低溫甲醇洗是德國(guó)林德公司和魯奇公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，以工業(yè)甲醇作為吸收劑，基于低溫物理吸收氣體的凈化方法。 主要用在大型合成氨、 合成甲醇、制氫等工業(yè)裝置中作為酸性氣體脫除（脫硫和脫碳）工藝。低溫甲醇洗的冷量一部分是采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式氨壓縮機(jī)組制冷技術(shù)獲得的，該氨壓縮機(jī)組制冷技術(shù)是通過(guò)氨的壓縮、冷凝、節(jié)流和蒸發(fā)，形成一個(gè)循環(huán)過(guò)程，從而使液氨在低溫甲醇洗氨冷卻器內(nèi)發(fā)生相變實(shí)現(xiàn)制冷。 但受到前后裝置的影響， 氨壓縮機(jī)段間冷卻器內(nèi)漏或低溫甲醇洗氨冷卻器內(nèi)漏，會(huì)造成水、甲醇、二氧化碳等進(jìn)入到氨冷卻器的氨側(cè)。 二氧化碳?xì)怏w與氨冷卻器的氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳銨，碳銨結(jié)晶為固體，會(huì)積聚在氨冷卻器下部， 堵塞氨冷卻器下部法蘭和管線，從而堵塞氨冷卻器液位計(jì)等，zui終影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行［1］。如何判斷氨冷卻器泄漏，以及如何處理應(yīng)對(duì)才能維持裝置運(yùn)行是擺在現(xiàn)代煤化工技術(shù)人員面前的難題。

 

1 低溫甲醇洗氨系統(tǒng)及氨壓縮機(jī)工藝流程

河南龍宇煤化工有限公司二期項(xiàng)目低溫甲醇洗裝置采用德國(guó)魯奇八塔閃蒸再生工藝流程，裝置設(shè)計(jì)額定處理能力（干基）161 423 m3 ／ h 的原料氣進(jìn)行脫硫、脫碳，同時(shí)產(chǎn)生二氧化碳產(chǎn)品氣和克勞斯酸性氣體，其操作彈性范圍為 50％～110%；對(duì)應(yīng)氨壓縮機(jī)由沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司設(shè)計(jì)提供， 該氨壓縮機(jī)對(duì)來(lái)自低溫甲醇洗的氣氨進(jìn)行壓縮，把低壓氣氨進(jìn)行升壓至可冷凝的壓力，從而為低溫甲醇洗裝置提供充足的冷量。 該離心式氨壓縮機(jī)型號(hào)為 MCL607+2MCL607， 分 2 缸、14 級(jí)三段壓縮， 軸端密封采用帶中間迷宮的串聯(lián)式干氣密封。

 

低溫甲醇洗裝置設(shè)計(jì)有 5 臺(tái)氨冷卻器， 為原料氣和甲醇提供冷量降溫。 從氨儲(chǔ)槽來(lái)的液氨分為兩路， 一路送原料氣深冷器降低進(jìn)入低溫甲醇洗裝置原料氣的溫度； 一路通過(guò)液氨過(guò)冷器和低溫甲醇洗界區(qū)內(nèi) CO2 產(chǎn)品氣換熱降溫后， 通過(guò)液位調(diào)節(jié)閥門分別送到富碳甲醇中間冷卻器（E04）、閃蒸甲醇深冷器（E08）、原料氣終冷器（E25）、硫化氫吸收段甲醇深冷器（E26）進(jìn)行蒸發(fā)降低煤氣和循環(huán)甲醇的溫度。四臺(tái)氨冷卻器蒸發(fā)的氣氨（溫度為-38 ℃、壓力（絕壓，下同）為 0.063 kPa）進(jìn)入氨冰機(jī)低壓缸，經(jīng) 7 級(jí)壓縮中間換熱后，與低溫甲醇洗裝置氨冷卻器蒸發(fā)的氣氨 （溫度 0 ℃， 壓力 0.42MPa）混合，一起進(jìn)入高壓缸的 8～11 級(jí)葉輪壓縮中間換熱， 再繼續(xù)經(jīng)過(guò) 12～14 級(jí)壓縮到 107 ℃、1.66MPa 排出后，其中一小部分氣氨去干氣密封系統(tǒng)，作為工藝氣進(jìn)行一級(jí)密封。 大部分氣氨經(jīng)過(guò)防喘振冷卻器后分為兩路： 一路氣氨為了防喘振需要經(jīng)2 個(gè)防喘振控制閥去一段分離器、 二段分離器；另一路氣氨經(jīng)氨冷凝器冷卻為液氨至氨貯槽，為低溫甲醇洗裝置提供冷卻劑。工藝流程如圖 1 所示。

2 氨冷卻器泄漏現(xiàn)象及分析判斷

2017 年 10 月低溫甲醇洗裝置正常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)氨冷卻器 E25、E26 液位出現(xiàn)波動(dòng)， 隨后其余 3臺(tái)氨冷卻器液位也出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，5 臺(tái)氨壓縮機(jī)冷卻器進(jìn)氨閥門手動(dòng)控制以后， 氨壓縮機(jī)一段分離器液位快速上漲。 啟動(dòng)液氨泵后一段分離器液位恢復(fù)正常，氨貯槽液位有明顯上漲，分析判斷氣氨帶液進(jìn)入一段分離器。 在裝置隨后的運(yùn)行時(shí)間里氨冷卻器制冷效果不斷下降， zui后 E25 和 E26的進(jìn)出物料沒(méi)有明顯的溫差， 其余氨冷卻器物料出口溫度與正常時(shí)相比升高 5～8 ℃，低溫甲醇洗裝置冷端洗滌甲醇溫度不斷上升， 氣氨帶液發(fā)生的頻次越來(lái)越大，液氨泵啟動(dòng)越來(lái)越頻繁，越來(lái)越困難，存在氣縛現(xiàn)象。與此同時(shí)，氨貯槽的壓力在緩慢上漲， 各氨冷卻器液位和氨壓縮機(jī)一段分離器液位出現(xiàn)漂移和指示不準(zhǔn)確的情況， 工藝聯(lián)系儀表對(duì)遠(yuǎn)傳液位計(jì)檢查調(diào)校。 發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)傳液位計(jì)附著有固體物質(zhì)，對(duì)附著物質(zhì)清理，用水沖洗能迅速溶解，經(jīng)過(guò)分析是碳銨結(jié)晶和少量鐵銹及硅、鈣等無(wú)機(jī)鹽的混合物質(zhì)；對(duì)氨儲(chǔ)槽惰性氣體分析，發(fā)現(xiàn)含有氫氣、一氧化碳；對(duì)液氨進(jìn)行分析，其蒸發(fā)后的殘液中平均含水約 10%，含甲醇約 60%。根據(jù)此現(xiàn)象確定氨冷器有泄漏。

 

通過(guò)拆檢和疏通低溫甲醇洗裝置各氨冷卻器液位計(jì)， 發(fā)現(xiàn) E25、E26 遠(yuǎn)傳液位計(jì)存在大量碳銨結(jié)晶，且在疏通清理 4～5 d 內(nèi)，產(chǎn)生結(jié)晶又會(huì)堵塞DN50 mm 的 2 個(gè)閥門腔體和 DN50 mm、L=250 mm的空間；從制冷效果來(lái)看 E25、E26 幾乎不制冷，其余 3 臺(tái)氨冷卻器進(jìn)出物料還存在溫度差； 從分析氨壓縮機(jī)惰性氣體成分來(lái)看， 氨貯槽惰氣分析中CO 含量zui高達(dá)到 8.94%，H2 含量zui高達(dá)到 6.35%，且含有甲醇；而 E25 為氨與原料氣換熱，其壓差高達(dá) 3.3 MPa，原料氣易漏入氨系統(tǒng)；E26 為氨與富硫化氫甲醇換熱，其壓差與 E25 類似。從 E25、E26 設(shè)備材質(zhì)來(lái)看， 其管子采用 09 MnD， 殼層采用的是09MnNiDR 均為低溫鋼類，易與原料氣中存在的酸性氣體， 特別是 H2S 與設(shè)備發(fā)生腐蝕生成 FeS，在設(shè)備制造薄弱處出現(xiàn)泄漏； 而其余 3 臺(tái)氨冷卻器換熱管均采用 S304 不銹鋼材料。綜上所述，認(rèn)為E25、E26 內(nèi)漏的可能性極大， 但是不排除其他氨冷卻器也存在內(nèi)漏的可能。

 

3 氨冷卻器泄漏對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行危害

氨冷卻器泄漏對(duì)氨壓縮機(jī)和低溫甲醇洗系統(tǒng)造成了很大的安全隱患并提高了運(yùn)行成本。

 

3.1 對(duì)氨冷卻器及氨系統(tǒng)管路的危害

氨冷卻器泄漏后煤氣中的 H2S 和 CO2 等酸性物質(zhì)會(huì)加速氨系統(tǒng)管線設(shè)備的腐蝕，擴(kuò)大泄漏點(diǎn)，其帶的煤灰等細(xì)小固體顆粒沖蝕磨損氨系統(tǒng)管線設(shè)備， 加速泄漏氨冷卻器的腐蝕， 縮短其使用壽命。氨系統(tǒng)的固體物質(zhì)增多，原料氣中的 CO2 與氨生成的碳銨結(jié)晶混合系統(tǒng)固體物質(zhì)， 堵塞遠(yuǎn)傳和現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)， 造成低溫甲醇洗裝置各氨冷卻器液位波動(dòng)較大且指示不準(zhǔn)確。

 

3.2 對(duì)氨壓縮機(jī)的危害

氨系統(tǒng)固體結(jié)晶堵塞氨氣相管線， 惰性氣體的累積造成氨壓縮機(jī)出口壓力升高， 導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中氨系統(tǒng)液氨損耗增加， 進(jìn)一步可能會(huì)造成機(jī)組喘振，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。 氨壓縮機(jī)一級(jí)氣相入口帶液，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生機(jī)組停車和損壞機(jī)組葉輪的惡性事故。 碳銨結(jié)晶和固體雜質(zhì)的存在， 會(huì)使一小部分顆粒通過(guò)一級(jí)干氣密封的過(guò)濾器而進(jìn)入到干氣密封的動(dòng)靜部分的接觸面發(fā)生摩擦，甚至損壞干氣密封部件，成為影響整個(gè)氨壓縮機(jī)運(yùn)行的隱患［2］。

 

3.3 對(duì)低溫甲醇洗裝置運(yùn)行的危害

低溫甲醇洗冷量提供不足， 裝置無(wú)法高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行， 可能造成低溫甲醇洗出口凈化氣不合格， zui終去下游工段工藝氣中 H2S 和 CO2 含量增高，嚴(yán)重時(shí)使下游分子篩損壞、冷箱凍堵停車。

 

4 氨冷卻器泄漏后采取應(yīng)對(duì)措施

氨冷卻器 E25、E26 泄漏后， 依據(jù)其他幾臺(tái)氨冷 卻 器 的 材 料 和 咨 詢 同 類 型 裝 置 設(shè) 備 情 況 ，對(duì)E25、E26 的 管 束 材 質(zhì) 進(jìn) 行 了 更 換 ， 提 升 材 質(zhì) 為S304 不銹鋼進(jìn)行采購(gòu)。在新管束到來(lái)前，采取了一些應(yīng)對(duì)措施確保裝置正常運(yùn)行。

 

4.1 優(yōu)化工藝運(yùn)行條件和工況

4.1.1 低溫甲醇洗操作調(diào)整補(bǔ)充系統(tǒng)冷量

針對(duì)氨冷卻器泄漏和低溫甲醇洗裝置冷量不足的問(wèn)題，在下游工況允許的條件下，通過(guò)變換裝置適當(dāng)提高原料氣中 CO2 含量，降低有效氣含量，提高低溫甲醇洗裝置閃蒸壓縮機(jī)負(fù)荷， 降低入口壓力，提高 CO2 閃蒸帶來(lái)的冷量。同時(shí)加大甲醇水系統(tǒng)負(fù)荷來(lái)提高洗滌甲醇純度， 增加甲醇循環(huán)量來(lái)保證低溫甲醇洗裝置出口凈化氣指標(biāo)合格。通過(guò)調(diào)整操作， 可保證凈化氣中 S 含量在控制指標(biāo)0.1×10-6 以下；到運(yùn)行后期，氨系統(tǒng)工況惡化，基本可維持指標(biāo)在 0.2×10-6；zui后到氨壓縮機(jī)入口壓差上漲時(shí)，該指標(biāo)zui高達(dá)到 0.38×10-6。從氨系統(tǒng)工況惡化發(fā)展到氨壓縮機(jī)入口壓差上漲，只需要 2 d 時(shí)間，該段時(shí)間的 S 含量超標(biāo)，分子篩出口可以保證凈化氣工藝指標(biāo)達(dá)標(biāo)。另外，操作調(diào)整后由于過(guò)量閃蒸，CO2 產(chǎn)品氣 中 的 總 硫 含 量 升 高 ， zui 高 達(dá) 到107×10-6。由于 CO2 產(chǎn)品氣用于煤氣化的充壓吹掃和煤粉輸送，其滿足工藝使用條件，操作調(diào)整除減少了出口凈化氣量外，幾乎沒(méi)有其他影響。

 

4.1.2 優(yōu)化氨冷卻器，提升其制冷效果

針對(duì)氨冷卻器 E25 泄漏， 一方面加強(qiáng)氨貯槽中惰性氣體含量的分析， 根據(jù)分析結(jié)果定時(shí)定量進(jìn)行惰氣排放， 避免氨壓縮機(jī)出口和入口壓力升高影響氨冷卻器制冷； 同時(shí)盡可能減少液氨的損耗，根據(jù)情況及時(shí)補(bǔ)充液氨。另一方面，向 E25 內(nèi)少量補(bǔ)入液氨， 讓漏入氨系統(tǒng)中的 CO2 等易與氨反應(yīng)形成的結(jié)晶物質(zhì)在該冷卻器中結(jié)晶， 避免在氨系統(tǒng)其余地方結(jié)晶堵塞管線和設(shè)備， 影響氣氨的流動(dòng)輸送。

 

針對(duì)氨冷卻器 E26 泄漏， 采用關(guān)閉液氨補(bǔ)充閥門的方式切斷氨與富 H2S 甲醇的接觸， 減少氨反應(yīng)結(jié)晶物的產(chǎn)生。 同時(shí)安裝負(fù)壓排氨系統(tǒng)和取樣系統(tǒng)， 確保漏入氨系統(tǒng)的甲醇液體可以順利排放出來(lái)，避免甲醇進(jìn)入氨貯槽污染液氨、降低其余3 臺(tái)氨冷卻器的效果。正常運(yùn)行的 3 臺(tái)氨冷卻器也通過(guò)該系統(tǒng)按時(shí)取樣分析， 發(fā)現(xiàn)氨純度下降就進(jìn)行負(fù)壓排污， 確保提供充足的冷量供低溫甲醇洗裝置使用。負(fù)壓排氨系統(tǒng)和取樣系統(tǒng)如圖 2 所示。

4.1.3 改造液氨泵并監(jiān)控運(yùn)行，消除運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)

雖然采取了一些措施確保裝置運(yùn)行， 但還是有氨的反應(yīng)結(jié)晶物在氨系統(tǒng)中生成， 直觀的表現(xiàn)就是氨壓縮機(jī)一級(jí)分離器中經(jīng)常性的積液， 嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行。 正常工藝流程為液氨泵輸送積液到氨貯槽， 運(yùn)行過(guò)程中由于存在氨的反應(yīng)結(jié)晶物經(jīng)常發(fā)生液氨泵入口過(guò)濾器堵塞，排氣管線、冷泵管線堵塞，泵不打量，備泵啟動(dòng)前排氣排不完氣的現(xiàn)象出現(xiàn)。 針對(duì)這些情況在液氨泵的入口導(dǎo)淋管線上接入反吹氮?dú)夤芫€，避免入口管線堵塞。新增加了一路排氣管線與原排氣管線并聯(lián)， 定時(shí)對(duì)液氨泵的入口過(guò)濾器進(jìn)行清理疏通； 并在液氨泵出口安裝負(fù)壓真空罐，利用蒸汽抽真空，確保液氨泵排氣完全，冷泵溫度降到控制指標(biāo)，保證了液氨泵順利啟動(dòng)輸送介質(zhì)。此外，還在液氨泵出口管線處新增了一路金屬軟管臨時(shí)管線， 在一級(jí)分離器中液氨不純的時(shí)候進(jìn)行排放， 避免不純的液氨送入氨貯槽，造成低溫甲醇洗氨冷卻器制冷效果下降。

 

4.2 清理氨系統(tǒng)及修復(fù)泄漏氨冷卻器

從 2017 年 10 月發(fā)現(xiàn)氨冷卻器泄漏后， 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了 3 次檢修清理， 分別在 2017 年 12 月，2018 年 3 月底和 2018 年 9 月。前兩次檢修對(duì)氨冷卻器 E25、E26 進(jìn)行了氮?dú)獠槁┖吐c(diǎn)消除， 兩次分別采用了堵漏焊接和堵頭堵漏焊接加局部防腐涂層的辦法來(lái)對(duì)氨冷卻器管束進(jìn)行修復(fù)。 從檢修完運(yùn)行時(shí)間上來(lái)看，第一次檢修后運(yùn)行 3 個(gè)多月，第二次檢修后運(yùn)行 5 個(gè)多月。 可以看出采用堵頭堵漏焊接后再用金屬修復(fù)劑加環(huán)氧樹(shù)脂局部防腐涂層的方法，可以提高檢修質(zhì)量，延長(zhǎng)裝置運(yùn)行時(shí)間。第三次對(duì) E25、E26 管束進(jìn)行了更換，徹底消除了氨系統(tǒng)泄漏的隱患。3 次檢修除對(duì)氨冷卻器消漏和更換管束外， 還對(duì)氨系統(tǒng)有結(jié)晶的地方進(jìn)行了疏通清理，重點(diǎn)是氨壓縮機(jī)低壓缸入口過(guò)濾器、一級(jí)分離器和二級(jí)分離器的絲網(wǎng)進(jìn)行雜質(zhì)的清理，更換修復(fù)變形或損壞的絲網(wǎng)， 保證其良好的過(guò)濾與分離效果，使氣氨能夠順利吸入與通過(guò)，保證低溫甲醇洗的冷量充足。

 

5 總結(jié)

氨系統(tǒng)的泄漏會(huì)造成腐蝕加劇， 而對(duì)氨冷卻器現(xiàn)場(chǎng)搶救式的修復(fù)幾乎都是暫時(shí)性的， 確保氨系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行要在裝置開(kāi)始建設(shè)時(shí)就選用合適的材質(zhì)來(lái)抵抗腐蝕， 在裝置運(yùn)行時(shí)控制腐蝕產(chǎn)生的條件確保系統(tǒng)干凈。 按照要求建立設(shè)備管線使用壽命臺(tái)賬，按時(shí)進(jìn)行專業(yè)性檢查檢測(cè)，才能更好更長(zhǎng)周期的運(yùn)行。 通過(guò)這幾次對(duì)低溫甲醇洗及配套氨系統(tǒng)工況優(yōu)化和工藝調(diào)整摸索， 積累了一些延長(zhǎng)氨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的寶貴經(jīng)驗(yàn)， 為今后再次發(fā)生類似問(wèn)題提供了借鑒。