海油富岛合成氨装置技改总结

1、海油富岛合成氨装置技改总结海洋石油富岛股份有限公司吴永由摘要 对海油石油富岛股份有限公司合成氨装置的技改项目的改造原 因、过程、运行状况进行分析和总结。关键词 技术改造 增产 节能海油富岛股份有限公司合成氨装置为日产1000吨液氨，是日 本千代田株式会社设计并提供设备，中国成达化学工程公司总体设 计，并与千代田株式会社合作建设该装置，采用英国AMV-ICI工艺。 经过几年的运行，发现装置存在一些设计和设备缺陷，为了克服这些 缺陷并对装置进行增产节能改造，从2001年立项、可行性研究、论 证、实施、到2004年投用，历时3年多，现所有改造项目都并入系 统运行，效果非常明显。一、改造前的生产背景和

2、现状海油富岛公司一期合成氨装置自96年投产后，经过5年多的运行， 取得了很大的成绩，同时发现装置存在一些设计和设备问题，特别是 转化系统的设计存在明显的缺陷，原料气预热盘管超温，设计温度为 580C，实际操作温度为603C610C，而一段炉出口温度却低于设 计值776C，实际操作温度在750C755C之间。这样就形成了一段 炉在操作上的矛盾，一方面盘管超温影响设备的使用寿命，另一方面 一段炉出口温度低造成转化部分的能力下降。另外，转化系统还存在高压蒸汽过热温度低和高变入口温度较高 的现象，这里边除了有TC03023和HV03004调节的问题外，更重要 的是03E002的换热效率下降和换热面积偏

3、小所造成的，改造前 03E002后的过热蒸汽平均温度只有390C，离设计值484C有94C的 差距，这样影响了蒸汽的做功能力和透平的运行。由于以上缺陷的存在就使转化系统成为了合成氨装置稳产高产运 行的一大瓶颈。02MT01/02K001机组是合成氨装置最为重要的大机组，它的稳定 高效运行直接影响合成氨装置的正常生产。从1996年投产以来，该 机组表现为功率不足，19961998年三年间共因02MT01跳车装置 被迫停车达50多次。经过几年的摸索和工程技术人员的努力逐渐掌 握了 02MT01的特性，根据环境温度的变化，调整系统负荷，使 02MT01能基本平稳运行，但系统负荷却降了下来，平均下来每

4、天的 产量为950T/D左右（以9799年为基准），离设计值有5%的距离。环境温度的影响是十分明显的，根据这几年的运行记录，每年4 10月份气温较高，系统负荷平均只能维持在93%左右，10月份到次 年3月份，气温较低，系统负荷平均可达到98%左右，最高时可达到 103%；每天的情况都是这样，每天上午到了 9： 00左右系统开始减 负荷，18： 00开始加负荷，就这样来回反复，给操作和管理都带来 了很大的麻烦，公司的效益也受到了极大的影响，是合成氨装置的又 一大瓶颈。装置在合成回路的设计上也存在节能的改造潜力。由于以上原因，合成氨装置的平均生产负荷只能维持在95%左右 或稍高运行，严重影响装置的

5、生产能力的发挥和消耗水平的上涨，也 制约了公司经济效益的进一步提高。为此，在充分论证的基础上提出 和实现合成氨装置的增产节能改造项目。二，技改项目的选择在蒸汽转化前增建预转化蒸汽加烃绝热预转化工艺是丹麦托普索公司为降低能耗，减轻蒸 汽转化炉的负荷而开发的新工艺。增加高压蒸汽过热器鉴于装置中03E002高压蒸汽过热器能力不足，使过热蒸汽不 能达到设计值，同时也不能保证在下游的高温变换气，在合理 操作范围内，增加高压蒸汽过热器03AE003改善和提高高压蒸 汽的过热温度，使其实现设计值，同时也改善了入高温变换炉 的气体温度。增设燃气机入口前空气冷却器02MT01/02K001机组是合成氨装置最为重

6、要的大机组。从96年投产 以来，该机组表现为功率不足，特别是环境温度影响极大。为了提高 机组的出力，实现氨增产的需要，必须将其环境温度，由经常性的 35C降低至约15C，其02MT01/02K001的出力，即会满足增产的需 要。同时增加了该机组的操作稳定性。增建新鲜合成气分子筛干燥，及合成回路系统改造。三，合成氨装置改造前后的工况对比2004年大修期间对合成氨装置进行了改造，大修后开车过程中， 逐渐将各项改造项目串入系统，通过一段时间的运行，效果很明显， 现就各项改造项目在实际运行中是否达到预期目标进行分析。1.预转化部分（03AR001）预转化炉串入后，经过一段炉盘管预热后的混合气在预转化炉

7、内 进行绝热反应，气体中的大部分高碳烃，部分甲烷与蒸汽在较低的温 度下发生蒸汽转化反应，气体中的高碳烃和部分甲烷转化为 CO、 CO2、H2等，反应式如下：C2H6+2H2O=2CO+5H2 - QC3H8+3H2O=3CO+7H2 - QC4H10+4H2O=4CO+9H2 - QC5H12+5H2O=5CO+11H2 - QCO+3H2O=CO2+H2+QCH4+H2O=CO+H2-Q一段炉混合原料气入口温度TI03020，由于设计问题，改造前一百 在高于设计温度（580C） 2030C左右运行，长期运行对盘管寿命不 利，下面是串入前后工况对比表（表1）预转化炉串入前（平均）预转化炉串入后

8、（平均）一段炉入口温度TI03012605 C578 C一段炉出口温度TI03020756 C757 C预转化炉入口温度TI301499. 2C预转化炉出口温度TI308452. 4C卜面是预转化炉进、出口气体成分变化表（表2）CH4C2H6C3H8C4H10C5H12COCO2Ar+N2H2%进口82.072.771.000.590.150.778.772.251.63出口66.760.780.100.160.050.2312.181.1618.58从表1和表2中可看出，预转化系统串入后，一段炉入口盘管温 度TI03012温度下降了 2030C,预转化炉后CH4浓度从82.07%下 降到66

9、.76%,转化率为18%。高碳烃转化比较完全，C2H6转化率为 72%, C3H8为90%； C4H10为72% ；这样在保证一段炉出口甲烷不超 标的情况下，一段炉的负荷就减轻了，达到增产节能的效果。2.高压蒸汽过热器（03AE003）由于蒸汽过热器03E002换热面积偏小以及换热效率下降且不 易清洗，造成过热蒸汽温度较设计值（513C ）偏低50C左右， 既影响蒸汽的作功能力，高变温度也不易控制。本次改造在 03E002后新增一台蒸汽过热器03AE003，弥补03E002的不足，提高过热蒸汽温度的同时，解决高变入口温度偏高的问题。03AE003投用前后工况对比表（表3）串入03AE003前串

10、入03AE003后03E002出口高压蒸汽温度T03024409 C442 C03E002出口工艺气温度T03023348 C355 C经一段炉盘管后高压蒸汽温度 T03006464 C496 C高变炉入口温度T04001370 C343. 6C从表3可看出串入新换热器后，过热高压蒸汽的温度提了 30C左右，虽然比设计值513C低10C多度，但已能大大提高高压蒸汽的品 质，提高蒸汽透平的能力，节约蒸汽的用量。而且高变的入口温度下 降了将近30C，保护了催化剂，延长催化剂的使用寿命。从而高变 的温度可通过HV03004和TV03023调节。3.分子筛干燥系统以及合成回路改造新鲜气改造部分原设计新

11、鲜气在08E006前补入系统，经08E006、08E008冷却 后在08F001内用液氨洗涤，除掉新鲜气中残余的水份和CO2等合成 触媒的毒物，再在08E007、08E005中加热后回到07K002循环段。改造后新增新鲜气分子筛干燥器系统。甲烷化炉来的新鲜气由 07K001压缩，经07E001、07E003冷却到15C，在07F002中分离掉 水份后进入新增分子筛干燥器系统，在其中除掉微量的水分和co2, 达到CO2低于1ppm,水低于0.1ppm。经提纯后的新鲜气直接加入 07K002循环段入口，节省冷冻功。新鲜气改造部分串入后，甲烷化炉气经过分子筛07R002A/B后 水含量为0.07pp

12、m，符合07R002A/B设计要求（V0.1ppm）。而合成 塔08R001入口气体的成份与串入前相比气氨含量下降了，使反应向 有利于生成氨的方向进行。2005年2月18日首次串入XV703阀后 合成塔气体组分变化：入口气体分析气氨由3.16%下降至2.11%，出口 气体分析气氨由16.70%上升至19.55%。说明合成塔的氨净值提高了， 反应转化率也提高了，节省了 07K002的压缩功，也节省09K001的 冷冻功。同时，由于合成塔反应转化率的提高，合成塔的热点温度比 以前提高，所以可以降低入口温度来控制床层的热点温度，这样可以 延长合成塔催化剂的使用寿命。驰放气系统原设计驰放气是从合成回路

13、压力最高的07K002出口抽出， 在经过回收系统压力降低后，回收氢可以不经压缩直接返回合成 回路压力最低的07K002入口。但这并不是整个合成回路中惰气浓 度最高的点，新鲜气和返氢已在此之前补入合成回路，稀释了惰 气。技改后驰放气抽出点改到合成塔出口在新鲜气和返氢补入 之前的08E005出口，这里惰气浓度最高。因驰放气压力降低，回 收氢不能直接返回合成回路，新增驰放气压缩机07K003，驰放气 经提压后进入回收单元。2005年3月17日，07K003驰放气压缩机首次并入系统，系统关键指标变化如下：（表4）07K003串入前07K003串入后循环段流量（km3/h）482. 5454合成塔压力M

14、Pa10.3410.01合成塔热点温度上升出口温度上升从表4中可看出，由于驰放气从07K002出口改到入口驰放，07K002循环段的流量下降了大约30km3/h，降低了 07K002的负荷。驰放气从合成塔入口惰性气体含量最高处驰放，循环气体的惰性气含 量下降，合成塔的压力也下降，也就是说，维持同样的合成塔压力， 驰放气量可以少放，下降3km3/h左右，降低后系统的负荷，也节省 了能量。合成塔的热点温度再一次提高，可以进一步降低合成塔入口 的温度来控制床层温度。4.空气冷却系统（2003年改造后先投用）采用冷冻系统提供的液氨来冷却乙二醇溶液，再用乙二醇溶液冷 却空气。温度35、相对湿度为80%的

15、工艺空气和燃烧空气经新增 的空冷器冷却到15C后，送往02K001和02MT01。冷媒介质为25% 的乙二醇溶液。出空冷器的乙二醇溶液温度11C，经冷媒循环槽冷 媒输送泵送至冷媒氨冷器，被冷冻系统来的液氨冷却至1笆，进入空 冷器。主要工艺参数改造前改造后工艺空气量（km3/h）43. 545工艺空气压力（Mpa）3. 73. 95燃气轮机乏气温度笆498480压气机入口温度C3419从表5可以看出，在将燃气轮机入口温度从环境温度34C降至19C 时，可以提供105%装置负荷所需工艺空气，与设计目的基本一致， 系统压力也可提至设计值3.4Mpa （合成气压缩机入口），降低合成气 压缩功耗；CO2

16、吸收压力增高，降低循环量，降低再生热耗；改善合 成塔H2/N2，提高合成塔的单程反应率，为降低转化水碳比到设计值 创造了条件；装置的操作稳定性得到了极大的提高，燃气轮机乏气温 度远离温控温度，解决了燃气轮机机组因气温高带来的跳车问题。四、结论此次合成氨改造是非常成功的，所有改造项目都是在良好的正常 生产下进行施工安装任务，利用大修的机会完成与主装置的碰管连接 工作，设备试压、气密实验、置换、冲洗等试车准备工作均在停车大 修前和大修期间完成，大修结束装置开车后逐渐串入系统，并且能在 运行中相互切换操作，以确保不因改造系统威胁装置的生产运行。燃气轮机空冷系统改造项目在大氮肥行业里属首创。项目投用后，系统负荷可以从原来的29km3/h提高到32km3/h操 作，产量从原来的950