海油富岛合成氨装置技改总结

海油富岛合成氨装置技改总结

海洋石油富岛股份有限公司吴永由

摘要对海油石油富岛股份有限公司合成氨装置的技改项目的改造原因、过程、运行状况进行分析和总结。

关键词技术改造增产节能

海油富岛股份有限公司合成氨装置为日产1000吨液氨，是日本千代田株式会社设计并提供设备，中国成达化学工程公司总体设计，并与千代田株式会社合作建设该装置，采用英国AMV-ICI工艺。经过几年的运行，发现装置存在一些设计和设备缺陷，为了克服这些缺陷并对装置进行增产节能改造，从2001年立项、可行性研究、论证、实施、到2004年投用，历时3年多，现所有改造项目都并入系统运行，效果非常明显。

一、改造前的生产背景和现状

海油富岛公司一期合成氨装置自96年投产后，经过5年多的运行，取得了很大的成绩，同时发现装置存在一些设计和设备问题，特别是转化系统的设计存在明显的缺陷，原料气预热盘管超温，设计温度为580℃，实际操作温度为603℃～610℃，而一段炉出口温度却低于设计值776℃，实际操作温度在750℃～755℃之间。这样就形成了一段炉在操作上的矛盾，一方面盘管超温影响设备的使用寿命，另一方面一段炉出口温度低造成转化部分的能力下降。

另外，转化系统还存在高压蒸汽过热温度低和高变入口温度较高的现象，这里边除了有TC03023和HV03004调节的问题外，更重要

的是03E002的换热效率下降和换热面积偏小所造成的，改造前03E002后的过热蒸汽平均温度只有390℃，离设计值484℃有94℃的差距，这样影响了蒸汽的做功能力和透平的运行。

由于以上缺陷的存在就使转化系统成为了合成氨装置稳产高产运行的一大瓶颈。

02MT01/02K001机组是合成氨装置最为重要的大机组，它的稳定高效运行直接影响合成氨装置的正常生产。从1996年投产以来，该机组表现为功率不足，1996～1998年三年间共因02MT01跳车装置被迫停车达50多次。经过几年的摸索和工程技术人员的努力逐渐掌握了02MT01的特性，根据环境温度的变化，调整系统负荷，使02MT01能基本平稳运行，但系统负荷却降了下来，平均下来每天的产量为950T/D左右（以97～99年为基准），离设计值有5%的距离。

环境温度的影响是十分明显的，根据这几年的运行记录，每年4～10月份气温较高，系统负荷平均只能维持在93%左右，10月份到次年3月份，气温较低，系统负荷平均可达到98%左右，最高时可达到103%；每天的情况都是这样，每天上午到了9：00左右系统开始减负荷，18：00开始加负荷，就这样来回反复，给操作和管理都带来了很大的麻烦，公司的效益也受到了极大的影响，是合成氨装置的又一大瓶颈。

装置在合成回路的设计上也存在节能的改造潜力。

由于以上原因，合成氨装置的平均生产负荷只能维持在95%左右或稍高运行，严重影响装置的生产能力的发挥和消耗水平的上涨，也

制约了公司经济效益的进一步提高。为此，在充分论证的基础上提出和实现合成氨装置的增产节能改造项目。

二，技改项目的选择

1．在蒸汽转化前增建预转化

蒸汽加烃绝热预转化工艺是丹麦托普索公司为降低能耗，减轻蒸汽转化炉的负荷而开发的新工艺。

2．增加高压蒸汽过热器

鉴于装置中03E002高压蒸汽过热器能力不足，使过热蒸汽不能达到设计值，同时也不能保证在下游的高温变换气，在合理操作范围内，增加高压蒸汽过热器03AE003改善和提高高压蒸汽的过热温度，使其实现设计值，同时也改善了入高温变换炉的气体温度。

3．增设燃气机入口前空气冷却器

02MT01/02K001机组是合成氨装置最为重要的大机组。从96年投产以来，该机组表现为功率不足，特别是环境温度影响极大。为了提高机组的出力，实现氨增产的需要，必须将其环境温度，由经常性的35℃降低至约15℃，其02MT01/02K001的出力，即会满足增产的需要。同时增加了该机组的操作稳定性。

4．增建新鲜合成气分子筛干燥，及合成回路系统改造。

三，合成氨装置改造前后的工况对比

2004年大修期间对合成氨装置进行了改造，大修后开车过程中，逐渐将各项改造项目串入系统，通过一段时间的运行，效果很明显，

现就各项改造项目在实际运行中是否达到预期目标进行分析。1．预转化部分（03AR001）

预转化炉串入后，经过一段炉盘管预热后的混合气在预转化炉内进行绝热反应，气体中的大部分高碳烃，部分甲烷与蒸汽在较低的温度下发生蒸汽转化反应，气体中的高碳烃和部分甲烷转化为CO、CO2、H2等，反应式如下：

C2H6+2H2O=2CO+5H2－Q

C3H8+3H2O=3CO+7H2－Q

C4H10+4H2O=4CO+9H2－Q

C5H12+5H2O=5CO+11H2－Q

CO+3H2O=CO2+H2+Q

CH4+H2O=CO+H2－Q

一段炉混合原料气入口温度TI03020，由于设计问题，改造前一直在高于设计温度（580℃）20~30℃左右运行，长期运行对盘管寿命不利，下面是串入前后工况对比表（表1）

下面是预转化炉进、出口气体成分变化表（表2）

从表1和表2中可看出，预转化系统串入后，一段炉入口盘管温度TI03012温度下降了20~30℃，预转化炉后CH4浓度从82.07%下降到66.76%，转化率为18%。高碳烃转化比较完全，C2H6转化率为72%，C3H8为90%；C4H10为72%；这样在保证一段炉出口甲烷不超标的情况下，一段炉的负荷就减轻了，达到增产节能的效果。2．高压蒸汽过热器（03AE003）

由于蒸汽过热器03E002换热面积偏小以及换热效率下降且不易清洗，造成过热蒸汽温度较设计值（513℃）偏低50℃左右，既影响蒸汽的作功能力，高变温度也不易控制。本次改造在03E002后新增一台蒸汽过热器03AE003，弥补03E002的不足，提高过热蒸汽温度的同时，解决高变入口温度偏高的问题。

03AE003投用前后工况对比表（表3）

从表3可看出串入新换热器后，过热高压蒸汽的温度提了30℃左