JR3000氨合成系統(tǒng)運行優(yōu)化

莘艾青

(河北陽煤正元集團有限公司, 河北石家莊 050000)

河北正元氫能科技有限公司現(xiàn)有生產(chǎn)能力為年產(chǎn)60萬t合成氨、80萬t尿素。氨合成系統(tǒng)于2015年8月達產(chǎn)達效，2016年4月完成環(huán)保驗收。該裝置采用河北陽煤正元集團自主研發(fā)的大型JR3000氨合成系統(tǒng)，投運6a來各項工藝指標(biāo)達到設(shè)計要求。在運行過程中存在工藝和設(shè)備設(shè)計和操作問題，經(jīng)過優(yōu)化工藝、設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作規(guī)程，系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定安全運行。

1 氨合成系統(tǒng)工藝流程

來自合成氣壓縮機(C-3301)原料氣經(jīng)熱交換器(E-3302)換熱,換熱后的原料氣送至氨合成塔(R-3301)，在氨合成催化劑作用下進行氨合成反應(yīng)。出R-3301的合成氣經(jīng)水加熱器(E-3301)回收熱量，降溫后的合成氣經(jīng)E-3302換熱降溫，接著送至水冷器(E-3303)進一步降溫，降溫的合成氣送至冷交換器(E-3304)與來自高壓氨分離器(V-3301) 的冷循環(huán)氣換熱，出口合成氣送至一氨冷(E-3305)，出E-3305氣體進入二氨冷(E-3306)，出E-3306氣液混合物經(jīng)高壓氨分離器(V-3301)進行氣液分離，氣相送至E-3304。

來自V-3301 的液氨送入中壓氨分離器(V-3302)，分離出的液氨一部分去冷氨球罐，另一部分去氨加熱器(E-3308)換熱，再去尿素和熱氨球罐[1]。

鍋爐來熱脫鹽水經(jīng)E-3301加熱后去鍋爐。工藝流程圖見圖1。改造后的運行數(shù)據(jù)符合設(shè)計要求,運行數(shù)據(jù)見表1。

表1 2021年6月8日運行數(shù)據(jù)

2 存在的問題及原因

由于換熱管存在質(zhì)量、熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)設(shè)計、焊接工藝等問題，引起E-3303管板接管焊口和換熱管出現(xiàn)裂紋。

由于工藝操作、焊接工藝等問題，引起E-3301、廢熱回收器(E-3307)管板接管焊口出現(xiàn)裂紋。

3 改造方案及操作優(yōu)化

3.1 E-3303

3.1.1 管側(cè)進出水口

原工藝設(shè)計為了配管方便，E-3303的進水口和出水口均在下部，不符合規(guī)范要求。現(xiàn)把出水口改在設(shè)備上部，并在設(shè)備最高位置增設(shè)排氣口，保證設(shè)備管內(nèi)滿水運行，消除設(shè)備內(nèi)部氣阻[2]。

3.1.2 換熱管材質(zhì)

原設(shè)計換熱管Φ19×2.5 mm(材質(zhì)為20鋼)，變更為Φ25×3 mm(材質(zhì)為S30408)。原換熱管材質(zhì)經(jīng)鑒定后符合要求，排除管材質(zhì)量問題。

R-3301—氨合成塔；F-3301—開工加熱爐；E-3302—熱交換器；E-3303—水冷卻器；E-3304—冷交換器；E-3305—一氨冷；E-3306—二氨冷；V-3301—高壓氨分離器；E-3307—廢熱回收器；E-3301—水加熱器；C-3301—壓縮機；V-3302—中壓氨分離器；E-3308—氨加熱器。

3.1.3 管板材質(zhì)

原設(shè)計管板材質(zhì)為16MnR，為了便于不銹鋼管焊接，變更為在原管板上堆焊S30408。

3.1.4 管口焊接工藝

原設(shè)計管口焊接工藝為強度焊接后貼脹，變更為先預(yù)脹再強度焊接后貼脹。

3.2 E-3301

3.2.1 管口焊接工藝

按E-3301換熱管束(材質(zhì)為12Cr2Mo1)和管板(材質(zhì)為12Cr2Mo1Ⅳ)焊接要求[3]，焊接完畢后進行整體消除應(yīng)力熱處理。現(xiàn)場修復(fù)采用焊前預(yù)熱、焊后緩慢降溫措施來降低焊接脆硬性。采用低熱輸入焊接工藝縮小焊接過熱區(qū)。

3.2.2 優(yōu)化工藝操作

原設(shè)計工藝流程為鍋爐除氧來水(133 ℃、13.2 MPa)經(jīng)換熱器管內(nèi)后送鍋爐高溫過熱器。改造后，在鍋爐設(shè)計除氧水近路副線，在開車初期水流程走副線，降低開車期間壓差大對換熱管影響。

3.3 E-3307

原設(shè)計中，出E-3301的252.8 ℃鍋爐給水進E-3307，副產(chǎn)0.6 MPa低壓蒸汽，出E-3307鍋爐給水溫度降至225 ℃后送鍋爐。實際運行后出E-3307鍋爐給水溫度為240 ℃，與鍋爐設(shè)計單位溝通，鍋爐給水溫度滿足鍋爐進水條件。取消E-3307，縮短工藝流程[4]。

4 結(jié)語

通過優(yōu)化工藝流程及操作，更改設(shè)備管板焊接工藝以及換熱管規(guī)格材質(zhì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)，保證氨合成系統(tǒng)工藝設(shè)備運行穩(wěn)定。