固钢丝网。