合成氨15万吨年生产装置查定报告.docx

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合成氨15万吨年生产装置查定报告

合成氨15万吨/年生产能力达产

装置瓶颈查定报告及改造方案

为满足联碱450Kt/a能力的需要，合成氨自2002年开始分两期挖潜改造合成氨新系统，改造后合成氨总能力计划扩大到150Kt/a（新系统90Kt/a，老系统60Kt/a）。

其挖潜改造主要实施项目为：

新造气系统的“双一段技改工程”；新净化系统增加中变气废锅、低变气废锅、小低变炉、半贫液闪蒸槽；脱碳吸收塔和再生塔填料改型；压缩系统新增联压机、高压机各一台；合成系统将V901YD型内件改造；循环水系统1#、2#、3#凉水塔的重新配置等项目。

2004年8月随着K401F高压机的成功投运，合成氨厂150Kt/a装置扩能改造计划项目全部完成，通过近一年的生产运行，了解了合成氨厂150Kt/a技术改造后生产装置能力水平及影响因素、工艺指标控制情况和消耗情况，对影响合成氨生产装置能力不能达15万吨/年的各种因素进行了分析，为下一步改造明确了目标和技术方案，形成了此次报告。

1、装置查定及瓶颈因素分析

1.1查定目的

在外供条件充足联碱用氨正常的情况下，掌握合成氨厂在150Kt/a技术改造后实际装置能力及影响因素，工艺操作控制情况以及同设计值的差异，工艺指标消耗情况，目前生产中还存在的遗留问题等，以利于生产的组织，并为今后的整改、完善提供依据。

1.2查定组织及时间

本次由合成氨厂组织实施，于2005年5月11日16：

00至13日16：

00为期三天共72小时。

1.3查定概况

1.3.1、查定条件

查定期间外供天然气、电、水、蒸汽均满足了生产需要，联碱厂用氨平稳，气氨压力在0.24Mpa以内。

所有扩能改造项目都投入生产运行且整体运行情况良好。

1.3.2、查定期间生产概况

1.3.2.1、在查定期间生产负荷较高总工艺天然气投气为12100～12900Nm3/h，新系统工艺投气占系统投气的63.19%，老系统工艺投气占系统工艺投气的36.81%。

系统最高工艺投气12900m3/h，其中新系统最高工艺投气为8200m3/h，达设计值8228m3/h的99.66%，老系统最高工艺投气为4800m3/h；最低工艺投气为12100m3/h，其中新系统最低工艺投气为7400m3/h，老系统最低工艺投气为4300m3/h；系统平均工艺投气达设计值12635.5m3/h，其中新系统平均工艺投气为7984.2m3/h，达设计值8228m3/h的97.04%，老系统平均工艺投气4651.3m3/h。

1.3.2.2、在合成双一段炉的运行情况方面，换转炉投气占新系统总工艺投气的43.8%（表计换热炉天蒸混合气流量为13625.6Nm3/h，但因系冷线流量未通过计量表，故通过水碳比平均折算出换热炉天蒸混合气流量为15387.1Nm3/h），箱式炉投气占新系统投气的56.2%。

1.3.2.3、查定期间液氨表计产量1301.43t，平均小时产氨量为18.075t，日平均产氨量为433.81t。

1.3.3、工艺指标控制情况

查定期间整个生产运行平稳，工艺指标控制稳定，未出现超温、超压现象，从查定数据看运行控制较好。

详细数据见附表一：

《主要工艺指标、分析数据表》。

1.3.4、工艺消耗情况

1.3.4.1、查定期间部分原始数据统计

见附表二：

《液氨产量、消耗情况统计表》，附表三：

《用电情况统计表》

1.3.4.2、天然气消耗

新系统工艺天然气流量：

574860÷72=7984.2m3/h

新系统燃烧天然气流量：

121797÷72=1691.6m3/h

新系统天然气总量：

574860＋121797=696657m3=9675.8m3/h

老系统工艺天然气流量：

334893÷72=4651.3m3/h

系统总工艺天然气流量：

574860＋334893=909753m3=12635.5m3/h

老系统天然气总量：

1209365－696657=512708m3=7120.9m3/h

老系统燃烧天然气总量：

512708-334893=177815m3=2469.7m3/h

新系统液氨产量：

7984.2÷12635.5×1301.43=822.36t

老系统液氨产量：

1301.43－822.36=479.07

新系统吨氨消耗天然气量：

696657÷822.36=847.14m3/t

老系统吨氨消耗天然气量：

512708÷479.07=1070.2m3/t

系统吨氨消耗天然气量：

1209365÷1301.43=929.26m3/t

1.3.4.3、蒸汽消耗

3.2Mpa蒸汽均用于新系统，全系统3.2Mpa蒸汽消耗：

478.8÷1301.43×1000=367.9kg/tNH3

1.0Mpa蒸汽消耗：

99.64÷1301.43×1000=76.56kg/tNH3

注：

由于老系统自产蒸汽计量不准确，故本次只计算系统蒸汽消耗。

1.3.4.4、电消耗

因新、老系统电无法分别计量，故只统计总消耗。

查定期间总耗电1113052kwh，故系统电耗为1105110÷1301.43=849.15kwh/tNH3。

1.4查定分析

1.4.1、新系统造气净化工序

2002年大修实施合成氨“双一段一期工程”，即新增换热式转化炉、更新二段炉、对流段改造、新增净化再生塔CO2洗涤分离罐、增设再生气管线、增设CO2水冷器，其中换热式转化炉和二段炉因高温合金管质量问题未投入系统。

2003年大修实施“双一段二期工程”，即投入换热式转化炉和二段炉配管、增设氧化锌脱硫槽、中变气废锅、低变气废锅、低变炉保护器、半贫液闪蒸槽、脱碳吸收塔和再生塔填料改型。

为保护大低变催化剂和提高低变的变换率，2004年大修改装低变保护器为B204低变催化剂。

从本次查定数据来看：

在工艺投气方面：

新转化工艺投气达到7984.2Nm3/h，为设计值8228Nm3/h的97.04%，已接近但未达到设计最高负荷。

其原因主要有：

a、联合压缩机在夏天气温较高时实际工艺空气输气量不足，同8228m3/h的工艺天然气负荷不匹配，限制了负荷的推进；b、中变炉在8200Nm3/h负荷情况下阻力上升，压力已接近或达到原设计压力（1.92Mpa），且由于空速增加后，变换能力下降，出口CO上升（＞3.0%），减少了氨产量；c、脱碳系统处于极限操作，弹性很小，容易出现波动。

在指标控制方面：

⑴厢式炉出口残余甲烷为8.51%，换热炉出口残余甲烷为14.60%，二段炉出口残余甲烷为0.42%，换热炉和二段炉出口甲烷低于设计高限，主要是因为今年大修更换了换热炉催化剂，但随着使用时间的增加，开停车次数的累计，易受高温蒸汽钝化而导致换热炉催化剂活性下降，将影响新系统的投气负荷。

⑵中低变甲烷化部分在增设小低变炉后基本能满足新净化90Kt/a合成氨转化气的变换和甲烷化要求，在新系统工艺投气平均7984.2Nm3/h时，中变出口CO含量为3.37%，最终变换出口CO含量为0.32%，甲烷化出口甲烷含量为0.87%，可见中变出口CO含量较高使最终变换出口CO含量较04年9月查定值高出0.07%，使新系统减产液氨0.7%（1.9吨/天），但如再增加负荷或者时间稍长，中变出口CO进一步上升，则低变的能力即显不足。

因此，新系统中变炉是15万吨/年达产瓶颈之一。

⑶脱碳部分在新系统工艺投气平均为7984.2Nm3/h时，脱碳碱洗气二氧化碳含量为0.173%，从主要指标K2O浓度，贫液、半贫液循环量及半液、富液再生度，再生塔阻力看均处于极限状态，对脱碳长期稳定满负荷运行有较大制约。

所以脱碳必须在指标优化和精心调控下才能实现推高负荷至8200Nm3/h的目标。

1.4.2、老系统造气净化工序

老系统造气净化工序从70年代投产到85年局部改造后，其生产能力达到55Kt/a合成氨转化净化能力，近20年来基本没有改造。

从本次查定的情况看，工艺天然气的投入能达4800Nm3/h，平均为4651.3Nm3/h，生产能力在52～55Kt/a的水平。

从查定的控制指标看：

一段炉出口残余甲烷为10.53%，二段炉出口残余甲烷为0.31%，低变炉出口一氧化碳含量为0.15%，脱碳碱洗二氧化碳含量为0.38%，甲烷化出口甲烷含量为0.92%，说明本次查定期间老系统一段出口甲烷和脱碳出口二氧化碳较高，如进一步推高负荷、降低一段炉出口残余甲烷含量和脱碳碱洗气二氧化含量难度较大。

如果老系统要达60Kt/a的能力则工艺投气应为5200Nm3/h，将会导致一段炉出口残余甲烷和脱碳碱洗二氧化碳含量上升，不可能做到经济平稳运行。

老系统一段炉转化管已严重超过使用受命，而一段炉对流段的能力偏小，致使一段炉提温困难，转化出口残余甲烷偏高。

老系统脱碳采用两塔吸收和两塔再生、风冷降温流程导致再生压力高，再生热耗高，二氧化碳汽提气冷凝分离温度高，溶液再生度差，气体净化度差。

因此目前老一段炉和脱碳已成为制约负荷进一步推高的瓶颈，是影响合成氨150Kt/a总能力最终达产的关键因素之一。

1.4.3、压缩工序

1.4.3.1、联压机

K402G投入生产后，联合压缩机对生产稳定起到了强有力的支撑作用。

K402A、B台压缩机经过改造后能力与K402C、D、E相同，天然气的设计输送能力约为2600Nm3/h，空气设计的输送能力为3600Nm3/h，K402G天然气的设计输送能力为5760Nm3/h，空气的设计输送能力为7200Nm3/h，全开是总计天然气最大设计输送能力为18760Nm3/h，空气最大设计输送能力为25200Nm3/h。

在实际生产组织中，新系统是开K402C、D、E或K402G加一个小机子，空气量基本上能满足8000Nm3/h左右的工艺天然气投气负荷，假如低压系统调整后可以再加负荷至8200Nm3/h，则在夏天气温较高时，受循环水能力不足和气温高的影响，压缩机空气输送能力将会受到限制，一方面因进口空气温度高影响了压缩机空气输送能力；另一方面目前循环水能力不足影响压缩机水冷器降温效果，也将造成其工艺空气输送不足。

在工艺天然气输送方面三台压缩机（K402C、D、E）机组的输送天然气量输送能力为7800Nm3/h，达不到90Kt/a能力（需工艺投气7910Nm3/h）的水平，故一旦K402G故障则联压机达不到新系统90Kt/a能力的要求。

1.4.3.2、氢氮气压缩机

⑴两台3M22-160/13.5-320改造加转后其输送气体的能力提高到10800Nm3/h；三台3D22Ⅱ-14.5/14-320提压后为12000Nm3/h；K401F输送气体的能力为22000Nm3/h，总的输气能力为79600Nm3/h，能满足150Kt/a的能力。

⑵氢氮气压缩机到合成系统的阻力大，在一定程度影响了高压机的输气能力。

本机出口压力与合成入口压力相差1.0～1.5Mpa，即较多时候本机出口在29～30Mpa下工作。

主要原因为装置扩产后高压管线未进行改造，管程较长，管径偏小。

1.4.3.3、循环气压缩机

循环机输气能力为450×280×0.9×2+216×280×0.9×2＝335664Nm3/h，循环气压缩机能够满足150Kt/a的能力，但透平机的电流已达1000A左右，接近额定电流值。

1.4.4、合成工序

1.4.4.1、新合成塔

新合成塔采用的YD型内件于1998年5月投用，至今已使用了7年，按使用年限应进行大修。

今年更换了催化剂。

更换中发现中心管和温度计套管严重变形，1#冷激分布器上面的钢丝网损坏了大约15～20%，露出了筛板，2、3#冷激分布器由于进不了人和检修时间原因而无法仔细检查，但根据1#冷激分布器的损坏情况推测这两个分布器同样存在钢丝网损坏的情况。

在化机进行修复的过程中还发现下部换热器泄漏，堵漏后仍无法完全消除。

同时由于在今年催化剂还原结束以后发现合成塔的热点温度不在第一层的T2、8点，而在第二层的T3、4点上，全床层温差较大而且整个床温很不好控制，可以确定为分布器已经损坏，使塔