合成氨15萬噸年生產(chǎn)裝置查定評測報(bào)告

1、合成氨 15萬噸/ 年生產(chǎn)能力達(dá)產(chǎn) 裝置瓶頸查定報(bào)告及改造方案 為滿足聯(lián)堿 450Kt/a 能力的需要，合成氨自 2002年開始分兩期挖潛改造合成 氨新系統(tǒng)，改造后合成氨總能力計(jì)劃擴(kuò)大到150Kt/a噺系統(tǒng)90 Kt/a，老系統(tǒng)60 Kt/a）。其挖潛改造主要實(shí)施項(xiàng)目為：新造氣系統(tǒng)的“雙一段技改項(xiàng)目”；新凈 化系統(tǒng)增加中變氣廢鍋、低變氣廢鍋、小低變爐、半貧液閃蒸槽；脫碳吸收塔和 再生塔填料改型；壓縮系統(tǒng)新增聯(lián)壓機(jī)、高壓機(jī)各一臺；合成系統(tǒng)將V901 丫型內(nèi) 件改造；循環(huán)水系統(tǒng) 1#、 2#、 3#涼水塔的重新配置等項(xiàng)目。 2004年 8 月隨著 K401F 高壓機(jī)的成功投運(yùn)，合成氨廠 150Kt

2、/a 裝置擴(kuò)能改造計(jì)劃項(xiàng)目全部完成，通過近 一年的生產(chǎn)運(yùn)行，了解了合成氨廠 150Kt/a 技術(shù)改造后生產(chǎn)裝置能力水平及影響 因素、工藝指標(biāo)控制情況和消耗情況，對影響合成氨生產(chǎn)裝置能力不能達(dá) 15萬噸 /年的各種因素進(jìn)行了分析，為下一步改造明確了目標(biāo)和技術(shù)方案，形成了此次報(bào) 告。1 、裝置查定及瓶頸因素分析1.1 查定目的在外供條件充足聯(lián)堿用氨正常的情況下，掌握合成氨廠在 150Kt/a 技術(shù)改造 后實(shí)際裝置能力及影響因素，工藝操作控制情況以及同設(shè)計(jì)值的差異，工藝指標(biāo) 消耗情況，目前生產(chǎn)中還存在的遺留問題等，以利于生產(chǎn)的組織，并為今后的整 改、完善提供依據(jù)。1.2 查定組織及時間本次由合成氨廠

3、組織實(shí)施，于 2005年5月 11 日 16： 00至 13日 16： 00為期 三天共 72小時。1.3 查定簡況1.3.1 、查定條件 查定期間外供天然氣、電、水、蒸汽均滿足了生產(chǎn)需要，聯(lián)堿廠用氨平穩(wěn)， 氣氨壓力在0.24Mpa以內(nèi)。所有擴(kuò)能改造項(xiàng)目都投入生產(chǎn)運(yùn)行且整體運(yùn)行情況良 好。、查定期間生產(chǎn)簡況1.321、在查定期間生產(chǎn)負(fù)荷較高總工藝天然氣投氣為12100- 12900Nh，新系 統(tǒng)工藝投氣占系統(tǒng)投氣的 63.19%，老系統(tǒng)工藝投氣占系統(tǒng)工藝投氣的 36.81%。系 統(tǒng)最高工藝投氣12900祐，其中新系統(tǒng)最高工藝投氣為8200 mh，達(dá)設(shè)計(jì)值8228 riVh的99.66%老系統(tǒng)最

4、高工藝投氣為4800和；最低工藝投氣為12100，其 中新系統(tǒng)最低工藝投氣為7400r/h，老系統(tǒng)最低工藝投氣為4300舲；系統(tǒng)平均工 藝投氣達(dá)設(shè)計(jì)值12635.5 n/h，其中新系統(tǒng)平均工藝投氣為7984.2粘，達(dá)設(shè)計(jì)值 8228 m3/h 的 97.04%，老系統(tǒng)平均工藝投氣 465 1 .3m3/h 。1.3.2.2 、在合成雙一段爐的運(yùn)行情況方面，換轉(zhuǎn)爐投氣占新系統(tǒng)總工藝投氣的 43.8%表計(jì)換熱爐天蒸混合氣流量為13625.6Nm，但因系冷線流量未通過計(jì)量 表，故通過水碳比平均折算出換熱爐天蒸混合氣流量為 1 5387 . 1 N3m/h ) ，箱式爐投 氣占新系統(tǒng)投氣的 56.2%

5、。、查定期間液氨表計(jì)產(chǎn)量1301.43t,平均小時產(chǎn)氨量為18.075t,日平均 產(chǎn)氨量為 433.81t。、工藝指標(biāo)控制情況 查定期間整個生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，工藝指標(biāo)控制穩(wěn)定，未出現(xiàn)超溫、超壓現(xiàn)象，從查定數(shù)據(jù)看運(yùn)行控制較好。詳細(xì)數(shù)據(jù)見附表一：主要工藝指標(biāo)、分析數(shù)據(jù) 表。、工藝消耗情況1.3.4.1 、查定期間部分原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見附表二：液氨產(chǎn)量、消耗情況統(tǒng)計(jì)表，附表三：用電情況統(tǒng)計(jì)表、天然氣消耗新系統(tǒng)工藝天然氣流量：574860H72=7984.23/h 新系統(tǒng)燃燒天然氣流量：12179齊72=1691.63/h 新系統(tǒng)天然氣總量： 574860 121797=696653=79m675.8m3/h

6、 老系統(tǒng)工藝天然氣流量：33489® 72=4651.33/h 系統(tǒng)總工藝天然氣流量： 574860334893=909753=31m2635.5 m3/h老系統(tǒng)天然氣總量：1209365 696657=5127083=m7120.9m3/h老系統(tǒng)燃燒天然氣總量：512708-334893=1778121469.7細(xì)新系統(tǒng)液氨產(chǎn)量：7984.2- 12635.5X 1301.43=822.36t老系統(tǒng)液氨產(chǎn)量： 1301.43822.36=479.07新系統(tǒng)噸氨消耗天然氣量：69665存822.36=847.l4m老系統(tǒng)噸氨消耗天然氣量：51270&479.07=1070.2

7、m系統(tǒng)噸氨消耗天然氣量：120936子1301.43=929.26佝、蒸汽消耗3.2Mpa蒸汽均用于新系統(tǒng)，全系統(tǒng)3.2Mpa蒸汽消耗：478.8- 1301.43X 1000=367.9kg/tNH1.0Mpa蒸汽消耗：99.64- 1301.43X 1000=76.56kg/tNH 注：因?yàn)槔舷到y(tǒng)自產(chǎn)蒸汽計(jì)量不準(zhǔn)確，故本次只計(jì)算系統(tǒng)蒸汽消耗。、電消耗 因新、老系統(tǒng)電無法分別計(jì)量，故只統(tǒng)計(jì)總消耗。查定期間總耗電 1113052kw，h 故系統(tǒng)電耗為 110511 & 1301.43=849.15kwh/tNH1.4 查定分析1.4.1 、新系統(tǒng)造氣凈化工序2002 年大修實(shí)施合成氨“

8、雙一段一期項(xiàng)目”，即新增換熱式轉(zhuǎn)化爐、更新二 段爐、對流段改造、新增凈化再生塔 CO2 洗滌分離罐、增設(shè)再生氣管線、增設(shè) CO2 水冷器，其中換熱式轉(zhuǎn)化爐和二段爐因高溫合金管質(zhì)量問題未投入系統(tǒng)。2003年 大修實(shí)施“雙一段二期項(xiàng)目”，即投入換熱式轉(zhuǎn)化爐和二段爐配管、增設(shè)氧化鋅 脫硫槽、中變氣廢鍋、低變氣廢鍋、低變爐保護(hù)器、半貧液閃蒸槽、脫碳吸收塔 和再生塔填料改型。為保護(hù)大低變催化劑和提高低變的變換率， 2 0 04年大修改裝 低變保護(hù)器為B204氐變催化劑。從本次查定數(shù)據(jù)來看：在工藝投氣方面：新轉(zhuǎn)化工藝投氣達(dá)到7984.2 NrVh，為設(shè)計(jì)值8228 Nnfh的 97.04%已接近但未達(dá)到設(shè)

9、計(jì)最高負(fù)荷。其原因主要有：a、聯(lián)合壓縮機(jī)在夏天氣 溫較高時實(shí)際工藝空氣輸氣量不足，同 8228m3/h 的工藝天然氣負(fù)荷不匹配，限制 了負(fù)荷的推進(jìn)；b、中變爐在8200 Nm負(fù)荷情況下阻力上升，壓力已接近或達(dá)到 原設(shè)計(jì)壓力<1.92Mp），且因?yàn)榭账僭黾雍?，變換能力下降，出口 CO上升<> 3.0%，減少了氨產(chǎn)量；c、脫碳系統(tǒng)處于極限操作，彈性很小，容易出現(xiàn)波動。在指標(biāo)控制方面：廂式爐出口殘余甲烷為8.51%換熱爐出口殘余甲烷為 14.60%，二段爐出口殘余甲烷為 0.42%，換熱爐和二段爐出口甲烷低于設(shè)計(jì)高限， 主要是因?yàn)榻衲甏笮薷鼡Q了換熱爐催化劑，但隨著使用時間的增加，開

10、停車次數(shù) 的累計(jì)，易受高溫蒸汽鈍化而導(dǎo)致?lián)Q熱爐催化劑活性下降，將影響新系統(tǒng)的投氣 負(fù)荷。中低變甲烷化部分在增設(shè)小低變爐后基本能滿足新凈化 90Kt/a 合成氨轉(zhuǎn)化 氣的變換和甲烷化要求，在新系統(tǒng)工藝投氣平均7984.2Nh時，中變出口 CO含 量為3.37%最終變換出口 CO含量為0.32%甲烷化出口甲烷含量為0.87%可見 中變出口 CO含量較高使最終變換出口 CO含量較04年9月查定值高出0.07%使 新系統(tǒng)減產(chǎn)液氨 0.7%<1.9噸/天） 但如再增加負(fù)荷或者時間稍長 中變出口 CO 進(jìn)一步上升 則低變的能力即顯不足。因此 新系統(tǒng)中變爐是 15 萬噸/年達(dá)產(chǎn)瓶 頸之一。脫碳部分在新

11、系統(tǒng)工藝投氣平均為 7984.2N3m/h 時 脫碳堿洗氣二氧化碳含 量為0.173%從主要指標(biāo)K2O濃度，貧液、半貧液循環(huán)量及半液、富液再生度， 再生塔阻力看均處于極限狀態(tài)，對脫碳長期穩(wěn)定滿負(fù)荷運(yùn)行有較大制約。所以脫 碳必須在指標(biāo)優(yōu)化和精心調(diào)控下才能實(shí)現(xiàn)推高負(fù)荷至8200NH1的目標(biāo)。、老系統(tǒng)造氣凈化工序老系統(tǒng)造氣凈化工序從 70 年代投產(chǎn)到 85 年局部改造后，其生產(chǎn)能力達(dá)到 55Kt/a合成氨轉(zhuǎn)化凈化能力，近20年來基本沒有改造。從本次查定的情況看，工 藝天然氣的投入能達(dá)4800N3/!，平均為4651.3N3/h，生產(chǎn)能力在5255Kt/a的水 平。從查定的控制指標(biāo)看：一段爐出口殘余甲

12、烷為 10.53%，二段爐出口殘余甲烷 為 0.31%，低變爐出口一氧化碳含量為 0.15%，脫碳堿洗二氧化碳含量為 0.38%， 甲烷化出口甲烷含量為 0.92%，說明本次查定期間老系統(tǒng)一段出口甲烷和脫碳出 口二氧化碳較高，如進(jìn)一步推高負(fù)荷、降低一段爐出口殘余甲烷含量和脫碳堿洗氣二氧化含量難度較大如果老系統(tǒng)要達(dá)60Kt/a的能力則工藝投氣應(yīng)為5200Nm，將會導(dǎo)致一段爐出 口殘余甲烷和脫碳堿洗二氧化碳含量上升，不可能做到經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行。老系統(tǒng)一 段爐轉(zhuǎn)化管已嚴(yán)重超過使用受命，而一段爐對流段的能力偏小，致使一段爐提溫 困難，轉(zhuǎn)化出口殘余甲烷偏高。老系統(tǒng)脫碳采用兩塔吸收和兩塔再生、風(fēng)冷降溫 流程導(dǎo)

13、致再生壓力高，再生熱耗高，二氧化碳汽提氣冷凝分離溫度高，溶液再生 度差，氣體凈化度差。因此目前老一段爐和脫碳已成為制約負(fù)荷進(jìn)一步推高的瓶 頸，是影響合成氨150Kt/a總能力最終達(dá)產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。1.4.3 、壓縮工序1.4.3.1 、聯(lián)壓機(jī)K402G投入生產(chǎn)后，聯(lián)合壓縮機(jī)對生產(chǎn)穩(wěn)定起到了強(qiáng)有力的支撐作用。K402A、B 臺壓縮機(jī)經(jīng)過改造后能力與 K402、CD、E 相同，天然氣的設(shè)計(jì)輸送能力 約為2600Nm，空氣設(shè)計(jì)的輸送能力為3600Nm，K402G然氣的設(shè)計(jì)輸送能力 為5760N/h，空氣的設(shè)計(jì)輸送能力為7200N/h，全開是總計(jì)天然氣最大設(shè)計(jì)輸送 能力為18760N/h，空氣最大設(shè)

14、計(jì)輸送能力為25200N/h。在實(shí)際生產(chǎn)組織中，新 系統(tǒng)是開K402C D E或K402GW個小機(jī)子，空氣量基本上能滿足8000N/h左 右的工藝天然氣投氣負(fù)荷，假如低壓系統(tǒng)調(diào)整后可以再加負(fù)荷至8200N/h，貝卩在 夏天氣溫較高時，受循環(huán)水能力不足和氣溫高的影響，壓縮機(jī)空氣輸送能力將會 受到限制，一方面因進(jìn)口空氣溫度高影響了壓縮機(jī)空氣輸送能力；另一方面目前 循環(huán)水能力不足影響壓縮機(jī)水冷器降溫效果，也將造成其工藝空氣輸送不足。在 工藝天然氣輸送方面三臺壓縮機(jī)VK402CD日機(jī)組的輸送天然氣量輸送能力為 7800N/h，達(dá)不到90Kt/a能力需工藝投氣7910N/h）的水平，故一旦K402G故

15、障則聯(lián)壓機(jī)達(dá)不到新系統(tǒng)90Kt/a能力的要求。1.4.3.2 、氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)兩臺3M22-160/13.5-32改造加轉(zhuǎn)后其輸送氣體的能力提高到10800 N?/h; 三臺3D22H -14.5/14-320提壓后為 12000N/h ; K401F輸送氣體的能力為 22000Nm，總的輸氣能力為79600Nm，能滿足150Kt/a的能力。氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)到合成系統(tǒng)的阻力大，在一定程度影響了高壓機(jī)的輸氣能 力。本機(jī)出口壓力與合成入口壓力相差 1.0i.5Mpa即較多時候本機(jī)出口在 2930Mp下工作。主要原因?yàn)檠b置擴(kuò)產(chǎn)后高壓管線未進(jìn)行改造，管程較長，管徑 偏小。、循環(huán)氣壓縮機(jī)循環(huán)機(jī)輸氣能力為 45

16、0X280X0.9X2+216<280X0.9X2=335664 N/h，循環(huán) 氣壓縮機(jī)能夠滿足150Kt/a的能力，但透平機(jī)的電流已達(dá)1000A左右，接近額定電 流值。1.4. 4、合成工序1.4.4.1 、新合成塔新合成塔采用的YD型內(nèi)件于1998年5月投用，至今已使用了 7年，按使用 年限應(yīng)進(jìn)行大修。今年更換了催化劑。更換中發(fā)現(xiàn)中心管和溫度計(jì)套管嚴(yán)重變 形， 1#冷激分布器上面的鋼絲網(wǎng)損壞了大約 1520%，露出了篩板， 2、3#冷激分布 器因?yàn)檫M(jìn)不了人和檢修時間原因而無法仔細(xì)檢查，但根據(jù) 1#冷激分布器的損壞情 況推測這兩個分布器同樣存在鋼絲網(wǎng)損壞的情況。在化機(jī)進(jìn)行修復(fù)的過程中還

17、發(fā) 現(xiàn)下部換熱器泄漏，堵漏后仍無法完全消除。同時因?yàn)樵诮衲甏呋瘎┻€原結(jié)束以 后發(fā)現(xiàn)合成塔的熱點(diǎn)溫度不在第一層的 T2、8 點(diǎn)，而在第二層的 T3、4 點(diǎn)上，全 床層溫差較大而且整個床溫很不好控制，可以確定為分布器已經(jīng)損壞，使塔內(nèi)氣 體偏流導(dǎo)致催化劑還原不徹底。目前為了保持生產(chǎn)穩(wěn)定，不得以將合成塔的操作 溫度控制得相對比較高。但存在的主要矛盾為：操作溫度過高將導(dǎo)致催化劑的使 用壽命縮短，而把溫度降低到正常范圍內(nèi)操作又將出現(xiàn)整個床溫難以調(diào)整控制的 現(xiàn)象。、新快速水冷器方面：現(xiàn)有合成快速水冷器是 1994年為三套管型合成塔 內(nèi)件而設(shè)計(jì)配套，至今運(yùn)行已有10年。目前新合成塔內(nèi)件已更換為YD型，較原 三

18、套管內(nèi)件YD型催化劑裝填量增加了近30%系統(tǒng)負(fù)荷也增加了約30%以上，使 快速水冷器的熱負(fù)荷大大增加。從本次查定數(shù)據(jù)可以看出：新合成水冷器出口溫 度為50C，按指標(biāo)控制應(yīng)在40C才滿足要求，表現(xiàn)出新合成水冷器能力明顯不 足，不利于氨的分離。通過工藝核算，要達(dá)到 150Kt/a 的生產(chǎn)能力，新快速水冷 器的熱負(fù)荷為在不新增設(shè)快速水冷器的條件下，特別在夏天限制了新合成能力的 發(fā)揮，進(jìn)而制約了合成氨150Kt/a生產(chǎn)能力的發(fā)揮。1.4.4.3 、老合成塔老合成塔內(nèi)件為滿足全系統(tǒng)150Kt/a的氨產(chǎn)量在2003年大修改造成皿J99 型內(nèi)件。大修后投產(chǎn)使用，運(yùn)行中因中置鍋爐進(jìn)出口閥的原因，系統(tǒng)阻力很高，

19、 限制了工藝負(fù)荷的推高。于 2004年大修時將該閥拆除，開車運(yùn)行效果明顯，阻力 大幅度降低，目前已能滿足現(xiàn)生產(chǎn)需要。但是老塔的操作穩(wěn)定性不如D401而且 多以循環(huán)量進(jìn)行調(diào)節(jié)床溫，減量時系統(tǒng)壓力上漲導(dǎo)致上工序減負(fù)荷的情況異常頻 繁。1.4.4.4 、新老氨蒸發(fā)器兩個氨蒸發(fā)器能力不足，從本次查定數(shù)據(jù)看在氣氨壓力較低0.2Mp以下）， 用氨量（19.15t/h大于產(chǎn)氨量18.075t/h）時，氨蒸發(fā)器出口溫度 老合成塔為 0.78C，新合成塔為-0.182 C）雙塔平均值在0C左右，而氣氨溫度老合成塔為- 9C,新合成塔為-8 C）雙塔平均值都在0C以下，根據(jù)對氨蒸發(fā)器按 15萬噸/ 年核算）的計(jì)算

20、結(jié)果，體現(xiàn)出氨蒸發(fā)器換熱面積夠，而蒸發(fā)熱量不足的問題，導(dǎo) 致液氨蒸發(fā)量不能滿足聯(lián)堿需求。 具體核算過程見附件二）、合成全系統(tǒng)能力方面合成系統(tǒng)同低壓系統(tǒng)的能力不匹配，限制了生產(chǎn)負(fù)荷的進(jìn)一步推高。從查定 情況看，新合成塔YD內(nèi)件缺陷，兩個氨蒸發(fā)器熱量不足過度加氨和新快速水冷器 能力不足導(dǎo)致合成壓力上漲，在控制合成壓力指標(biāo)W28MP下不能滿足150Kt/a的 生產(chǎn)要求，除非往上放開合成壓力運(yùn)行指標(biāo)，但這將導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行的不安全。 因 此新合成塔YD內(nèi)件缺陷，兩個氨蒸發(fā)器過度加氨和新快速水冷器能力不足是導(dǎo) 致150Kt/a不能達(dá)產(chǎn)的又一重要因素。、氨庫工序1.4.5.1 、液氨中間槽能力方面中間儲槽按

21、20 分鐘緩沖時間設(shè)計(jì)、小時產(chǎn)氨量按 19 噸計(jì)，則體積約32mh，需要儲槽體積：V=3220+ 60= 10.67忌 現(xiàn)在的中間槽體積為5帛，因此 液氨中間槽能力不足，但目前任可以使用。、液氨罐能力方面今年新安裝11#液氨罐后，現(xiàn)有液氨罐11個，每個容積為45.2朮允許裝量 38.5吭 總計(jì)423.5用 重量為253噸。實(shí)際庫存控制在200噸。則緩沖時間為： 200454X24=10.57小時。若按16小時兩個生產(chǎn)班）的緩沖時間設(shè)計(jì)，這樣可 以保證聯(lián)堿設(shè)備出故障時，影響生產(chǎn)的程度降低到很小。則液氨罐的容積應(yīng)為 V=45X 16-24-0.61 = 496賂，需在現(xiàn)有液氨罐的基礎(chǔ)上增加23個液

22、氨罐，按 300噸的庫存設(shè)計(jì)液氨罐的體積，生產(chǎn)組織彈性更大。1 .4.6 、循環(huán)水工序合成氨廠循環(huán)水系統(tǒng)是1987年為配合聯(lián)堿28.5萬噸/年、合成氨 9.65萬噸/ 年的生產(chǎn)能力而設(shè)計(jì)建造的，系統(tǒng)共有涼水塔 5槽。 2002年和2003年，為了配合 合成氨能力達(dá)到15萬噸/年，將3#槽和1、2#槽分別劃歸合成氨廠使用， 2004年 5 月將2#涼水塔的填料進(jìn)行了更換， 2005年4月將1#涼水塔的填料進(jìn)行了更換。1至8#涼水塔均按700lMh水量能力設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)上回水溫差8Cv進(jìn)水40C, 出水32C）。按15萬噸/年的投氣負(fù)荷和8C溫差進(jìn)行核算，全系統(tǒng)循環(huán)冷卻水 熱負(fù)荷為47343171.2

23、Kca/h需循環(huán)水總量為5917.896,已不能匹配8槽涼水塔 總量 5600M3/h 的能力。在冬天氣溫較低時勉強(qiáng)能滿足現(xiàn)有負(fù)荷的需要，但夏天時 總回水溫度達(dá)42Cv最高44C）、水泵出口溫度為35Cv最高37C）、溫差為6 7C,根本不能滿足15萬噸/年的投氣負(fù)荷。循環(huán)水溫度高，一方面影響壓縮機(jī)水 冷器降溫效果，造成聯(lián)壓機(jī)工藝空氣打氣量偏離設(shè)計(jì)埴較大，輸氣不足；另一方 面進(jìn)一步突出了新合成水冷器能力不足的問題，使合成壓力升高到了指標(biāo)的高 限。從目前的狀況來看，如要循環(huán)水系統(tǒng)的達(dá)到 150Kt/a 的需要，徹底緩解壓縮 及合成壓力必需新建涼水塔和進(jìn)一步對現(xiàn)有涼水塔系統(tǒng)進(jìn)行改造。 因此，循環(huán)水

24、 系統(tǒng)能力不足是 15萬噸/年不能達(dá)產(chǎn)的又一主要因素。 具體核算過程見附件一） 1.5、查定結(jié)論、從查定情況看全系統(tǒng)能力為145Kt/a,沒有達(dá)到設(shè)計(jì)150Kt/a的水平，其中 新系統(tǒng)基本上達(dá)到 90Kt/a 的能力，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力 90Kt/a 的 100%，老系統(tǒng)最大 能力為55Kt/a，為期望埴60Kt/a的91.7%、 從消耗上看系統(tǒng)天然氣消耗為929.26m3/t 其中新系統(tǒng)天然氣消耗為 847.14敘，老系統(tǒng)天然氣消耗為1070.2m ），系統(tǒng)電耗為849.15 kw.h/tNH,全 系統(tǒng)3.2Mpa蒸汽消耗為367.9kg/tNH,全系統(tǒng)含煙道氣回收裝置）1.0Mpa蒸汽消 耗7

25、6.56 kg/tNH，較系統(tǒng)改造前降低較大。、從工藝指標(biāo)控制情況看，總體控制較好，但新系統(tǒng)中變出口 CQ老系統(tǒng)一 段出口 CH、脫碳再生度和出口 CO合成系統(tǒng)氨冷溫度、循環(huán)水上回水溫度指標(biāo) 較差，是 15萬噸/年不能達(dá)產(chǎn)的主要瓶頸指標(biāo)。2、150Kt/a 裝置能力達(dá)產(chǎn)改造方案 通過上述對裝置能力的查定和分析，我們認(rèn)為 新系統(tǒng)中變爐、老一段爐和老 脫碳能力不足、新合成塔YD內(nèi)件缺陷，合成兩個氨蒸發(fā)器蒸發(fā)熱量不足和新快 速水冷器能力不足、循環(huán)水系統(tǒng)能力不足是導(dǎo)致合成氨 150Kt/a 總能力不能達(dá)產(chǎn) 的幾大關(guān)鍵因素。在上述幾方面因素中，老一段爐和新合成塔YD內(nèi)件改造涉及的資金和施工周 期是近期難

26、以解決的問題，因此將改造的重點(diǎn)放在 新系統(tǒng)中變爐，老脫碳，合成 兩個氨蒸發(fā)器，新快速水冷器和循環(huán)水系統(tǒng)。下面對改造方案進(jìn)行詳述。2.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)2.1.1 能力核算 循環(huán)水能力不足，根據(jù)合成氨 15萬噸/年的循環(huán)水系統(tǒng)熱量 核算結(jié)果見附件一），按原涼水塔設(shè)計(jì)值平衡仍差缺 317.896噸/小時冷卻水處 理量，在夏天氣溫較高時，將導(dǎo)致壓縮機(jī)空氣輸氣能力不足和合成系統(tǒng)溫度高、 壓力高，需要增加涼水塔或者對涼水塔進(jìn)行改造以滿足合成氨 150Kt/a 的生產(chǎn)能 力的需要。、合成系統(tǒng)能力不足，需增大新老合成氨蒸發(fā)器能力以滿足雙合成塔生產(chǎn)需 要；新合成水冷器能力嚴(yán)重不足，需要增加水冷器換熱面積與新塔

27、能力匹配。新 合成塔內(nèi)件損壞問題可更換內(nèi)件或結(jié)合合成220Kt/a改造新增一套© 1400- © 1600 合成塔。543、老系統(tǒng)能力不能達(dá)60Kt/a,主要瓶頸在一段爐和脫碳裝置。因此加快對老 系統(tǒng)的改造勢在必行。544、新系統(tǒng)能力的充分發(fā)揮受換熱爐裝置能否長周期平穩(wěn)運(yùn)行的影響，也受制 于脫碳能力是否能進(jìn)一步增大，換熱爐和脫碳裝置目前處于高限運(yùn)行狀態(tài)。對換 熱爐裝置長周期問題可以改造換熱爐過熱段，增改壓溫蒸汽管線。、隨著合成氨150Kt/a的生產(chǎn)能力的形成，大部分工藝管線及部分分離器是 按96.5Kt/a設(shè)計(jì)的直徑偏小，特別是新系統(tǒng)造成系統(tǒng)阻力增大，對生產(chǎn)有一定的 制約。

28、可以考慮逐年利用大修抽換，降低系統(tǒng)阻力。生產(chǎn)部、合成氨廠二0C四年九月二十二日附表一：主要工藝指標(biāo)、分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)名稱系統(tǒng)控制范圍位號波動范圍平均值備注B201出口溫度C新造氣< 740TR-217728739735.8< 740TR-218725737732.9H201出口溫度C< 730TR-278717730724.9D202出口溫度C< 960TR-225861890872.6C201入口溫度CTR-279647659653.9B201天蒸混合氣流量m3/h< 17367.5179131979519176.2!表計(jì)不準(zhǔn)H201天蒸混合氣流量m3/h<

29、14209.81254714!1813432.2!表計(jì)不準(zhǔn)B201 出口 CH%< 14%(V干8.019.198.51D202出 口 CH4%W0.5%(Vf>0.350.490.42H201 出口 CH4%< 18%(V干14.414.8514.60F101出口溫度C老造氣< 740WJ-102709728722二段出口溫度C< 960WJ-103870920886.7H101出口溫度C320440WZ-107370382378.1H101出口溫度C320440WZ-107370382378.1F101 出口 CH4%<11.379.571.1410.5

30、3二段出口 CH4%< 0.30.250.350.31F201A出 口壓力 Mpa新凈化< 1.6PI-2351.371.521.48入E301貧液流量m3/h140FRC-301129138134.2入E301半貧液流量m3/h260FRC-302232242237.8中變爐入口氣體溫度C300370TR-229344347346.1中變爐熱點(diǎn)溫度CTR-234400402401.4低變爐入口溫度C180220TRC-235196201197.9低變熱點(diǎn)溫度CTR-239201204202.7甲烷化入口溫度C330TRC-240323330326.6甲烷化熱點(diǎn)溫度c< 40

31、0TR-244339362344.4E301出口氣體溫度C90TI-303728880.3中變出口 CO%<43.153.813.37低變出口 CO%< 0.50.190.450.32吸收塔出口 CO2%< 0.30.0670.280.172甲烷化出口 CH4%< 1.50.641.060.89甲烷化出口 H/N22.73.53.043.433.19半貧液再生度< 1.41.331.381.36半貧液K2O mol/l1.712.752.362.592.48貧液再生度<1.251.21.251.24貧液 K2O mol/l1.812.852.552.792.

32、66入C201貧液流量m/h老凈化80160GJT201a112126117.9入C203半貧液流量m3/h160250GJT201b200216207.5中變?nèi)肟跍囟菴320350WZ-201291308298.3中變熱點(diǎn)溫度C300450WJ-202350378365.9低變?nèi)肟跍囟菴165220WZ-204179188182.8低變熱點(diǎn)溫度C170250WJ-204189198195.2甲烷化入口溫度C老凈化270330WJT-204289301292.3甲烷化熱點(diǎn)溫度C300450WJ-206329345336.2中變出口 CO%<31.182.591.48低變出口 CO%<

33、; 0.30.10.30.149吸收塔出口 CO2%< 0.50.270.50.38甲烷化出口 CH4%< 1.10.651.140.87甲烷化出口 H/N22.53.83.023.433.24貧液 心0 mol/l1.882.112.01半貧液K2O mol/l1.862.071.99合成塔進(jìn)口壓力 Mpa新合成< 3225.628.027.4合成塔出口壓力Mpa24.126.025.29合成塔阻力Mpa0.881.090.96氣氨壓力Mpa< 0.40.090.240.13主線流量m/h700180217322副線流量nh0960163121#冷激流量m/h7917

34、982387142#冷激流量侖h1281215340143193#冷激流量侖h449827685合成塔熱點(diǎn)溫度C502517510.6合成塔入口溫度C384542.57水冷器入口溫度C117135127.61水冷器出口溫度C< 40445249.2氨蒸發(fā)器出口溫度C(-5>5-57-0.17氣氨溫度C-122-7.7循環(huán)水上水溫度C< 32283128.9循環(huán)氣H2/N22.373.282.92循環(huán)氣惰氣%152014.7617.2715.65合成塔入口壓力 Mpa老合成<31.425.827.826.91合成塔阻力Mpa1.251.401.328氣氨總管壓力Mpa&l

35、t;0.550.10.240.135熱交換器入口流量m3/h506796197655090冷分流氣流量m/h40971629215432熱分流氣流量m/h203552608122201零M冷激流量m/h00新鮮氣流量m/h249982500024998.6零M溫度C< 520390405404.31合成塔熱點(diǎn)溫度C<420520474490484.75氨蒸發(fā)器出口溫度C(-15>20-250.78氣氨溫度C(-10>20-128-7.47水冷器出口溫度C< 55404340.76循環(huán)氣H2/N22.54.82.823.283.08循環(huán)氣惰氣%10.52515.81

36、19.7617.68循環(huán)水上水溫度C循環(huán)水283128.9附表二：液氨產(chǎn)量、消耗情況統(tǒng)計(jì)名稱系統(tǒng)波動范圍平均值總量備注工藝天然氣Nn3新系統(tǒng)740082007984.2574860老系統(tǒng)430048004651.5334893燃燒天然氣Nm新系統(tǒng)1691.6121797表計(jì)不準(zhǔn)老系統(tǒng)2469.7177815尾氣Nm新系統(tǒng)194824002221.7159962.4表計(jì)不準(zhǔn)老系統(tǒng)7001800115983448表計(jì)不準(zhǔn)3.2MP蒸汽t全系統(tǒng)6.65478.81.0MP蒸汽t全系統(tǒng)1.3899.64電耗 KWh15348.75脫鹽水 t33.652423液氨產(chǎn)量t全系統(tǒng)18.0751301.43聯(lián)

37、堿用氨量t全系統(tǒng)19.151378.8附件一：合成氨150Kt/a循環(huán)水熱量計(jì)算一、計(jì)算條件1、按330天/年生產(chǎn)時間計(jì)，日產(chǎn)454.55",d小時產(chǎn)量為18.94t/h2、工藝天然氣耗量按700Nm/tNf,工藝投氣按13258Nmh。其中新系統(tǒng)工藝投氣按8228Nrf/h;老系統(tǒng)工藝投氣按5030Nm/h。3、各循環(huán)水換熱器的水溫升按設(shè)計(jì)參數(shù)8C。4、進(jìn)出換熱器的物料溫度按設(shè)計(jì)值。5、壓縮機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行按v1)聯(lián)壓機(jī)為K402G和其它3臺壓縮機(jī)；<2)高壓機(jī) 為K401F和其它3臺壓縮機(jī)。二、壓縮機(jī)系統(tǒng)循環(huán)水熱量計(jì)算1 、計(jì)算條件進(jìn)出水溫差為8C,水的熱容為1.0Kcal/kg

38、：。2、K402G設(shè)計(jì)值循環(huán)水耗量為 230m3/h。Q=1.(X8X230X 1000=1840000Kcal/h3、K402其它3臺機(jī)組設(shè)計(jì)值循環(huán)水耗量為 23(m3/h。Q=1.(X8X11OK100O< 3=2640000Kcal/h4、K4(2F設(shè)計(jì)值循環(huán)水耗量為 262.5m3/h。Q=1.(<8<262.5<1(=21(Kcal/h5、K401其它3臺機(jī)組設(shè)計(jì)值循環(huán)水耗量為 168m3/h。Q=1.0<8<<168<3)<1000=4032000Kcal/h6、壓縮機(jī)需循環(huán)水帶走的熱負(fù)荷為 10612000Kcal/h需循環(huán)水

39、量為：1326.5甬皿三、新系統(tǒng) CO2 水冷器1 、計(jì)算條件按噸氨副產(chǎn) CO2 640NM/tNH3，新系統(tǒng)產(chǎn)氨 11.754t/h再生塔出口溫度 103C，經(jīng)CQ洗滌分離器后溫度為100C，脫鹽水移走三分之一的熱量；再生塔 出口表壓為0.05MPa冷卻后的CC2溫度為40C。再生塔出口 CO2量：11.75< 640=7522.56NMh=355.83kmol/hCQ在70C的比熱為9.60kcal/kmSl; 100C飽和蒸汽壓為0.1013MP;40C的 飽和蒸汽壓為0.00752MPa水蒸氣在100C下的焓為639.4kcal/kg在40C下的焓 為613.5kcal/kg液態(tài)

40、水在40C下的焓為40kcal/kg2、計(jì)算<1) CQ需要移走的熱量：Q=9.6X335.83<<1O0-4O) =193438Kcal/h<2) CO2帶走的水蒸汽熱量： 熱交換前總的水蒸氣量：X/<7522.56+)X=0.1013/0.15X=15646.38/hN=m12.573t/h 沒有被冷凝的水蒸氣量：X/<7522.56+)X=0.00752/0.15X=3973/Nhm=0.319t/h 沒有被冷凝的水蒸氣量放熱：Q=mAH=<6394613.5 X0.319< 1000=8262.0Kcal/h 被冷凝的水蒸氣放熱：Q=mA

41、H=<639440)x <12.57* 0.319 X 1000=7345047.6Kcal/h<3)、總移走的熱量：Q 總=193438+8262.1+7345047.6=7546747.8Kcal/h<4)需要冷卻水的量：按水溫升8C計(jì)算M=<Q總X 2/3)/8=628.9t/h四、新原料氣水冷器1 、計(jì)算條件<1 )新系統(tǒng)的工藝投氣量按 8228NHVh;到原料氣水冷器膨脹 4.26倍<干 氣)，原料氣的總氣量為 <干氣)822X 4.26=35051Nfi/h;原料氣從15OC降溫到 40C。<2)氣體的組分為：H2： 74.37

42、%; N2： 24.46%; CH4： 0.91%; Ar： 0.26%根據(jù)進(jìn)入水冷器的水汽濃度分析可得巴0<6量為930.19N/h,有14.7Nr/fh 的水蒸氣沒有被冷凝下來<3）查150C下的各組分焓為：H2 ： 873Kcal/h； N2 ： 862Kcal/h； CH4 ： 1 6744Kcal/；h Ar ： 621 Kcal/h； H2O<g）：56787Kcal/h<4）查40C下的各組分焓為H2： 1 05Kcal/h；N2 ： 102.6Kcal/；h CH4： 17763Kcal/；h Ar： 74.4Kcal/h； H2O<g）：5767

43、8.6Kcal/h2、計(jì)算<1）進(jìn)入水冷器前的焓：H2: <35051< 0.7437 /22.4卜 873=1015931Kcal/hN2: <3505伙 0.2446 /22.4卜 862=329926Kcal/hAr： <35051<0.0026 /22.4卜62仁2526Kcal/hCH4： <3505僅 0.009 1 /22.4卜-16744=-238426Kcal/hHzOvg : <14.7/22）4 X-5678737266Kcal/h以上合計(jì)為150C原料氣進(jìn)入水冷器前的焓：1072691Kcal/h<2 出水冷器后的焓

44、：H2： <35051<0.7437 /22.4卜 105=122191Kcal/hN2： <35051<0.2446 /22.4K 102.6=36059Kcal/hAr： <35051<0.0026 /22.4卜74.4=303Kcal/hCH4： <3505僅 0.009 1 /22.4卜-17763-252936Kcal/hH2O<g : <14.7/22.4 X-57678.6-38068Kcal/h以上合計(jì)為40C原料氣出水冷器后的焓：132451Kcal/h<3）水蒸氣在150C冷凝到40C所放出的熱查水蒸氣150C冷凝

45、熱505Kcal/kg水的比熱為1.0Kcal/kC。分析數(shù)據(jù)可得原料氣經(jīng)水冷器冷卻后共有735.66kg/的水蒸氣冷凝為水。 冷凝放熱Q=505< 735.66=371508.3Kcal/h 水從150C降到40C所放出的熱Q=1.0< 735.6床 <150-40） =80922.6Kcal/h <4）原料氣經(jīng)過水冷器后的總放熱Q 總=371508.3+80922.6+132451 + 1072691 = 1657572.9Kcal/h<5）所耗循環(huán)水量：按水溫升8C計(jì)算M=Q 總/8=207.197t/h五、老原料氣水冷器1 、計(jì)算條件<1 ）老系統(tǒng)的

46、工藝投氣量按 5030Nm/h;到原料氣水冷器膨脹 4.26倍<干 氣），原料氣的總氣量為 <干氣）5030< 4.26=21428N/h;原料氣從22OC降溫到 38C。<2）氣體的組分為：H2：74.37%; N2：24.46%; CH4：0.91%; Ar：0.26%根據(jù)進(jìn)入水冷器的水汽濃度分析可得HQvg）量為554.78Nm/h，有8.76Nrnfh=0.39kmol/的水蒸氣沒有被冷凝下來。<3）查22OC下的各組分焓為：H2：1361.6Kcal/;hN2：1355Kcal/;h CH4：-15998.4Kcal;/hAr：968.2Kcal/;h

47、H2O<g） ： -56201.8Kcal/h<4）查38C下的各組分焓為H2： 91Kcal/h; N2： 88.92Kcal/;h CH4：- 17779.8Kcal;/hAr： 64.48Kcal/;h H2O<g）：- 57694.52Kcal/h2、計(jì)算<1）進(jìn)入水冷器前的焓：H2： <21428<0.7437） /22.4< 1361.6=968681Kcal/hN2： <21428<0.2446） /22.4< 1355=317051Kcal/hAr： <21428< 0.0026） /22.4< 96

48、8.2=2526Kcal/hCH4： <21428<0.0091） /22.4< -15998.4 -= 139268Kcal/hfOvg: <0.39/22) x56201.8=21919Kcal/h以上合計(jì)為220C原料氣進(jìn)入水冷器前的焓：1126953Kcal/h <2)出水冷器后的焓:H2： <21428x0.7437)/22.4x 91=64740Kcal/hN2： <21428x0.2446)/22.4x 88.92=20805Kcal/hAr： <21428x0.0026)/22.4x 64.48=161Kcal/hCH4： <

49、;21428x0.0091)/22.4x 17779.8=154780Kcal/hH2O<g)： <0.39/22.4x57694.52=225011Kcal/h以上合計(jì)為38C原料氣出水冷器后的焓：294085 Kcal/h<3)水蒸氣在220C冷凝到38C所放出的熱查水蒸氣22CC冷凝熱443.7Kcal/kg水的比熱為1.0Kcal/kC。分析數(shù)據(jù)可得原料氣經(jīng)水冷器冷卻后共有438.84kg/的水蒸氣冷凝為水。 冷凝放熱Q=443.x7 438.84=194713.3Kcal/h 水從22CC降到38C所放出的熱Q=1.0x438.84x<22038) =7986

50、9Kcal/h <4)原料氣經(jīng)過水冷器后的總放熱Q 總=294085+1126953+194713.3+79869=1695620.3Kcal/h <5)所耗循環(huán)水量：按水溫升8C計(jì)算M=Q 總/8=211.952t/h六、老 CO2 水冷器1 、計(jì)算條件按噸氨副產(chǎn)CO2 640NM/tNf,老系統(tǒng)產(chǎn)氨7.186t/h再生塔出口溫度107C; 再生塔出口表壓為0.06MPa循環(huán)水冷卻后的CO2溫度為40C。再生塔出口 CQ量：7.18& 640=4598.86NMh=205.31kmol/hCO2在75C的比熱為9.62kcal/kmC ; 107C飽和蒸汽壓為0.1298

51、MP;40C的 飽和蒸汽壓為0.00752MPa水蒸氣在107C下的焓為642.3kcal/,在40C下的焓 為613.5kcal/kg液態(tài)水在40C下的焓為40kcal/kg2、計(jì)算<1) CO2需要移走的熱量：Q=9.62< 205.3K <107-40) =132328.09Kcal/h<2) CQ帶走的水蒸汽熱量： 熱交換前總的水蒸氣量：X/<4598.86+)X=0.1298/0.16X=19766.839/hN=m15.884t/h 沒有被冷凝的水蒸氣量：X/<4598.86+)X=0.00752/0.16X=226.831/hN=m0.182t

52、/h 沒有被冷凝的水蒸氣量放熱：Q=mAH=<642.-613.5 X0.182< 1000=5242Kcal/h 被冷凝的水蒸氣放熱：Q=mAH=<642.-40)x<15.58-0.182 X 1000=9457314.6Kcal/h<3)總移走的熱量：Q 總=132328.09+5242+9457314.6=9594884.7Kcal/h<4)需要冷卻水的量：按水溫升8C計(jì)算M=Q 總/8=1199.361t/h七、煙道氣 CO2 水冷器1 、計(jì)算條件煙道氣CQ流量按1450NmVh=64.732kmo；h進(jìn)水冷器溫度105C，出水冷器 溫度 40C；

53、 CO2 比熱為下)9.44kcal/kmO; 105C飽和蒸汽壓為 0.12085MPa 40 C的飽和蒸汽壓為0.00752MPa水蒸氣在 105C下的焓為641.3kcal/kg在40C下的焓為613.5kcal/kg液態(tài)水在40C下的焓為40kcal/kg2、計(jì)算<1) CO2需要移走的熱量：Q=9.44< 64.732<<10A40) =39720Kcal/h<2) CQ帶走的水蒸汽熱量： 熱交換前總的水蒸氣量：X/<1450+X) =0.12085/0.18X=2962.531/hN=m2.38t/h 沒有被冷凝的水蒸氣量：X/<1450+X) =0.00752/0.18X=63.223/Nh=m0.051t/h 沒有被冷凝的水蒸氣量放熱：Q=mAH=<6413613.5 X0.05伙 1000=1417.8Kcal