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80kta合成氨变压吸附脱碳装置技术改造小氮肥第39卷第8期2011年8月80kt/a合成氨变压吸附脱碳装置技术改造0前言洪鉴(云南云天化国I.,fG_r-有限责任公司红磷分公司开远661600)云天化国际化工有限责任公司红磷分公司的合成氨装置于1999年建成投产,原设计能力为30kt/a合成氨,以焦碳,白煤为原料制气,脱碳采用变压吸附工艺,配套的变压吸附脱碳装置(简称1脱碳装置)设计处理能力25000In/h(标态).2001年,合成氨装置产能扩至80kt/a,新增1套设计处理能力25000in/h(标态)的变压吸附脱碳装置(简称2脱碳装置).在运行过程中,2套脱碳装置的氢损失都比较大,1脱碳装置氢损失高达4%6%(体积分数,下同),2脱碳装置氢损失达3%,严重影响了合成氨的消耗.为此,经多方论证,在2007年对2套脱碳装置进行了技术改造.1合成氨脱碳系统工艺流程和主要设备1.11脱碳装置1脱碳装置工艺流程见图1.来自变换系统的变换气在一定压力和环境温度下,由管道进入气水分离器,将原料气中的游离水分离掉,分离出的水通过排污阀排出,分离水后的原料气通过管道进入吸附塔;脱碳后的产品净化气从出口管弓9出,进入净化气缓冲罐,然后与2脱碳装置净化气汇总到三段进口总管.吸附后的吸附剂需要进行解析再生,吸附塔的解吸气分两部分排出:一部分为吸附塔逆向放压时的排出气;另一部分为真空解吸气,由真空泵抽空后进入抽空气放空总管排出.该套变压吸附装置设计吸附压力0.8MPa,由52只程控阀,2只终充阀及1只出口压力调节阀组成.工艺运行方式为8-3-2和622两种运行方式,83.2即8塔运行,3塔同时吸附,2次均压,每塔的循环步骤为:吸附,一均降,二均降,逆放,抽真空,二均升,一均升,终充.62-2即6塔运行,2塔同时吸附,2次均压,每塔的循环步骤为:吸附,一均降,二均降,逆放,抽真空,二均升,一均升,终充.6-2-2作为低负荷或其中一塔阀门有故障时进行调节.1脱碳装置主要设备参数见表1.1.22脱碳装置2脱碳装置工艺流程见图2.该套装置设计吸附压力为一0.7MPa,由46只程控阀,1只终充阀和1只出口压力调节阀组成.工艺运行方式为8.3.3和6-2.2两种.83.3即8塔运行,3塔同时吸附,3次均压,在抽真空时还带有12S冲洗.l专.钕接挺接挺穗撂:睡唾唾睡唾夔.留翟._IlID+D+哇9.o+D+口+D+.;图11脱碳装置工艺流程冲罐口口l0表11脱碳装置主要设备参数设备名称设备参数吸附器气水分离器净化气缓冲罐真空泵452600mm×22mm×7980mm.吸附剂装填量29m,8台451000mm×12mm×3180mm,1台3500mm×14mm×16275mm,1台SK一120,n:390r/min,排气压力0.100.12MPa,抽气量7200m/h,5台小氮肥第39卷第8期2011年8月每塔的循环步骤为:吸附,一均降,二均降,三均降,逆放,抽真空一,反洗,抽真空二,三均升,二均升,一均升,终充.6.2_2即6塔运行,2塔同时吸附,2次均压,每塔的循环步骤为:吸附,一均降,二均降,逆放,抽真空,二均升,一均升,终充.6-2-2作为低负荷或其中一塔阀门出现故障时进行调节.2脱碳装置主要设备参数见表2.表22脱碳装置主要设备参数设备名称设备参数吸附器气水分离器净化气缓冲罐真空泵452600mm×24mm×9560mm.吸附剂装填量36m,8台1000mm×12mm×3180mm,1台3500mm×14mm×16275mm,1台SK-400,n=390r/min,排气压力0.100.12MPa,抽气量96m/min,4台2存在问题及原因分析2套脱碳装置在运行时,都体现出了操作便捷,开停车方便等优点,但存在氢等有效气体损失大,2脱碳装置阀门故障时会造成全系统憋压等问题.2.11脱碳装置1脱碳装置自1999年投产以来,实际运行处理气量比设计值低50008000m/h(标态),氢损失高达4%一6%,比设计值高1.5%一2.5%.主要原因:1脱碳装置在1997年设计时,由于对吸附工作压力与吸附效果的关系认识不足,在确定设计条件时考虑不周,吸附压力设计得过高(0.78MPa),但实际操作过程中,吸附压力仅为0.62MPa左右,与装置实际所能达到的吸附压冲罐力偏差较大.变压吸附的主要特点是吸附压力越高,吸附效果越好,处理能力越大,由于在设计时对装置的操作弹性也考虑不到位,由此造成1脱碳装置虽然设计原料气处理能力为25000m/h(标态),但实际上最高仅能达到20000m./h(标态)左右;塔设计容量过低,吸附剂装填量过少.因设计压力的高低与吸附剂的装填量成对应关系,由于设计压力过高,导致吸附剂装填量过少,降低了脱碳系统的处理能力.由于以上2个原因,导致1脱碳装置负荷过重,只得依靠减少吸附时间来保证1脱碳装置的处理能力,各个循环步骤的时间相应减少,最终导致1脱碳装置的抽真空度降低,吸附剂再生效果不好;单位时间内放空次数增多,放空压力增大,导致氢损失增大.2.22脱碳装置2脱碳装置自2002年投产以来,实际处理原料气气量比设计值高9000ITI/h(标态),出口气中(CO:)高达0.35%,比设计值高0.05%;氢损失高达3%,比设计值高1%.主要原因:脱碳装置需要处理气量54000in/h(标态)左右,但由于1脱碳装置处理能力达不到设计要求,导致2脱碳装置负荷增加9000Ill/h(标态)左右的气小氮肥第39卷第8期2011年8月量,超出了2脱碳装置的负荷设计值,只能同样减少2脱碳装置吸附时间来提高该脱碳的处理能力,随着吸附时间的减小,各个循环步骤的时间相应减少,2脱碳装置单位时间内放空次数随之增加,放空压力增大,氢损失增大.2脱碳装置因逆放步骤和抽真空步骤共用1只阀门,每个系列配1只逆放总阀,阀门出现故障时,全系统易造成憋压,所以必须停运2台压缩机和2脱碳装置,系统卸压后才能恢复生产.由于装置负荷太重,循环周期时间太短,1和2脱碳装置往往只能实现2次均压或3次不彻底的均压,从而出现放空压力高,放空次数多及气体损失大等问题.为此,经收集,查阅相关资料,并多次向部分相关单位进行调研,最终确定选用四川开元科技有限责任公司提供的改造方案.3技改情况最终确定的改造方案是将原有1和2脱碳装置由8.3.2和83.3流程均改造为lO-4-4&2PP/VP流程.新工艺流程步骤为:吸附(A),顺放一(PP1),一均降(E1D),二均降(E2D),三均降(E3D),四均降(FAD),顺放二(PP2),逆放(D),抽真空一(V),反洗,抽真空二(V),四均升(FAR),三均升(E3R),二均升(E2R),一均升(E1R),终充(FR).具体改造方案:增加顺放和抽空冲洗步骤,1和2脱碳装置都分别再增加2台吸附塔及相应装填量的吸附剂(1脱碳装置为29m塔,2脱碳装置为36m塔),同时,将现有的产品气缓冲罐改作均压罐,2脱碳装置新增加单独的.8只逆放阀,同时各增加3只程控阀(顺放一总阀,顺放二总阀,三均总阀),控制系统采用现有的罗斯蒙特AV7.4DCS系统,并增加相应的开关量及模拟量控制模块和仪器仪表;改造后本装置可实现在1塔出现故障时,由10塔流程切换至9塔及8塔2种流程下运行;根据新的工艺要求,对DCS重新进行组态;1和2脱碳装置改造后均改为104-4&2PP/VP流程,即10塔运行,4塔同时吸附,4次均压,增加了冲洗再生步序及2次顺放.4塔同时吸附可减小吸附操作下的空塔线速度,改善吸附效果,增加1次均压和2次顺放后,降低放空压力,延长抽空时间,改善吸附剂再生效果,有利于吸附塔循环吸附操作.通过以上多方面改进后,有效提高装置有效气体回收率,减少气体损失.2套脱碳装置改造与2007年5月合成氨装置停车大修时同步组织实施完成,并在2007年5月20日与合成氨主装置大修后同步投入运行.4改造后工艺流程经过技术改造后,1和2脱碳装置的工艺流程一致,各套系统工艺流程与技改前基本一致,但是在此基础上增加了气体的回收流程.改造后工艺流程见图3.图3改造后工艺流程吸附流程:来自变换系统的原料气首先进入气水分离器,将原料气中的冷凝水分离掉,经原料气进口阀进入吸附塔,在塔中原料气的杂质组分被吸附剂吸附,净化气则从净化气出口阀引出,经计量并通过出口压力调节阀后输出界区外进入压缩机三段进口.再生流程:吸附塔吸附步骤结束后,进行吸附剂的再生过程.吸附塔依次经顺放一,一均降,二均降,三均降,四均降,顺放二,逆放,抽真空及抽真空冲洗,四均升,三均升,二均升,一均升,终充等步骤完成吸附剂的再生和吸附塔的升压过程,其中一均降气体均往一均升,二均降气体均往二均升,三均降气体均往均压罐,三均升的气体由均压罐来,四均降气体均往四均升,顺放一的气体作为净化气,顺放二的气体送到气柜进行回收.本装置主流程采用10_44&2PP/VP(简称10V)工艺.当某1台吸附塔上的程控阀因外部元件故障导致程控阀不能正常开关时,流程可由lOV工艺切换为9-4-4&2PP/VP(简称9V)或834&2PP/VP(简称8V)工艺运行.即切除掉故障阀门所在的吸附塔,切换后处理原料气负荷会有所降低.阀门故障处理完毕后,再由9V或8V工艺切换为10V工艺,装置恢复正常生产.125装置改造后运行情况及效果装置改造后于2007年5月20日投入运行,至2007年6月6日以后装置一直在满负荷下稳定运行.从运行情况来看,放空压力对比改造前大幅度降低,有效地减少了放空气量.通过放空小氮肥第39卷第8期2011年8月压力的降低,可以很直观地反映出装置在改造后气体损失大大减少,有效气体的回收率有所提高.1和2脱碳装置改造前,后的运行参数对比见表3.1和2脱碳装置改造前,后各步骤时间对比见表4.表31和2脱碳装置改造前,后的运行参数对比注:每个周期放空1次;2脱碳装置程控阀出现故障时,不会出现系统憋压.表41和2脱碳装置改造前,后各步骤时间对比项目APPlEIDE2DE3DE4DPP2DVE4RE3RE2RE1RFR(1)放空压力对比改造之前大幅度降低(1脱碳装置放空压力为0.100.11MPa,2脱碳装置放空压力为0.090.10MPa),放空压力均减少了0.040.06MPa,有效减少了放空气量.通过放空压力的降低,可以很直观地反映出装置在改造后气体损失大大减少,有效气体的回收率有所提高.(2)2套变压吸附脱碳装置改造后,净化气出口气中CO,指标控制平稳,并且在相同分周期时间条件下,净化气中CO2含量可控制在比改造前更低的水平上;同样以改造前装置的净化气中CO含量为控制指标时,改造后装置分周期时间比改造前延长了.改造前,1脱碳装置净化气中CO含量由0.60%0.70%(体积分数,下同)降为0.35%0.45%,2脱碳装置净化气中CO2含量由0.35%0.45%降为0.30%一O.40%.脱碳装置出口气中CO含量降低后,可降低精炼负荷,减少精炼自用氨消耗.(3)改造后,设计了9_44和8.3_4流程作为辅助流程.在l0塔流程下运行时遇某程控阀外部元件出现故障时可在线切换至944流程下运行,在切换过程中装置可保持原有负荷继续运行,对合成氨整套装置的生产负荷不造成影响,待故障元件恢复使用后又可在线切换回l044流程下运行.2脱碳装置不会出现系统憋压,不会引起系统大减量,不会出现急停2台压缩机的情况,整个系统操作压力平稳.(4)装置改造后,增加了抽真空压力联锁和逆放压力联锁,不会因阀门故障造成高压抽真空的情况出现,使装置在运行中切实起到了保护真空泵和吸附剂的作用,保证了装置的运行安全.(5)改造后,变换进口压力略有下降;脱碳系粥"如加无无"无加H无,无无"无加无"拍加如无:无m1223前后前后改改改改技技技技置置装装碳碳脱脱#l,_小氮肥第39卷第8期2011年8月XCP一2008型节能盘根在离心泵上的应用常金唱申延鹏(河南晋开集团延化化工有限公司延津453200)O前言河南晋开集团延化化工有限公司(以下简称延化公司)现有24台12SH.13型离心泵,6台350S-44(A)型离心泵和4台12SH一11型脱硫再生泵,泵轴密封原采用石棉盘根密封,其轴套磨损大,寿命短,每年需要更换23次;盘根每12个月就需要更换,且轴封渗漏现象严重.为此,延化公司采用XCP一2008型节能密封填料技术对密封函进行改造,产生了很好的经济效益.1密封原理离心泵泵轴密封大多采用石棉盘根密封.此密封方式是靠填料压盖螺栓的预紧力,通过填料压盖作用在填料上,在预紧力的作用下填料受力统出口压力略有上升,即压缩机二段出口和三段进口的压差略有降低.若再适当减少分周期时间,压缩机二段出口和三段进口的压差还可降低,但系统氢损失将会增加一些.(6)改造后,抽真空度降低,吸附剂再生效果好;吸附时间加长,单位时间内放空次数减少;吨氨半水煤气消耗下降约100m(标态).通过对原有系统技改后,使氢气回收率提高约2.95%,平均可多回收H780m/h(标态),可节约原料煤(实物)518.7kg/h和燃料煤(实物)62.4kg/h.年节约原料煤(实物)4108t,按原料煤价660t计,年节约原料煤支出271.13万元;年节约燃料煤(实物)494t,按燃料煤200Yv_/t计,全年节约原料煤支出9.88万元.共计节约支出约281.01万元,经济效益显着.6存在问题(1)装置试运行过程中,净化气指标存在波13变形,从而充满填料室内填料与轴套,填料与填料函内壁2个问隙,阻止了介质的泄漏,达到密封目的.压紧力需要超过阻力传递到每道填料上,产生大小不等方向相同的径向力,且所产生的径向力大于介质压力时才能达到阻止介质泄漏的目的.石棉盘根密封压力分布见图1.径向力ffIl预紧力三囟囟囟囟囟三介质压_L_U一一(I图1石棉盘根密封压力分布这种密封方式是靠压盖预紧力挤压使填料发生形变,充实2个间隙来实现密封的.对泵轴而言,会产生较大的摩擦力,该摩擦力不但会增加能量损耗,还易使轴套磨损,影响其使用寿命;且极动较大的现象,主要出现在新,旧吸附塔吸附步序切换后,旧塔吸附剂与新塔吸附剂性能差距较大,该现象在1脱碳装置体现得尤为明显.当旧塔吸附的时候,由于吸附剂吸附性能下降,造成吸附时间缩短,进而抽真空时间随之缩短,吸附剂再生效果差,不利于装置循环吸附.(2)装置运行时真空度较差(1脱碳装置真空度为一0.04一一0.05MPa,2脱碳装置真空度约为一0.06.MPa),尤其1脱碳装置表现明显,除上述提及的原因,还因真空泵叶轮腐蚀严重,导致间隙过大,真空泵极限真空严重下降(1脱碳装置真空泵极限真空约为一0.06MPa,2脱碳装置真空泵极限真空约为一0.08MPa),引起真空泵抽空能力下降,吸附剂再生效果差,不利于循环吸附.(3)有部分旧程控阀存在内漏或外漏,影响了装置的正常工艺操作,这也是导致装置气体损失的又一因素.(收稿日期2011-0412)