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正常操作
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0
第一版
2005年4月19日
PBJ/BON
S-00085WBS47
第6章
正常操作
1.
综述
1.1操作条件
主要由控制室操作人员来监督装置运行。
他们跟踪各种仪表指示并调节操作条件,以便在期望的装置能力获得满意操作。
此外,他们将对异常报警做出反应,并且有时会通过调节控制室内调节器来建立正常条件,然而有时将着眼于装置现场正实施的操作对某个操作工给出指令。
1.2转动设备
按照供货商的操作手册对压缩机房内的汽轮机和压缩机进行监督。
应定期检查轴承温度、润滑和振动,如果备用设备投运应作通知。
此外,将检查各控制器的定值以确保没有因振动而发生位移。
1.3仪表
应遵照供货商的推荐对调节阀和仪表进行认真维护。
需每周检查分析仪两次。
1.4电气安装
需检查电气设备,如果继电器系统存在重大故障应马上予以修复。
1.5水冷器
合成氨装置中的水冷器主要是并联运行,这意味着当只有少数几台运行时,流经这些冷却器的冷却水量可能增至一个引起管束振动的值。
为了避免出现这种情况,流经每台冷却器的冷却水量不应超过设计值,即单台冷却器的实际压降不应超过其设计值。
2.
氨合成工序
2.1综述
合成圈操作工况取决于一些在正常操作中无法控制的因素,例如:
∙触媒活性(催化剂年龄)
∙换热器结垢
∙冷却水温度
此外,圈内的工况取决于以下这些在圈外控制的因素:
∙新鲜气量(产率)
∙新鲜气组分
∙HP和MPBFW流量
圈内的操作条件相互依赖。
以下为可在圈内直接或简接控制的主要操作条件:
∙触媒温度
∙气体组分
∙循环流量
∙压力
Furthermore,itwillofcoursebenecessarytomonitorallotherprocessconditionsinthesynthesisloop,suchasconverterinletandoutlettemperatures,temperatureofconverterpressureshell,coolinglevels,performanceoftheammoniaseparator,pressuredrops,etc.此外,自然有必要监控圈内所有其他工艺条件,比如合成塔进出口温度、合成塔压力壳体温度、冷却程度、氨分离器的性能、压降等等。
2.2新鲜气
新鲜气的组分和引入圈内的合成气量取决于气体制备工序的操作条件。
对新鲜气的量做了调节以获得圈内所期望的氨产量。
新鲜气含有痕量的氩+氦和甲烷,其余为约3:
1的氢和氮,在合成反应中采用此比值的氢和氮。
少量氢和氮溶解在液体产品中离开合成圈,而且由于氮气在液氨产品内的溶解度略高于氢气,有必要保持H2/N2稍低于3(比值预计在气体循环中达到)。
应该注意新鲜气H2/N2比的微小变化将引起圈内H2/N2比大得多的变化。
此外,新鲜气中可能存在含氧化合物(CO、CO2、O2、H2O),因对触媒有毒属有害物质。
在循环压缩机进口新鲜气与循环气混合,因此新鲜气内的杂质被直接送到触媒。
所以应密切跟踪含氧化合物的含量,并尽可能保持低。
以下为以氧表示的含有化合物建议的允许含量:
a.0-10ppm满意
b.10-20ppm不满意,但是操作可延续一段时间(数周)。
c.超过20ppm影响触媒寿命,建议如下断新鲜气:
1.20-30ppm新鲜气可引入合成圈达两天。
2.30-50ppm可引入新鲜气达24小时。
3.超过50ppm只允许短时间引入(最多1小时)。
检查分析仪,若读数正确则停止供新鲜气。
2.3合成塔
应控制合成塔R-4501内的下列温度:
∙触媒温度
∙合成塔进出口温度
∙压力壳体温度
这些温度由冷进气调节阀(045-TV-02)、MPBFW预热器E-04502(045-TV-045)副线流量和合成塔进口阀045-HV-01/02/03来控制。
如果因开度大而使该冷副线阀未能满意地控制触媒温度时,则减小进口阀045-HV-01/02/03的开度。
2.3.1触媒温度
在P&IDP1图上给出了各热电偶的位置。
在045-TI-01和045-TI-02上显示第一床的进口温度。
在045-TI-09、045-TI-10、045-TI-19和045-TI-20上显示第一床的出口温度。
由作为床间换热器副线的冷态进气阀调节第一床的进口温度。
此冷副线阀由045-TIC-02自动调节。
在045-TI-11、045-TI-12、045TI-21和045-TI-22上显示第二床的进口温度。
在045-TI-03、045-TI-04、045-TI-13和045-TI-14上显示第二床的出口温度。
通过调节入第一床间换热器的合成塔进气流量来控制第二床的进口温度。
用045-HV-02手动调节气体流量。
在045-TI-05、045-TI-06、045TI15和045-TI-16上显示第三床的进口温度。
第三床的出口温度未被测量,但是该床催化剂通道%以后的温度相应在045-TI-07、045-TI-08、045-TI-17和045-TI-18上显示。
第三床进口温度通过调节入第二床间换热器的合成塔进气流量来控制。
该气体流量由045HV-03来手动控制。
应尽可能开大所有合成塔阀门,以最大限度减少圈内的压降。
尽可能开大合成塔进口阀(045-HV-01)并且应始终让一股相当于正常流量10%的气体流经内件和压力壳体之间的环隙,以冷却合成塔壳体。
本章附录中包含合成塔R-04501的温度-转化率曲线图。
该曲线是以合成塔在设计工况下运行为依据。
温度-转化率曲线图上显示了三个触媒床内氨的摩尔浓度mol%与温度的关系。
建议在稳定的操作工况下尽可能保持触媒床进口温度恒定且低。
如果这几处的温度低于一个特定值(一般约350℃),反应将变得不稳定而且需要不断调节。
触媒床进口温度应保持至少高于稳定操作低限温度值510oC。
此低限值取决于触媒活性和其他操作工况。
操作条件的变化将对最佳温度分布造成如下影响:
a)合成塔进气中氨浓度NH3%的增加将引起触媒床最佳进口温度上升。
b)压力增加将引起触媒床最佳进口温度下降。
c)合成塔进气流量增加将引起最佳触媒温度上升。
b)和c)的联合效应比较轻微(参见本章第节)。
在恒定的操作条件下,最佳触媒温度将随触媒使用年限的增加而增加。
将合成塔周围的操作条件稳定下来之后,可获得各床最佳进口温度。
从第一床开始接着第二床最后第三床,这样按顺序来建立最佳进口温度。
进口温度的降低以5℃为一级,而且观察显示在045-TI-35上的合成塔出口温度。
如果出口温度上升,则转化率也上升,进口温度再次被降低5℃直到045-TI-35保持恒定或开始下降。
此时进口温度再次上升5-10℃并保持该值。
如果因触媒床进口温度过低而有反应中止的可能,则合成塔内的稳定将急剧下降。
此时应立即采取措施关闭冷态进气阀045-TV-02来重新建立合成塔的稳定操作,如果该阀没有被自动关闭,则可暂时开启循环压缩机副线来减少循环量。
对于新活化的触媒,“热点”温度可能约为523℃。
考虑到触媒寿命,自然希望在尽可能低的“热点”温度下操作。
2.3.2合成塔出口温度
根据设计工况,预计合成塔出口温度将约为414℃(045-TI-35)。
出口管和HPBFW预热器的设计温度为450℃。
如果合成塔出口温度趋于过高(接近450℃),则关闭E-04502上方的副线阀(045-TV-045)来降低或者在045-TV-045全关时开启E-04503上方的副线阀。
2.3.3压力壳体温度
在045-TI-23到25、045-TI-26到28和045-TI-29到31上显示压力壳体的温度。
压力壳体的设计温度为290℃,而且不应该超过此温度。
接近该温度时,有必要采取措施,即增加壳体冷却气体量(主流量)而且可能需降低合成塔进口温度。
正常操作期间此情况不太可能发生。
但是,在停车时应密切监视压力壳体的温度。
2.4气体组分
气体取样点位于以下两处:
1.热交换器上游合成塔进气:
045-AP-61
和
2.热交换器和水冷器之间的合成塔出气:
045-AP-62
在这两处取样供一台在线气相色谱分析氢气和氨气含量。
记录分析结果。
合成气组分性状可由以下三个条件来描述:
(1)H2/N2比
(2)惰性气体含量
(3)氨百分含量
2.4.1氢/氮比
为了在合成圈气体循环中获得3:
1的H2/N2比,新鲜气中的氢/氮比需为3:
1。
新鲜气体比值的微小变动将对合成圈气体组分产生较大影响。
如果新鲜气比值与3:
1偏差较大引起合成圈气体比值远高于或远低于期望值,则合成塔内的反应速度将下降,触媒温度趋于下降,压力上升。
如果不采取措施修正合成圈气体比,则合成反应将最终停止且合成塔会急剧冷下来。
建议的对策是经045-HV-21从合成圈排放大量气体,因为这样将使圈内气体组分接近新鲜气组分。
另外,停止排气后应调节新鲜气组分以保持正确比值。
2.4.2惰性气体含量
新鲜合成气含氢气、氮气和少量氩气、氦气和甲烷。
氢气和氮气结合生成氨并离开系统。
氩气、氦气和甲烷则在圈内累积,因为相对于氨合成反应来说它们属于惰性气体。
由于合成的实际压力是氢气和氮气的分压(最佳比值3份氢、一份氮),系统内的惰性气体将使实际压力降低从而阻碍反应。
氩气、甲烷和氦气溶解在液氨产品中被带出系统。
但是,氦气在液氨中的溶解度低故会在系统累积。
需要用放空阀从减压罐中驰放少量。
可以预见在正常操作期间,合成塔进口惰性气体含量为%。
2.4.3合成塔出口氨浓度
合成塔进口处氨浓度的变化对合成反应速率有显著影响-如果新鲜气流量保持不变,合成塔进口氨浓度降低导致反应速率增加从而使操作压力减少。
氨浓度取决于二级氨冷器E-04507出口气体的温度以及合成压力。
出二级氨冷器的工艺气体温度可通过调节E-04507壳程中氨的沸腾压力来控制。
壳程压力一般由压力控制器045-PIC-22来保持恒定,该控制器作用于冰机K-04601上的调速器。
2.5循环流量
通过调节循环压缩机副线,使循环流量在一定范围内变化。
在正常条件下,建议在操作中关闭副线,即尽可能在最大的循环流量(合成塔进气流量)下运行。
在给定产量下,循环流量的减少将引起压力上升并造成总体能量损失。
循环流量对触媒温度有很大影响。
循环流量增加将使温度下降。
为保持最佳操作,有必要增加触媒床进口温度。
同时,热点温度可能下降,即循环流量的增加将使触媒温度曲线变得平坦。
2.6压力
合成圈设计成循环压缩机出口处的正常操作压力为MPa。
整个合成圈的机械设计压力为MPa
合成圈压力可以针对其他工艺条件和期望的产量进行自调。
由于反应速率随压力上升而增加,故这是可行的。
如果合成圈在低产量下操作并且新鲜气量增加,则引入的多余新鲜气将在圈内累积使压力上升从而使循环量增加,直到反应速率和产量与引入的新鲜气量相一致为止。
前已述及,合成圈操作压力或多或少取决于其他所有工艺条件。
以下操作条件的变化将导致压力的升高:
(1)新鲜气量增加
(2)循环量减少
(3)惰性气体含量增加
(4)合成塔进口氨含量增加
(5)各床进口温度高于或低于最佳温度
(6)H2/N2比低于高于。
(7)触媒活性降低(触媒中毒或老化)
2.7氨在圈内的冷凝
氨在水冷器E-04504中开始冷凝并在冷交换器E-04505、一级氨冷器E-04506和二级氨冷器E-04507中进一步冷凝。
在氨分离器S-04501中液相氨与气相氨分离。
应仔细控制氨分离器S-04501中的液位。
循环压缩机上游必须避免从S-04501带出的液氨,因为会对压缩机造成严重损害。
为降低风险,在液位高时通过一自动跳闸装置将其与压缩机隔离开来。
在分离器液位低时联锁自动跳闸装置将关闭045-LV-31A/B,以防合成气被带至产品管道内。
虽然分离器设有一台自动液位控制装置,液位仍应经常通过一台液位显示器045-LI-81来显示并经常检查。
对液位自动控制装置的调整应该非常小心。
2.8氨产品
收集于分离器S-04501中的液氨减压至MPa,送至第一排出储罐S-04502。
在减压过程中,溶解于氨中的大部分气体将解析出来,作为驰放气,驰放气将引至合成气压缩机K-04401的入口。
然后液氨从S-04502经液氨加热器E-04603将产品氨加热至10︒C后再送至磷铵装置。
如果氨产品送至常压贮槽,从S-04502来的液氨将进一步减压至kPa(绝压),再送至闪蒸槽S-0460。
液氨从S-04601用液氨产品泵P-04601A/B送至常压贮槽。
3.冷冻工序(致冷工段)
冷冻工序(致冷工段)有几个作用。
在此将低温甲醇洗涤、空气分离装置圈内合成气通过热交换进行冷冻,将闪蒸槽的闪蒸气进行冷凝并将贮槽的气氨通入,以产品液氨形式输出。
冷冻工序在三个不同操作压力下运行:
一级(段):
∙低温甲醇洗涤装置冷却器,操作压力为72kPa(绝压)(-40oC)
∙惰性气冷却器,E-04602,操作压力为72kPa(绝压)(-40︒C)
∙从贮槽来的气氨(-38︒C)
∙闪冷器,S-04601,操作压力为kPa(绝压)(-38︒C)
二级(段):
∙二级氨冷器罐,E-04507操作压力为MPa(表压)(-4oC)
∙空气分离装置冷却器操作压力为MPa(表压)(4︒C)
三级(段):
∙一级氨冷却器,E-04506操作压力为MPa(表压)(8.8︒C)
氨用于磷铵生产,因此,在正常生产过程中,直接从排出槽S-04502送至磷铵装置。
当磷铵装置没有生产时,氨从闪蒸槽S-04601送至常压贮槽。
当氨送至常压贮槽时,闪蒸槽S-04601的液位控制应非常小心。
S-04601的液位太低会对氨产品泵P-04601A/B造成严重损坏。
为降低风险,设有一自动跳闸装置在液位过低时停下泵。
S-04601闪蒸出来的氨和惰性气体,送至氨压缩机K-04601一段入口。
S-04601的压力通过046-PIC-01控制在79kPa(绝压),这样产品氨的温度为-38oC。
K-04601一段入口压力预计为57kPa(绝压)。
压力通过046-PIC-21来监测,输出信号送至K-04601的内部控制系统。
从冷却器来的冷冻剂气氨和贮槽及闪蒸槽来的闪蒸氨被氨压缩机K-04601压缩,在氨冷凝器E-04601内冷凝。
K-04601的出口压力由E-04601内的冷却水及系统内积聚的惰性气体温度来决定。
惰性气体在氨收集器S-04602内除去,在氨经冷凝并分离后,惰性气体送至界区。
含惰性气体的蒸气流量通过046-FIC-11来调节。
如果S-04602的压力比氨的蒸汽压力高很多,要系统内的惰性气体量将会太多。
降低隋性气体量会增加从S-04602至046-FV-11的蒸汽流量。
冷冻压缩机制的每段入口设有分离鼓以避免将液氨微滴带入压缩机。
由于可能会夹带液氨,必须经常小心地监视分离鼓内的液氨液位。
能够预计到系统会运行在低于常压的压力下,因此空气会从法兰或设备的泄漏点进入系统。
因此建议通过046-AI-11严密监视惰性气体管至惰气放空分离器S-04603进口管内的氧含量。
4.锅炉给水
高压锅炉给水在高压锅炉给水预热器E-04501被预热至204oC。
由后续装置决定的最高允许预热温度为228oC。
中压锅炉给水在中压锅炉给水预热器E-04502被预热至203oC,这里最高充许预热温度由后续装置决定,仅为210oC。
充许调节通过E-04502及热热交换器E-04503的合成气量小幅度降低中压锅炉水预热温度。
但是,锅炉给水预热器加热的热量降低会增后续水冷却器E-0504及冷冻系统的负荷。
由于锅炉给水预热温度的充许范围较窄,重要的是将合成圈的负荷与能够提供的锅炉给水量相匹配,特别是装置调整负荷时。
合成圈的负荷由前面的合成补充气量调节。
在锅炉给水流量过低时会有一自动跳闸装置让氨合成自动停车。
进锅炉给水预热器E-04501和E-04502的锅炉给水的水质应符合项目设计基础的水质规定。
5.附录
∙合成塔R-04501温度转化曲线
∙氨蒸气压
蒸气压横座标:
温度oC纵座标:
压力(绝压)KPa
温度转换曲线横座标:
触媒温度纵座标:
浓度(摩尔%)
圈压力平衡曲线三层二层
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