羅來和

1   工藝流程 

     某(mou)合成(cheng)氨裝置轉化系統采用天(tian)然氣(qi)和蒸汽(qi)雙一段(duan)轉化流程(cheng)。工藝(yi)天(tian)然氣(qi)和蒸汽(qi)按水碳(tan)比3.25(±10%調(diao)節)混合后分別送入方箱(xiang)式一(yi)段轉化爐(lu)(lu)(由(you)(you)燃燒天然氣(qi)提(ti)供(gong)熱(re)源(yuan))和換熱(re)式一(yi)段轉化爐(lu)(lu)(由(you)(you)二段高溫轉化氣(qi)提(ti)供(gong)熱(re)源(yuan))，2股一段轉(zhuan)化氣(qi)匯合后進入二段轉(zhuan)化爐；燃(ran)燒(shao)天然氣(qi)送至方(fang)箱(xiang)式(shi)一段轉(zhuan)化爐頂部(bu)燒(shao)嘴燃(ran)燒(shao)，經對(dui)流(liu)段各組換(huan)熱器(qi)進行換(huan)熱后，由(you)引風機(ji)抽(chou)出(chu)排放。工藝天然氣(qi)經對(dui)流(liu)段工藝天然氣(qi)換(huan)熱器(qi)加(jia)熱至約380℃后進(jin)入脫硫(liu)系統，先經過(guo)鐵(tie)錳(meng)脫硫(liu)催化劑(SHT-512C型)粗脫(tuo)硫，然后經氧化(hua)鋅精脫(tuo)硫劑(Z929型)精(jing)脫硫。經精(jing)脫硫后(hou)的天(tian)然氣與蒸汽按水碳比3.25(±10%調節(jie))混(hun)合(he)后(hou)分成2股：一股進入(ru)對流段(duan)天然氣(qi)蒸汽換熱器加熱至450～530℃后，再進入方(fang)箱式一段轉化爐爐管內進行甲烷轉化反應；另一股(gu)進入混合(he)氣預熱器(qi)中預熱至520℃，再進(jin)(jin)(jin)入(ru)換熱(re)式(shi)一(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)管(guan)內(nei)進(jin)(jin)(jin)行(xing)甲烷轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反應(ying)。這2臺轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氣(qi)匯合后進(jin)(jin)(jin)入(ru)二段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)，使未轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)甲烷繼續轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)；同時，向二段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)內(nei)送入(ru)一(yi)定(ding)量的(de)(de)空氣(qi)，使空氣(qi)中(zhong)的(de)(de)氧(yang)氣(qi)與(yu)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氣(qi)中(zhong)的(de)(de)氫氣(qi)發生燃燒反應(ying)，放(fang)出(chu)大(da)量的(de)(de)熱(re)，并且控制轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氣(qi)中(zhong)氫氮比以滿足合成氨的(de)(de)工(gong)藝需要。出(chu)二段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)的(de)(de)工(gong)藝氣(qi)進(jin)(jin)(jin)入(ru)換熱(re)式(shi)一(yi)段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)爐(lu)的(de)(de)管(guan)間，作為(wei)熱(re)源加熱(re)管(guan)內(nei)的(de)(de)原料氣(qi)，使之發生甲烷轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)反應(ying)。隨后管(guan)間的(de)(de)二段(duan)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氣(qi)(約700℃)離開換熱式一(yi)段(duan)轉化(hua)爐(lu)(lu)進入混合氣預熱器，再經廢(fei)熱鍋爐(lu)(lu)回收熱量(產生(sheng)3.1MPa的中壓蒸(zheng)汽(qi)供一段(duan)轉化爐用)，溫(wen)度(du)降至(zhi)360℃左(zuo)右的(de)轉化氣出廢熱鍋爐進入變換(huan)系(xi)統，再經(jing)脫碳系(xi)統送入甲(jia)烷化系(xi)統，最終經(jing)加(jia)壓(ya)后送至合成塔(ta)產氨。

2   正常操作要點

     ①嚴(yan)格控制調節工藝天然氣(qi)和蒸(zheng)汽混合氣(qi)中水碳比(bi)在(zai)3.25(±10%調(diao)(diao)節)，防止工(gong)藝(yi)天(tian)然(ran)氣發生析碳事(shi)故(gu)；②系(xi)統(tong)加負(fu)荷(he)要(yao)緩慢，必(bi)須按蒸汽、天(tian)然(ran)氣和空(kong)氣的順序調(diao)(diao)節，減負(fu)荷(he)時(shi)則相反；③根據系(xi)統(tong)不同負(fu)荷(he)，調(diao)(diao)整引風(feng)機(ji)轉速，保(bao)證方箱式(shi)一段轉化爐爐膛上下部溫差在(zai)80～100K；④嚴格控制方(fang)箱式一(yi)段轉化爐出口(kou)進(jin)對(dui)流段各組換熱(re)器的進(jin)口(kou)氣體不超溫(wen)、不過熱(re)；⑤嚴格控制脫硫(liu)系(xi)統(tong)進(jin)口(kou)氣體溫(wen)度在360～400℃，保證脫硫(liu)系統出口天(tian)然氣(qi)中硫(liu)質量(liang)濃度≤0.5mg/m³(標態)；⑥嚴(yan)格控制方箱(xiang)式(shi)一段轉化爐出口氣體溫度≤800℃，換熱式一(yi)段(duan)轉(zhuan)化爐出口(kou)氣體溫度(du)≤715℃,二段轉化(hua)爐出口(kou)氣體溫(wen)度≤920℃，保證方箱式一段爐出口(kou)氣體中CH₄體(ti)積(ji)分數≤8%、換熱式一段轉化爐出口氣體中CH₄體(ti)積分(fen)數≤16%、二段(duan)轉化爐(lu)出(chu)口氣體中CH₄體積分數(shu)≤0.5%；⑦嚴(yan)格控(kong)制轉化廢熱鍋爐液位(wei)在45%～50%，防止出(chu)現“干(gan)鍋”和超液位現象；⑧加強巡回檢查，定時用紅外測(ce)溫槍監(jian)測(ce)換熱(re)式一段(duan)(duan)轉化爐及二段(duan)(duan)轉化爐爐壁溫度(du)并(bing)嚴格(ge)控制(zhi)在≤80℃；⑨2h觀察1次一段(duan)轉化(hua)爐(lu)燒(shao)嘴的燃燒(shao)情(qing)況，防止發(fa)生偏燒(shao)、回(hui)火等(deng)現象，并及時調整燒(shao)嘴背(bei)壓(ya)≤0.25MPa，確保燃燒(shao)天然氣能完全燃燒(shao)。

3   故障原因及處理措施

3.1   天然(ran)氣(qi)壓(ya)縮(suo)機跳閘

     (1)故障及原因：天然(ran)氣壓縮機開、停顯示報警；工藝天然(ran)氣流量(liang)及壓力突然(ran)大(da)幅(fu)下降直至(zhi)為零，工藝天然(ran)氣和蒸(zheng)汽的混合氣中水碳(tan)比(bi)大(da)幅(fu)上漲；工藝天然(ran)氣換熱(re)器后對流段溫度上升。

     (2)處理(li)措(cuo)施：全廠(chang)緊(jin)急停車(che)，切斷(duan)工藝空(kong)氣并控壓(1.0MPa)放空，向二段(duan)轉化爐加保護蒸汽；切斷進(jin)(jin)變換(huan)系統閥門，并打開(kai)進(jin)(jin)變換(huan)系統前放空閥，系統進(jin)(jin)入蒸汽降溫狀態。

3.2   引風機(ji)跳閘

     (1)故(gu)障及原因(yin)：方(fang)箱式一段轉化爐爐膛(tang)(tang)由負壓變(bian)正壓；爐膛(tang)(tang)溫度迅速下降；爐膛(tang)(tang)內(nei)有火(huo)焰從爐頂竄出。

     (2)處理(li)措施：立(li)即切(qie)除燃燒天然氣系統；

雙(shuang)一(yi)段轉(zhuan)化系統工藝流(liu)程(cheng)見(jian)圖1：                               ;                               圖 1   雙一段轉化系統工藝流程

     開始大量減轉化系統(tong)負荷，不要作(zuo)緊急停車處理(li)，同時(shi)再(zai)度啟動引(yin)風機，視(shi)爐(lu)(lu)膛(tang)溫(wen)度采用(yong)燃燒天然氣自燃著(zhu)火(爐(lu)(lu)膛(tang)溫(wen)度≥650℃)或點火；若不(bu)能啟(qi)動(dong)引風機(ji)，應按緊急停車處(chu)理。當二段轉化爐進口氣體(ti)溫度降至(zhi)680℃時，切(qie)斷工藝(yi)(yi)空氣(qi)，在工藝(yi)(yi)空氣(qi)中加保護(hu)蒸汽。當方箱式一(yi)段(duan)轉化爐出(chu)口氣(qi)體溫(wen)度降至620～650℃時，切斷工藝天(tian)然氣，中變爐前(qian)控壓(≤1.0MPa)放(fang)空，同(tong)時停(ting)運中變爐、低(di)變爐和甲(jia)烷化(hua)系統，并(bing)進行保(bao)壓。

3.3  空(kong)壓機跳(tiao)閘(zha)

     (1)故(gu)障及原因：空(kong)氣壓縮機(ji)開、停顯(xian)示報警；工藝空(kong)氣流(liu)量迅速下降，工藝空(kong)氣換(huan)熱器后對(dui)流(liu)段(duan)溫度上升；二段(duan)轉(zhuan)化爐(lu)JZ204型催化劑床層(ceng)上部(bu)溫度迅(xun)速下降。

     (2)處理措(cuo)施：立即切斷工(gong)藝空氣自動閥，現場關閉工(gong)空手(shou)動閥及(ji)(ji)加大(da)保護蒸汽(qi)量(liang)；通(tong)知班(ban)長及(ji)(ji)調度降低轉化系(xi)統負荷和換熱式一段轉化爐負荷，控制(zhi)中變爐進口氣體溫度≥300℃；不要(yao)作(zuo)緊急停車處理。

3.4  鍋爐(lu)給水(shui)泵(beng)跳閘

     (1)故障(zhang)及(ji)原因：給(gei)水泵(beng)或(huo)電器出現故障(zhang)；轉化廢熱鍋爐液位下降。

     (2)處(chu)理措施：啟動備(bei)用泵；備(bei)用泵無法(fa)啟動時，按工藝天然氣壓縮機跳閘處(chu)理步驟(zou)作緊急停車處(chu)理。

3.5   汽(qi)包(bao)液位低(di)

     (1)故(gu)障(zhang)及原因(yin)：給水(shui)泵故(gu)障(zhang)；自動加水(shui)閥(fa)打不開(kai)(kai)或開(kai)(kai)度不足。

     (2)處理(li)措施：啟(qi)用備用泵(beng)，關閉廢熱(re)(re)鍋(guo)爐(lu)排污閥，并提(ti)高汽包(bao)蒸汽壓力、降(jiang)低(di)廢熱(re)(re)鍋(guo)爐(lu)蒸發(fa)量；增(zeng)加換熱(re)(re)式一(yi)段轉化(hua)爐(lu)負(fu)荷(he)，降(jiang)低(di)進廢熱(re)(re)鍋(guo)爐(lu)轉化(hua)氣(qi)溫度；檢修(xiu)閥門。

3.6  蒸汽(qi)帶(dai)水

     (1)故(gu)障及原因：汽包液(ye)(ye)位過高(gao)、波(bo)動(dong)太大，控(kong)制(zhi)液(ye)(ye)位不當(dang)；蒸(zheng)汽分離器未排(pai)凈冷凝(ning)水(shui)(shui)；蒸(zheng)汽管網的(de)蒸(zheng)汽壓(ya)力(li)波(bo)動(dong)大；廢熱(re)鍋(guo)爐(lu)爐(lu)水(shui)(shui)中鹽含(han)量偏高(gao)，水(shui)(shui)的(de)沸點上(shang)升產生(sheng)汽液(ye)(ye)共(gong)沸現象；汽包或分離器除沫器損壞；方箱(xiang)式(shi)一段轉化爐(lu)進口及換熱(re)式(shi)一段轉化爐(lu)進口氣體溫(wen)度迅速下降(jiang)。

     (2)處理措施：控制(zhi)好汽包液位；開大汽包連排閥(fa)開度；2h排凈蒸(zheng)汽分離器冷凝液1次；采用(yong)汽包(bao)出口(kou)閥控制并穩定汽包(bao)蒸(zheng)汽壓(ya)力；加(jia)大廢(fei)熱鍋(guo)爐(lu)排污(wu)流量，調(diao)整好爐(lu)水質(zhi)量；降低轉化(hua)系統負荷。

3.7   氧化鋅脫硫槽出(chu)口天然(ran)氣硫含(han)量高

     (1)故障(zhang)及(ji)原因(yin)：鐵(tie)錳(meng)脫硫槽進(jin)口天(tian)然(ran)氣溫度(du)＜360℃，有機(ji)硫未(wei)(wei)脫除；管網天然(ran)(ran)氣(qi)中總(zong)硫含量突(tu)然(ran)(ran)增高；脫硫系統加氫量不足，有機(ji)硫未(wei)(wei)轉(zhuan)換成無(wu)機(ji)硫；鐵錳脫硫劑活性降低(di)；天然(ran)(ran)氣(qi)中夾帶(dai)油水(shui)。

     (2)處理措(cuo)施：適當提高鐵錳粗脫硫槽進口天然(ran)氣溫度至(zhi)380～400℃；加(jia)大(da)脫硫系統配氫量至工藝天然氣流量的3%；降低轉化系統負荷(he)；加大天然氣壓縮機一(yi)段(duan)進口和(he)一(yi)段(duan)出口油水分離(li)器的油水排(pai)放量。

3.8   天然氣析碳(tan)

     (1)故障及(ji)原因(yin)：方箱(xiang)式一段爐轉(zhuan)化管受熱(re)不均勻；天然氣和蒸汽的混合(he)氣中水碳比＜2.5；方箱式一(yi)段爐轉化管阻力增大；工藝天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)換熱(re)器出(chu)口天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)溫度(du)＞440℃；燃燒天然(ran)氣(qi)流量過大，造成方箱式一段轉化爐爐膛溫度過高；原料氣(qi)中高級烴含量增加；JZ216型轉化(hua)催化(hua)劑(ji)活性(xing)降低(di)；氧化(hua)鋅(Z929型)脫硫槽出口天然氣(qi)中總硫質量濃度＞1.0mg/m³(標(biao)態)，引起JZ216型(xing)轉化催化劑中(zhong)毒(du)。

     (2)處理(li)措施：調節天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)和蒸汽(qi)的混合氣(qi)(qi)(qi)中水(shui)(shui)碳比至正常指標；降(jiang)低(di)(di)燃料天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)流量，降(jiang)低(di)(di)方箱式一段轉化爐(lu)爐(lu)膛溫度及爐(lu)膛負(fu)壓，以降(jiang)低(di)(di)鐵錳粗脫硫槽進口天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)溫度；調整燒(shao)嘴至其物料燃燒(shao)完全和爐(lu)膛溫度分布均勻(yun)；降(jiang)低(di)(di)轉化系(xi)統天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)負(fu)荷，提高天然(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)和蒸汽(qi)的混合氣(qi)(qi)(qi)中水(shui)(shui)碳比至5.0～6.0，然后提(ti)高方(fang)箱(xiang)式(shi)一段轉化爐出口(kou)氣體溫度(du)至(zhi)800℃進行燒碳；提高脫(tuo)硫系(xi)統(tong)配氫量，以降低氧化鋅脫(tuo)硫槽出(chu)口天然氣中硫質量濃度＜0.5mg/m³(標態)。

3.9   方箱式一段轉(zhuan)化爐出口(kou)轉(zhuan)化氣(qi)中(zhong)CH₄含量偏高

     (1)故障及原因：天然(ran)氣(qi)(qi)和蒸汽的混合(he)氣(qi)(qi)中(zhong)水碳比低(di)(di)(di)；燃(ran)燒(shao)天然(ran)氣(qi)(qi)燃(ran)燒(shao)不完(wan)全或(huo)流量偏低(di)(di)(di)，致使(shi)爐膛溫度偏低(di)(di)(di)；JZ216型(xing)轉(zhuan)化催化劑硫中毒(du)或(huo)活性降低(di)(di)；工(gong)藝(yi)天然氣流量偏(pian)大，導致(zhi)一段轉(zhuan)化爐出(chu)口氣體溫度偏(pian)低(di)(di)。

      (2)處理措施(shi)：適當提高天然氣(qi)(qi)(qi)和蒸汽的混合(he)氣(qi)(qi)(qi)中水(shui)碳比；適當調(diao)(diao)整燃燒氣(qi)(qi)(qi)流量(liang)；調(diao)(diao)整爐(lu)膛負壓；降低工藝(yi)天然氣(qi)(qi)(qi)流量(liang)，提高一段轉(zhuan)化(hua)爐(lu)出(chu)口轉(zhuan)化(hua)氣(qi)(qi)(qi)溫度；調(diao)(diao)整進(jin)脫硫(liu)(liu)系統溫度，防止天然氣(qi)(qi)(qi)析(xi)碳或硫(liu)(liu)含(han)量(liang)超標。

3.10   二段轉化爐出口氣體中CH₄含量偏(pian)高(gao)

      (1)故障及原因(yin)：二段轉(zhuan)化爐(lu)出(chu)口氣體溫度偏低；方箱式一(yi)段轉(zhuan)化爐(lu)和換熱式一(yi)段轉(zhuan)化爐(lu)出(chu)口氣體中(zhong)CH₄含量偏高(gao)；來(lai)自(zi)混(hun)合預熱器的天(tian)然氣(qi)和(he)蒸汽混(hun)合氣(qi)在換(huan)熱式(shi)一(yi)段轉(zhuan)化爐(lu)內走近路，致使換(huan)熱式(shi)一(yi)段轉(zhuan)化爐(lu)轉(zhuan)化氣(qi)溫度偏低；工藝空氣(qi)流(liu)量偏小；二(er)段轉(zhuan)化爐(lu)JZ204型催(cui)化劑(ji)活性降(jiang)低或(huo)中(zhong)毒；換熱式一段轉化爐下部豬尾(wei)管破裂。

   ;   (2)處理措施：提高方箱式一(yi)段轉化爐燃燒(shao)天(tian)然氣的流量和(he)出口(kou)轉化氣溫度，降低其中CH₄含量(liang)；降低(di)進換熱式一段(duan)(duan)轉化(hua)(hua)爐流量(liang)，提高換熱式一段(duan)(duan)轉化(hua)(hua)爐出口轉化(hua)(hua)氣溫度，降低(di)其(qi)中CH₄含量；適當提高工藝空氣(qi)流量；待(dai)停車檢查換熱(re)式(shi)(shi)一段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)爐內天然氣(qi)和蒸汽(qi)的混合氣(qi)有無走(zou)近路現象(xiang)并及時更(geng)換換熱(re)式(shi)(shi)一段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)爐內密封材料；更(geng)換換熱(re)式(shi)(shi)一段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)爐下部豬尾管；更(geng)換二段(duan)(duan)轉(zhuan)化(hua)(hua)爐催化(hua)(hua)劑。

3.11   二段轉化爐爐內溫(wen)度超(chao)溫(wen)

      (1)故(gu)障及原因：加入二段轉化爐爐內(nei)空氣流量過大，工藝(yi)空氣與(yu)工藝(yi)天然氣流量比(bi)＞1.6；方箱式一(yi)段轉化爐出(chu)口(kou)氣體中(zhong)CH₄含量低、溫度偏(pian)高；天然氣(qi)(qi)與蒸(zheng)汽混合氣(qi)(qi)中水(shui)碳比偏(pian)高；換熱式一段(duan)轉化(hua)爐出口(kou)氣(qi)(qi)體(ti)CH₄含量(liang)偏低、溫度偏高；二段轉化爐(lu)JZ204型催(cui)化(hua)劑活(huo)性(xing)差或中毒；空氣(qi)分(fen)(fen)布器損壞，空氣(qi)分(fen)(fen)布不均勻，噴(pen)嘴空氣(qi)燃燒不完全，引起空氣(qi)中氧(yang)與催(cui)化(hua)劑反應放出(chu)大量的熱。

       (2)處理措施(shi)：控(kong)制(zhi)工藝(yi)空氣(qi)和工藝(yi)天然氣(qi)流量比在1.3～1.5；適當加(jia)大(da)工(gong)藝天然(ran)氣(qi)流(liu)量并降低(di)工(gong)藝空氣(qi)流(liu)量；降低(di)燃(ran)料(liao)氣(qi)流(liu)量和一(yi)段轉化(hua)爐(lu)出(chu)口氣(qi)體溫(wen)度；適當降低(di)天然(ran)氣(qi)和蒸汽的混(hun)合氣(qi)中(zhong)水(shui)碳比(bi)，提高一(yi)段轉化(hua)爐(lu)出(chu)口氣(qi)體中(zhong)CH₄含量(liang)；增加換(huan)熱式一(yi)段(duan)轉化(hua)爐天然氣蒸(zheng)汽的流量(liang)，降低換(huan)熱式一(yi)段(duan)爐出(chu)口氣體溫度，提高其中CH₄含量(liang)；檢查工藝天然氣壓縮機一段和二段出口氣體是否(fou)帶油(you)水并(bing)加大(da)分離器(qi)排放(fang)油(you)水量(liang)；關注二段轉(zhuan)化(hua)爐(lu)壓差(工藝指標＜30kPa)是(shi)否超標，從而判斷二段轉化爐爐拱(gong)是(shi)否損(sun)壞(huai)。

4   結語

      以天(tian)(tian)然(ran)氣為原(yuan)料的雙一段(duan)轉化系統近年來在中型(xing)合成氨(an)裝置(zhi)上已得(de)到廣泛應用，特別是(shi)充分利用熱源可減少燃料天(tian)(tian)然(ran)氣耗量，噸氨(an)能耗大幅降低。相比原(yuan)間歇式轉化工藝，噸氨(an)天(tian)(tian)然(ran)氣耗降低約200m³(標態(tai))、電(dian)耗降低約600kW·h。為了(le)降低合成(cheng)氨生產成(cheng)本(ben)、增(zeng)強市場競爭(zheng)力，還(huan)必須掌握(wo)系統的(de)(de)操作要點及提(ti)高事故的(de)(de)判斷處理能力，才能確保系統安(an)全(quan)、穩定、長周期運行。