合成氨装置合成单元冷却器改造及优化措施

摘要：本文介绍了大庆油田甲醇厂5 万吨/ 年合成氨装置的基本概况和合成单元的简要流程，提出了实际生产中合成单元冷却器出口工艺气超温的问题，并且分析了产生这一问题的主要原因。为了解决这一问题，本单位采取了更换水冷器内部传热管的措施。经过改造，保证了装置在低负荷运行的状态下水冷器出口工艺气温度在指标范围内。

关键词： 合成氨；冷却器；冷却系统；改造

中图分类号：TK414文献标识码： A

1 合成氨装置简介

我公司现有一套生产能力为5万吨/a的合成氨装置，该装置于2004年破土动工，2005年11月建成投产。本装置主要包括原料气压缩、脱硫单元；蒸汽转化与余热回收单元；一氧化碳变换单元；脱碳单元；PSA变压吸附单元，主要用来制取纯氢；氨合成单元。经过我们在实际生产中对工艺参数和装置设别的不断改造和优化，装置现已稳定运行。

2 合成单元工艺流程简介

合成单元是合成氨装置最重要的组成部分之一。该单元是由PSA变压吸附单元所获得的氢气与来自氮气压缩机的氮气混合，依次通过压缩、合成、冷却等过程制得液氨产品。

氢气与氮气混合后，被导入合成气压缩机进行压缩。之后合成气进入热交换器，在此与出塔气换热，然后进入氨合成塔，在铁系催化剂的作用下发生氨合成反应。反应后的气体先经过合成气冷却器回收反应热，副产高压饱和蒸汽；再经过热换热器加热入塔合成气而被冷却后，进入水冷器E5114进一步冷却到40℃；然后在冷交换器中，合成气与从氨分离器顶部出来的冷循环气换热，在管程被冷却，在此有部分液氨被冷凝下来，分离出少量的液氨。反应气进一步在氨冷器中冷却，并与冷交换器所得的液氨混合送入氨分离器。而氨分离器分离出来的气体进入冷交换器的壳程回收热量。由氨分离器分离出的高压液氨经减压阀排放到氨闪蒸槽，之后被送到氨贮罐。

氨冷器中的制冷剂由氨受槽提供，液氨在换热器中蒸发制冷，气氨进入冰机入口的缓冲罐，然后进入冰机压缩后，进入最终水冷器被循环水冷却 、冷凝。冷凝下来的液氨流回氨受槽。

3 合成单元冷却器存在的问题与分析

本装置中水冷器E5114为列管式换热器，传热管束的材质为碳钢，管程所走的介质是合成反应所得的经过合成气冷却器和热冷却器降温后的气氨，而壳程的冷却介质为循环水。

化验发现，水冷器E5114出口循环水内氨含量超标，而且经过检测发现，循环水工段的凉水塔顶部测爆不合格，并检测出含有可燃气体。

经排查发现，由于循环水和气氨的腐蚀作用，使得水冷器E5114的传热管被腐蚀而产生了内漏现象。在发现这一问题的初期，经过排查，我们将被腐蚀的传热管堵塞。但是运行一段时间后水冷器E5114的循环水出口又检测出含有氨成分，再次采取堵塞的措施。本装置中，合成系统水冷器E5114出口合成气的设定指标是40℃。由于换热面积的减小，水冷器E5114的出口工艺气出现了严重超温现象，这样就使得在后续工艺冷交换器中冷却下来的液氨产品少，从而加剧了冰机的负载。

4 冷却器装置的改造

为了解决水冷器传热管的内漏问题，本单位采用不锈钢材质的传热管替换了原有的内漏碳钢传热管。不锈钢传热管的尺寸与碳钢传热管一致。冷却装置经过改造后，在原有低负荷的状态下，水冷器E5114出口工艺气的温度明显降低。但是经过计算得知，原有内管为碳钢的换热器总传热系数是83，而不锈钢内管的换热器总传热系数为78。事实上，在我们将负荷提升至80%时，水冷器E5114出口工艺气的温度再次出现超指标现象，这使得冰机的负荷也大大加剧，当然，这不排除由于季节变换气温升高而导致循环水温度升高的原因。

5 展望

为了满足合成氨装置在高负荷状态下的生产需要，本公司拟采用增加一台换热器，使其与原有的水冷器E5114形成串联，从而保证在高负荷及高温天气情况下合成单元的冷却效果。

作者简介：刘洋（1986年-），女，内蒙古满洲里市，助理工程师，大庆油田化工集团甲醇分公司合成氨车间，主要从事合成氨的生产操作。