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變換系統中變爐設備及工藝異常的技術分析

文檔作者：李小軍文檔來源：寧夏開元豐友化工股份有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年04月28日
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2010年第31卷第3期 氮肥技術摘要通過對合成氨變換系統中變爐設備及工藝所存在的問題，如催化劑床層的溫度下滑、中變爐隔熱層脫落等原因進行技術分析，從節能降耗方面考慮提出相應的解決方法和措施。關鍵詞中變爐設備及工藝 催化劑熱能回收1 中變爐運行情況介紹寧夏開元豐友化工股份有限公司合成氨變換系統原中變爐因二段上部爐壁鼓包變形，存在著安全隱患，2007年10月重新更換一臺中變爐。其中隔熱內襯選用新型的保溫材料硅酸纖維磚，催化劑選用原B117型中溫變換催化劑，共40m3。中變爐初始投入運行后，入爐溫度<320℃，熱點溫度455。C左右，出口氣中CO的體積分數在5％以內。后期CO的體積分數逐步升高至5．5％以上，且熱點溫度下滑，采用所有提溫手段，一段爐溫仍然持續下滑，并于2008年11月9日出現垮溫現象。為保證生產，迫不得已于1 1月中旬開始不斷關小lt中變爐的段間閥門，以減少l。爐過氣量，增加2-爐過氣量。最終仍無法滿足生產，于12月6日停車更換催化劑。在停爐的過程中，發現一段隔熱層完好，而中間封頭隔熱層全部脫落，封頭北側(一段出口管正下方)最高達寬lm、長2m的部分隔熱層脫落，對此進行隔熱層修補，并增加一壁溫測點(圖l所示)。催化劑更換為低溫活性好的B“3型。后，系統再次打開合成塔氣相放空，全開合成塔出液閥HV201，用CO：進行吹堵。反吹約20min后，退出CO：打液封，開始升壓，進入開車程序。當然最好在系統長期停車時對汽提塔進行專業的化學清洗。5避免液體分布器和汽提管被堵塞或被油污染由以上分析可知，主要從以下九方面抓起。(1)每月定期清理氨泵、甲銨泵的出口濾網，防止泵的柱塞填料碎屑進入汽提塔；(2)防止送至尿素車間的液氨帶油和催化劑粉末，確保液氨進尿素界區的液氨過濾器投運，利用大修機會清理濾布；(3)加強壓縮機的排污，控制壓縮機各段缸體的注油量在低限，防止油進入系統后，在高溫高壓下形成碳化物；(4)正常生產中，控制合成塔的液位在40％以上；(5)正常生產中HV2201嚴禁大幅度調節，防圖1 隔熱層脫落位置及壁溫測點示意圖止合成液體表面油污雜質瞬時隨液體被抽吸人汽提塔；(6)短時間停車封塔時，當合成塔液位降至20％后，及時關閉合成塔出液閥；(7)封塔停車時嚴格按照規程控制好高、低壓汽包壓力，防止高壓系統倒液至汽提塔；(8)系統長期停車排塔，要最后排合成塔溢流管內的液體；(9)對新裝置進行開車前，吹掃清洗時要徹底，防止遺留雜物。6小結以上各項方案措施，只是短期處理一下汽提塔內的汽提管和液體分布器小孔被堵塞或被油污染的問題，系統內碎填料、油污等雜質并沒有被清理出系統。要想根本解決問題，就要定期對汽提塔等高壓設備進行大修檢查處理，做好日常維護，確保汽提塔長周期穩定運行。(收稿日期：2010—02一04)萬方數據氮肥技術 2010年第31卷2 中變爐設備及工藝存在的問題分析2．1催化劑床層溫度下滑的原因分析(1)催化劑活性降低CO和水蒸汽的反應是一個可逆的放熱反應，催化劑床層的溫度由變換反應熱提供，變換反應速率降低，則反應熱減少，使床層溫度無法維持；而催化劑的活性又影響著變換反應速率，當催化劑活性降低后，變換反應速率降低，導致催化劑床層溫度下降。提高床層溫度的方法有：提高氣體中CO和氧含量，以增加反應熱；降低蒸汽添加量，以減少氣體帶出熱；減少熱損失等。其中氧的體積分數上升8～10℃，但因氧在爐內首先與催化劑的活性成分Fe，0。發生氧化反應，對催化劑是有害的，故不能用氧來調節爐溫；蒸汽的添加量是根據變換反應率來適當調節的，過高蒸汽損耗大，熱量損失大，過低則催化劑易過度還原。1，中變爐運行至2008年9月時，一段爐溫開始有下滑的趨勢，運行至12月，采取各種方法，氧的體積分數由0．2％提高至0．4％，一段熱點溫度仍然提不起來，詳細數據見表1。其中折算一段的轉化率只有27．8％(正常應>50％)，折算二段CO轉化率可達到65％(正常在30％左右)，表明一段的催化劑已失去活性，二段催化劑活性每增加O．1％，汽氣比一定的情況下，床層溫度能 尚可，氣體分布也比較均勻。表1 1·中變爐一段爐溫(℃)注：①舊爐，B117型催化劑，新造氣改造前②新爐，更換Bll7型催化劑后⑧爐溫開始下滑，段問c0的體積分數：7％．8％；出口CO的體積分數：5．0％-5．5％④出口CO的體積分數：5．0％-5．5％⑤出口CO的體積分數：5．5％～6．o％⑥段問c0的體積分數：15．6％；出口CO的體積分數：5％一6％(2)B1 17型催化劑與工藝條件不適應 面使變換反應熱降低，從而不易達到B 117型催中溫變換采用的是鐵鉻系催化劑，其中氧化 化劑的活性溫度。鐵是主活性組分，氧化鉻為助催化劑。我公司使用 (3)變換系統熱能回收設備效率低的鐵鉻系催化劑主要是Bll7和Bll3兩種，其中 飽和熱水塔原是8×104t合成氨的配套設B117型催化劑在使用一年后，氣體溫度需提高到 備，直徑為l 400／1 600，現合成氨生產能力已達350。C，才能達到其活性要求，而B113型催化劑活 到13×104t，故飽和熱水塔氣速高、飽和率低，使性溫度相對低，300。320'C既能達到其活性要求。 整個變換系統的熱能無法有效地回收；隨著氣量變換系統的熱量來源主要是變換反應所產 的增加，中溫換熱器、水加熱器兩換熱設備未及生的熱量。目前因造氣工藝、原料的變化，導致半 時更新；另外飽和熱水塔帶水嚴重，大量脫鹽水水煤氣成分發生變化，其中CO的體積分數由 帶人中溫換熱器后，水中所含固體長期積累堵塞28％降至23％，0：的體積分數由0．4％降至 換熱器列管，導致換熱效率低，使換熱器不能有O．2％。H：和CO：含量增加，此變化一方面降低了 效回收中溫變換氣的熱量。變換的負荷，提高了催化劑的使用壽命；另一方 中溫變換氣所帶的熱量，經過各熱能設備回萬方數據第3期 馬紅萍等：變換系統中變爐設備及工藝異常的技術分析收后，最終是以中變爐的人口半水煤氣溫度來顯示。從表I的數據可看出，同樣中溫變換氣在460℃時，中變爐的入口半水煤氣溫度卻由350cC降至338。C，從而說明熱能回收率低，導致變換系統的熱量后移。(4)爐壁熱損失大隔熱層脫落、隔熱層效果不理想及各管口的熱損失等也可造成爐內熱量損失大。新型隔熱材料效果不是很好，從初始運行后，一、二段爐壁溫度雖然比較穩定，但二段爐壁溫度一直在300℃以上，超出了設計溫度，后期的隔熱層脫落又同樣使爐壁熱損失加大。另外，從新增的爐壁溫度看(390℃)，管口的熱損失也是很大的。爐內熱量外逸，使催化劑活性溫度難以達到，活性溫度達不到，反應率降低，進一步導致爐內狀況惡化。2．2中變爐隔熱層脫落的原因分析(1)垮溫后的操作引起隔熱層脫落。中變爐內隔熱一、二段采用同一材質、同一種工藝，卻只有中間封頭下的部分隔熱脫落，經過分析垮溫后的操作運行情況，發現隔熱層脫落主要是由于垮溫后的操作引起。中變爐上、下段隔板四周是由20塊鋼板間斷固定的，主要靠隔熱層密封，正常情況下中變爐二段的人口閥是全開的，一、二段間壓差很小，氣體不存在走短路的現象。催化劑失活后，爐溫下滑、CO的轉化率降低，為滿足生產要求，被迫于11月中旬關中變爐二段的入口大閥，迫使氣體走小中變爐，從而造成一、二段間壓差增大，一段氣體順著出口管下部隔熱層的縫隙進入二段上部隔熱層與塔壁間，造成隔熱層鼓包、脫落。隨著閥門越關越小，直至關閉，脫落面積逐漸增大，尤其是一段出口管以下的部位更為明顯。另外，從11月中旬關中變爐二段的人口大閥后，一、二段問的壓差由0．027MPa增加至0．032MPa后，隨著閥門的不斷關閉，段間壓差卻并沒有再增加，說明關閥前隔熱層完好，關閥后，隔熱層脫落維持了段間的壓力平衡。(2)對于輕型隔熱材料的實用性和施工工藝認識不夠。原中變爐的隔熱：貼爐壁的澆注料30ram厚，用鐵絲網固定，防止澆注料脫落；外層的澆注料用Y型保溫釘固定。而新型的隔熱材料直接采用150ram的耐火纖維磚用膠粘結，無鐵絲網完全固定，Y型保溫釘(100mm高)只能卡在兩磚之間，而外層的膠易破裂，當外層膠破裂后形成縫隙，導致氣體進入后容易造成隔熱層鼓包、脫落。尤其是段間的隔板是由鋼板間斷固定，輕質隔熱材料在壓差大時，強度不夠，易漏氣。(3)筑爐施工沒有嚴格按施工方案、施工工藝執行，出現破壞性施工，將爐壁的部分保溫釘砸平，導致絕熱層在爐壁的附著力降低。2．3二段北側上部溫度高的原因分析經過對現場的觀察、檢測，發現每個管口附近爐壁溫度很高，離管口遠的爐壁溫度相對低。在中變爐的中部(徑向距離只有2．74m)集中了四個管口，分別是一段二層的卸料口、一段的出口管、二段的人口管、二段的人孑L，共四個管口。參考舊的中變爐，鼓包位置也是二段北側上部。故四個管口所傳遞的熱量很可能在此處形成疊加效應，使此部位的壁溫增加，從而引起中變爐的鼓包、變形。3結論(1)鑒于目前的工藝條件，中變爐比較適用低溫活性好的B113型催化劑。(2)從節能降耗上考慮，變換系統的熱能回收設備需加以改進、更新，以滿足不斷擴大的生產能力的需要。(3)在以后的生產操作中，應避免采用l’爐段間閥門的方法控制入爐氣量，以防止隔熱層再次脫落。(4)塔壁溫度監控布局有待于改進，尤其是中變爐中部溫度高的區域，需加強監控，并嚴格控制人爐壓力<2．3MPa。(5)從新型隔熱材料的使用看，并未達到預期的效果，對其施工工藝仍需加以改進。絕熱內層可采用70ram左右的硅酸纖維磚，并用絲網進行加固、防護；外層采用輕質耐火磚，用耐火膠或澆注料加以粘接、抹面，效果可能更好。另外，中間隔板與爐壁連接的地方，隔熱層更須加固、防止裂縫。(6)對于現場施工監管不到位的問題，在今后的工作中要加以改進、嚴格管理，避免此類事情發生。參考文獻1陳五平．無機化工工藝學(一)合成氨．1994(收稿日期：2010—02—04)

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