氨合成塔内件改造总结

氨合成塔内件改造总结
魏爱芳; 庞战军
【期刊名称】《《氮肥与合成气》》
【年(卷),期】2019(047)010
【总页数】3页(P6-8)
【关键词】氨合成塔; 改造
【作者】魏爱芳; 庞战军
【作者单位】[1]陕西兴化集团有限公司陕西兴平713100
【正文语种】中文
【中图分类】TQ113.25
陕西兴化集团有限责任公司(简称陕西兴化)以天然气为原料生产合成氨系统，年产量为250 000 t，氨合成有2套装置，新鲜补充气联通操作。

DN1000氨合成塔内件原为GC-R211型，在运行12 a后,因下部换热器内漏及内件筐盖反复出现泄漏,长期的高温操作使设备氢脆腐蚀严重,无法修复。

陕西兴化经过技术调研，决定采用南京聚拓科技有限公司的DC-B2 型内件进行优化改造，2018年2月改造后运行效果良好。

DN1500氨合成塔内件原为GC-R112Y型，在运行5 a后，系统阻力大、运行压力高、生产消耗高，借助DN1000氨合成塔内件改造的成功经验，为改变生产现状，陕西兴化决定对DN1500氨合成塔也采用南京聚拓科技有限公司的DC-B2
型内件进行优化改造，改造于2019年3月完成。

1 DC-B2型氨合成塔气体流程
DC-B2型氨合成塔为三床三段(一轴二径)反应器,气体流程简图见图1。

来自“三合一”组合设备的原料气(约40 ℃)自合成塔上部进入合成塔环隙，然后自下部出口(简称一出)出塔后进入气-气热交换器壳程与出锅炉的气体(200～
210 ℃)换热后分为4股通过不同的提温换热方式进入合成塔催化剂的0 m床层和一段轴向段出口的轴径向转换器。

第一股为主线气体(简称二进)，从塔底引入合成塔内件的底部换热器的壳程，与合成塔出口反应气(塔底换热器管程)进行换热后通过中心管(中心管内置有开工电炉)进入合成塔0 m床层，在轴向段催化剂层进行反应。

第二股气体自合成塔上部由1根下降管进入第一、第二段间的轴径向转换器，与第一段反应后出来的气混合后，由外向内进入第一径向催化剂层进行反应。

第三股气体自合成塔上部由1根下降管进入第二、第三段间的层间换热器壳程，与第
二段反应后出来的气(层间换热器管程)进行换热，进入中心管，与第一路气混合进入第一段的催化剂0 m床层;第二段反应后出来的气由外向内经第二径向催化剂层反应，反应后的气体进入底部换热器管内，经换热后的气体温度降到330 ℃左右，被引出合成塔进入废热锅炉。

第四股气体作为副线，直接进入合成塔0 m，对催
化剂灵敏温度进行调节[1]。

图1 DC-B2型氨合成塔气体流程简图
2 DC-B2型氨合成塔的优点
DC-B2型氨合成塔借鉴了国内外合成塔的优点，以少用或不用冷激降温方式、以
段间换热方式、尽量使气体均匀通过催化剂床层，实现高的氨净值，同时操作稳定[2-4]。

DC-B2型氨合成塔具有以下特点：
(1)氨合成塔为二床(三段)式。

在第一床中设置了1个小的轴向段催化剂层，在轴
径向转换器中，加入冷激高温气来调节，使催化剂温度调节更加便捷。

与全径向塔相比，轴向段催化剂层的存在可以在上层不用预还原型催化剂，还原也能够顺利进行。

陕西兴化合成系统开车采用传统的电炉提温，电炉功率有限，在升温还原过程中，轴向段催化剂层的存在相当于一个上部换热器，能给径向部分提供热量，缩短还原时间。

在遇到短期停车时，轴向段催化剂层的存在能够避免全径向型塔因接触气体的面积大使升温时间长的缺点，节约了开车时间，使原始开工和短期停车后开车更加便利。

(2)合成塔运行阻力小。

DC-B2型氨合成塔优化了径向筐结构和径向分气效率，径向筐在合成塔中的长度占比较大，径向流加大了合成气通过催化剂层的截面积，减小气流在催化剂层的线速度，同时充分调动了各部分催化剂的活性，使各床层催化剂最大限度地参与合成反应，有效提高了合成效率，从而降低合成塔运行阻力。

此外，塔内催化剂床层间换热采用高效换热器，与传统的圆环板式折流板型换热器相比，合成塔运行阻力下降。

(3)催化剂装填以粒度1.5～2.5 mm(当量直径)的小颗粒催化剂为主。

合成塔内装填小颗粒催化剂的反应速度比大颗粒催化剂的反应速度快，反应活性表现得更好，可提高合成氨产量，但小颗粒催化剂的运行阻力降较大，在运行过程中易随气流产生外泄现象。

DC-B2型氨合成塔采用特殊的材质筛网板和丝网使装填的小颗粒催化剂既密实装填又不向外迁移。

(4)径向床增加多向侧流分气技术。

DC-B2型氨合成塔采用先进的径向分布技术，利用侧向喷气型孔板进行分气，再用310S的抗氢蚀筛网板配以Cr20Ni80的20目丝网组合扰流，优化后使分气效率更加提高。

(5)采用独特的封气技术。

为提高催化剂的利用率，在每层催化剂床的上部盖板设置特殊的进气装置，使气体流向以一层“轴径向”的趋势流动，提高了分气效率，有效利用了上部封气层催化剂。

(6)采用层间换热绝热型结构，全分流可调方式。

层间换热降温，有效地控制催化
剂床层温度向理想曲线靠拢，提高催化剂利用率，同时方便调节各段入口温度和合成塔出口温度达理想值。

采用分流气的流向配置，将第二段入口气、第三段分流气、0 m冷激气的进入气体均设置热气混合后再入塔内的方式。

调节控温更加方便、
稳定。

(7)采用分体式内件结构的设计方式，内件分为三大部件，即F1(底部换热器合成
塔内件壳体)、F2(第2 催化剂床)、F3(第1催化剂床，分布器组件及中部换热器)。

F3触媒筐的第1床催化剂可以根据需要进行独立更换。

3 DC-B2 型氨合成塔内件安装
因现场框架限制，DC-B2 型氨合成塔F1被分为两段在现场进行组装，催化剂在内件安装过程中交替进行。

具体程序是：(1)核对各部件尺寸，做好标注，对底部换热器打压试漏；(2)将F1
尾部一出、二进密封填料，对F1上下段进行组装；(3)在底部换热器与F1大密封
处加装密封填料，吊入F2于F1中，调整居中；(4)用漏斗接塑料管将催化剂引入
F2催化剂筐至盖板下边缘，整平后盖好盖板；(5)安装F3下端过渡环及其填料，
将F3吊入F1中，加装F3上端与F1密封钢环及填料；(6)用漏斗接塑料管将催化剂引入F3催化剂筐花板架边缘，整平后盖好盖板及压环；(7)催化剂盖板上面加装填料，处理热偶中套管，内件小盖落位并焊死；(8)组装冷气填料并对小盖平面的
密封进行试压，确认无泄漏；(9)合成塔大盖落位，加装大盖上3处填料并确认无
泄漏后紧固螺栓；(10)安装热偶内套管和电炉。

在内件安装过程中，要通过反复确认，保证每一个步骤不出问题，尤其是17处填料密封处要更加细致。

4 改造前后运行情况
改造前，合成装置系统压力高，吹出气排放量大，压缩机功耗高、消耗高，通过对
氨合成塔内件的成功改造，在新鲜补充总气量不变的情况下，合成氨日产量增加约50 t，氨合成系统压力下降5～6 MPa，压缩机功耗下降，吨氨耗电降低约43.7 kW·h，吹出气排放量减小，吨氨耗氢下降13 m3，同时工艺运行稳定，操作简单可靠。

改造前后合成塔运行情况见表1。

表1 改造前后运行数据统计序号项目改造前改造后1#合成2#合成1#合成2#合成12氨合成塔型号内件型号GC-R211DN1000GC-R112YDN1500DC-
B2DN1000DC-B2DN15003催化剂型号A310QA301A301TA201-24催化剂装填量/m36.6715.306.7014.705催化剂装填质量/kg20.4345.4520.3040.406新鲜气体积流量/(m3·h-1)33×10356×10335×10354×1037入塔CH4体积分数/%3.37.49.411.18合成氨质量流量/(t·h-1) 10.020.512.121.09系统压力/MPa 30.331.124.525.710氨合成塔内件阻力/MPa 0.860.800.540.4911系统阻力
/MPa 2.74.21.62.712吨氨动力消耗/(kW·h)599.4555.713吨氨氢气消耗体积流量/(m3·h-1)2 1322 119
5 效益分析
氨合成塔内件采用DC-B2高效节能型氨合成塔内件进行改造，节能效果明显，为陕西兴化合成氨系统注入了新的活力，使生产呈现高产低耗的良好局面。

改造后合成氨日产量增加62.4 t，按照年生产300 d、吨氨利润200元计算，则年增加效益374.4万元。

通过运行统计，改造后吨氨动力消耗下降43.7 kW·h，按照电价0.51元/(kW·h)计算，年增加效益557.1万元。

综上，年增加直接经济效益931.5万元。

6 结语
此次改造以不改变管线为原则，利用现有外部工艺管线,按照现场实际进行设计，只对氨合成塔内件进行了替换。

改造后达到了高产低耗的预期效果。

随着合成系统
压力及系统阻力的降低，氢氮混合气压缩机、循环气压缩机功耗下降，做功减少，各部件如托瓦、涨圈等磨损降低，活塞更换频率也将降低，压缩机运行周期将大幅增加。

压缩机运行周期增加可降低检修频次及检修费用，使氨系统高负荷稳定运行更有保障。

参考文献
【相关文献】
[1] 魏爱芳. 氨合成塔热点温度下移的原因分析及处理 [J].大氮肥，2017,40(5)：335-338,350.
[2] 张成胜.南京聚拓DC型大型氨合成塔运行综述(上)[J]. 化工催化剂及甲醇技术，2013(5)：10-15.
[3] 张仪，周宇轩.DC-D型DN2400氨合成塔的运行总结[C]// 第二十三届全国煤化工、化肥、甲醇行业发展技术年会论文集.郑州：中国化工学会，2015.
[4] 景永峰，杨兵.合成塔内件改造简介[J].中国化工贸易，2013(11)：128-129.。