JR3000氨合成系统运行优化

莘艾青

(河北阳煤正元集团有限公司, 河北石家庄 050000)

河北正元氢能科技有限公司现有生产能力为年产60万t合成氨、80万t尿素。氨合成系统于2015年8月达产达效，2016年4月完成环保验收。该装置采用河北阳煤正元集团自主研发的大型JR3000氨合成系统，投运6a来各项工艺指标达到设计要求。在运行过程中存在工艺和设备设计和操作问题，经过优化工艺、设备结构、操作规程，系统实现稳定安全运行。

1 氨合成系统工艺流程

来自合成气压缩机(C-3301)原料气经热交换器(E-3302)换热,换热后的原料气送至氨合成塔(R-3301)，在氨合成催化剂作用下进行氨合成反应。出R-3301的合成气经水加热器(E-3301)回收热量，降温后的合成气经E-3302换热降温，接着送至水冷器(E-3303)进一步降温，降温的合成气送至冷交换器(E-3304)与来自高压氨分离器(V-3301) 的冷循环气换热，出口合成气送至一氨冷(E-3305)，出E-3305气体进入二氨冷(E-3306)，出E-3306气液混合物经高压氨分离器(V-3301)进行气液分离，气相送至E-3304。

来自V-3301 的液氨送入中压氨分离器(V-3302)，分离出的液氨一部分去冷氨球罐，另一部分去氨加热器(E-3308)换热，再去尿素和热氨球罐[1]。

锅炉来热脱盐水经E-3301加热后去锅炉。工艺流程图见图1。改造后的运行数据符合设计要求,运行数据见表1。

表1 2021年6月8日运行数据

2 存在的问题及原因

由于换热管存在质量、热应力、结构设计、焊接工艺等问题，引起E-3303管板接管焊口和换热管出现裂纹。

由于工艺操作、焊接工艺等问题，引起E-3301、废热回收器(E-3307)管板接管焊口出现裂纹。

3 改造方案及操作优化

3.1 E-3303

3.1.1 管侧进出水口

原工艺设计为了配管方便，E-3303的进水口和出水口均在下部，不符合规范要求。现把出水口改在设备上部，并在设备最高位置增设排气口，保证设备管内满水运行，消除设备内部气阻[2]。

3.1.2 换热管材质

原设计换热管Φ19×2.5 mm(材质为20钢)，变更为Φ25×3 mm(材质为S30408)。原换热管材质经鉴定后符合要求，排除管材质量问题。

R-3301—氨合成塔；F-3301—开工加热炉；E-3302—热交换器；E-3303—水冷却器；E-3304—冷交换器；E-3305—一氨冷；E-3306—二氨冷；V-3301—高压氨分离器；E-3307—废热回收器；E-3301—水加热器；C-3301—压缩机；V-3302—中压氨分离器；E-3308—氨加热器。

3.1.3 管板材质

原设计管板材质为16MnR，为了便于不锈钢管焊接，变更为在原管板上堆焊S30408。

3.1.4 管口焊接工艺

原设计管口焊接工艺为强度焊接后贴胀，变更为先预胀再强度焊接后贴胀。

3.2 E-3301

3.2.1 管口焊接工艺

按E-3301换热管束(材质为12Cr2Mo1)和管板(材质为12Cr2Mo1Ⅳ)焊接要求[3]，焊接完毕后进行整体消除应力热处理。现场修复采用焊前预热、焊后缓慢降温措施来降低焊接脆硬性。采用低热输入焊接工艺缩小焊接过热区。

3.2.2 优化工艺操作

原设计工艺流程为锅炉除氧来水(133 ℃、13.2 MPa)经换热器管内后送锅炉高温过热器。改造后，在锅炉设计除氧水近路副线，在开车初期水流程走副线，降低开车期间压差大对换热管影响。

3.3 E-3307

原设计中，出E-3301的252.8 ℃锅炉给水进E-3307，副产0.6 MPa低压蒸汽，出E-3307锅炉给水温度降至225 ℃后送锅炉。实际运行后出E-3307锅炉给水温度为240 ℃，与锅炉设计单位沟通，锅炉给水温度满足锅炉进水条件。取消E-3307，缩短工艺流程[4]。

4 结语

通过优化工艺流程及操作，更改设备管板焊接工艺以及换热管规格材质、设备结构，保证氨合成系统工艺设备运行稳定。