低温甲醇洗装置氨冷器泄漏危害及应对措施

张伟华

(中海石油华鹤煤化有限公司, 黑龙江鹤岗 154100)

低温甲醇洗工艺是在相当低的温度下，利用甲醇的物理吸收去除粗合成气中的杂质气体，再利用低温下二氧化碳、硫化氢能高度溶解于甲醇而氢气、一氧化碳不易溶解于甲醇的特点，达到脱除净化的目的。中海石油华鹤煤化有限公司现有年产30万t合成氨、52万t大颗粒尿素装置，并配套建设年产60万t新华煤矿(提供原料煤)。该项目中，煤气化采用美国GE水煤浆气化技术，变换采用宽温耐硫变换工艺，脱硫、脱碳采用大连理工大学低温甲醇洗工艺，合成气精制采用杭州制氧机集团股份有限公司(简称杭氧公司)的液氮洗工艺，氨合成采用丹麦Haldor Topsoe公司的技术，尿素装置采用荷兰2000+TM技术，其它装置均采用国内先进成熟技术。此项目于2015年5月9日成功投产运行，2017年7月，低温甲醇洗装置氨冷器出现内漏，严重影响低温甲醇洗冷量回收及氨气压缩机系统稳定运行[1]。

1 装置基本情况

低温甲醇洗装置设计额定处理能力为157 457 m3/h(干基)的原料气进行酸性气体脱除，副产二氧化碳和酸性气体供尿素和硫回收使用。对应离心式氨气压缩机，通过压缩氨冷器闪蒸出的气氨为甲醇洗涤提供冷量。氨气压缩机的生产厂商为沈阳鼓风机集团股份有限公司，其型号为MCL606(LP)+3MCL608(HP)。氨气压缩机内部采用双缸三段串联式结构，以满足压缩机在加气时的压力和温度要求，其中低压缸一段6个叶轮；高压缸为二段(第一段为3级，第二段为5级)，共8级。为提高整台机组的效率，全部采用三元叶轮，由汽轮机驱动。轴端密封采用带中间迷宫的串联式干气密封。

2 工艺流程

冷冻系统闪蒸的气体与4台氨冷器来的混合氨气进入一段分离器，在分离器内与二段分离器导淋液、调温液氨、防喘振气一起混合，分离出的液氨通过底部的液氨泵抽出送至氨分离器，气体(体积流量为24 184 m3/h、温度为-39.0 ℃、压力为0.059 MPa)进入压缩机低压缸。气体压缩后经水冷器降温后进入二段分离器，在分离器内与氨合成第一氨冷器来的闪蒸气以及三段分离器导淋液、调温液氨、防喘振气一起混合，气体(体积流量为46 414 m3/h、 温度为64.4 ℃、压力为0.250 MPa)进入压缩机高压缸二段压缩。压缩后的气体被排出缸外，经二段冷却器冷却后进入三段分离器，与氨合成第二氨冷器来的闪蒸气、调温液氨、防喘振气混合进入压缩机三段压缩。经压缩的气体(温度为136.6 ℃、压力为1.575 MPa)被排出缸体。气体经三段冷却器降温、分离后被送入氨冷系统。

为防止机组发生喘振，系统在三段分离器后设置3路气体返回管线,通过 3个调节阀控制气体分别返回到各段入口以增加气体流量。

为了调节压缩机入口温度，从氨分离器引液氨作为调温液氨。液氨分别经过3个温度调节阀调控后，进入压缩机一段、二段、三段入口，利用液氨气化吸热来调控各段入口温度。工艺流程见图1。

图1 低温甲醇洗工艺流程图

3 氨冷器泄漏现象及分析判断

2017年7月25日，中控操作人员发现低温甲醇洗富甲醇段间氨冷器(E04205)出口甲醇温度由-29 ℃上涨至-18 ℃，换热效率下降较快；同时，氨冷器液氨壳程液位逐渐上涨，伴随压缩机入口分离器液位频繁上涨。

启动液氨泵后一段分离器，液位恢复正常，氨闪蒸槽液位明显上涨，分析判断气氨带液进入一段分离器。随后，氨冷器制冷效果不断下降，E04205的进出物料没有明显温差，其余氨冷器物料出口温度比正常时升高1～2 ℃。低温甲醇洗装置中，冷端洗涤甲醇温度也相继上升，气氨带液发生频次增多，液氨泵启动频繁且困难，存在气缚现象。

与此同时，氨闪蒸槽的压力随液氨泵启停波动，各氨冷器液位出现漂移,氨气压缩机一段分离器液位出现指示不准确的情况。

工艺联系仪表对远传液位计进行检查调校时发现,远传液位计内附着固体物质。该附着物质用水冲洗能被迅速溶解，经分析是碳铵结晶、铁锈、硅、钙等无机盐的混合物。

分析氨受槽惰性气体，发现其含有氢气、一氧化碳；分析液氨，发现其蒸发后的残液中含水质量分数约为10%、甲醇质量分数约为60%。由此确定氨冷器存在泄漏现象[2-3]。

4 氨冷器泄漏对系统的危害

氨冷器泄漏后，工况出现波动，影响净化系统和氨气压缩机的安全稳定运行，迫使装置不得不降低负荷，甚至被迫停车。

4.1 净化和冷冻氨系统恶化

氨冷器泄漏后，净化气中的硫化氢和二氧化碳等酸性物质及微小结晶颗粒随气氨管线进入氨冷冻系统，最终进入氨罐，导致液氨品质变差。同时降低品质的液氨又被反送回至氨冷器内，液氨中的杂质就会在其底部沉积，形成厚厚的泥状物，对整个冷冻系统造成污染。于是，氨冷器主控和现场液位计频繁堵塞，无法正确指示并控制。

4.2 危害低温甲醇洗装置运行

氨冷器液位控制不准，氨气压缩机做功能力下降，净化系统冷量明显降低，造成脱除净化气中硫化氢和二氧化碳的效果下降，导致下一单元液氮洗分子筛吸附超负荷以及出口微量超标。严重时，造成液氮洗冷箱压差增加，装置负荷不得不一降再降，直到被迫停车。

4.3 危害氨气压缩机

氨冷器泄漏后，带有杂质的气氨随管道进入氨气压缩机入口，二氧化碳和甲醇也会与氨气直接生成碳铵和甲胺，在低温下以结晶形式存在，导致气氨入口通道堵塞，影响氨冷器挥发和氨气压缩机运行。同时，泄漏的硫化氢，在管板表面进一步电化学腐蚀，加速氨冷器管板焊内腐蚀，导致泄漏逐步严重。长时间的运行积累会堵塞压缩机入口过滤器，导致气氨管线结晶附着难以清除(见图2)，氨气压缩机不得不降低负荷，运行能耗增加，同时缩短干气密封的使用寿命，大大增加压缩机的运行风险。

5 氨冷器泄漏后的应对措施

5.1 停车交出

8月4日23：00，装置停车检修，停开车及检修时间控制在48 h之内，进行冷冻系统及甲醇洗洗涤塔系统隔离、排甲醇、置换氨侧和甲醇侧等措施。氨冷器氨侧进出口和甲醇侧进出口加盲板隔离。

5.2 检修、冲洗

拆除氨冷器封头后，发现封头内存在石子。对氨冷器进行抽芯，当换热器列管抽离到7 cm时，观察到换热器列管已被碳铵全部包裹住。同时列管和换热器壳层卡住，无法继续抽芯。随即回装列管，对换热器壳层进行热除盐水冲洗。拆下氨冷器主控液位计、气液相双法兰，将提前准备好的热除盐水接至主控液位计气相口，冲洗结晶；同时用消防水接至主控液位计液相口进行冲洗。将排氨管线球阀打开冲洗结晶，疏通后就地排放一段时间，关闭球阀，在抽出管束侧排。抽出部分列管，当无结晶后，保运回装管束。回装完毕后，使用热除盐水反复冲洗氨冷器壳层3次，恢复管线。

5.3 管板试漏

引一部分氨进入氨冷器壳层,对氨冷器管板进行查漏，将氨冷器高压氮管线现场压力表连换热器侧投用，观察换热器内压力，稍开液氨侧前后截止阀，利用漏量将液氨引至换热器壳层。现场压力表显示上涨后，立刻关闭液氨截止阀，开高压氮气阀进行壳侧充压,至0.4 MPa后，利用准备好的酚酞进行查漏。其间，对管板用热除盐水进行冲洗，保证检查的准确性，同时利用肥皂水进行查漏。通过多次查漏，发现氨冷器底部管板存在砂眼。联系仪表，拆下氨冷器现场液位计，疏通液相管线后复位[4]。

5.4 泄压、堵漏、回装

确认漏点后，通过主控液位计脱开处对换热器进行泄压，泄压结束后通入氮气保持微正压，对漏点进行焊接处理。焊接结束后充压再做0.4 MPa查漏，无漏点后进行拆工装、换热器冲洗、回装封头、抽盲板、换热器置换、充压、气密等工作。完毕后，系统开车。

开车后，装置换热效率又恢复至未泄漏之前，温差达到15 K以上，拥有较好的制冷能力(见图3)。

6 结语

该设备内漏事故证明，氨冷器内漏前期可通过间断排出碳铵的方式维持装置运行，但不是彻底解决问题的办法。出现氨冷器内漏后，要及时停车处理，将问题解决在初期。实际运行过程中，设备内漏情况很多，在平时工作中要加强技术管理，发现指标异常时,要及时分析原因，并采取有效措施，将装置运行风险降至最低，保障装置的稳定运行。