任多勝
（河南晉開化工投資控股集團有限責任公司，河南 開封475000）
［摘 要］ 河南晉開化工投資控股集團有限責任公司2套600 kt/a合成氨裝置的工藝路線完全相同。2016年6月—2019年3月二期液氮洗系統原料氣通道壓差增大的異常工況反復出現，表現為原料氣冷卻器換熱效果變差、進入氮洗塔的原料氣溫度升高，嚴重時液氮洗系統出口氣中CO含量上漲，危及氨合成系統的安全運行，系統被迫減負荷，且即使對冷箱復熱也不能解決此問題；而一期液氮洗系統原料氣通道壓差異常波動工況則主要集中在2016年3—9月，之后運行非常穩定。通過大量的數據收集和對比分析，排除了原料氣中CH4含量高等原因，最終確定為原料氣中CH4含量低所致�？偨Y得出，當液氮洗原料氣中CH4含量低于0.08%時，原料氣通道壓差就會出現異常上漲，適當提高變換爐爐溫以提升變換氣中的CH4含量，將分子篩出口氣中的CH4含量提高至0.1%后，異常波動工況即可消失，系統恢復穩定運行。
［關鍵詞］合成氨裝置；液氮洗系統；原料氣通道壓差波動；原因分析；原料氣CH4含量；凍堵；復熱；調控措施
［中圖分類號］TQ113.26+4.3 ［文獻標志碼］B ［文章編號］1004-9932（2021）01-0027-04
1 液氮洗系統概述
河南晉開化工投資控股集團有限責任公司（簡稱晉開化工）2×600 kt/a合成氨裝置的工藝路線（2套合成氨裝置工藝路線完全相同，分別稱為一期、二期）為：氣化系統采用航天爐粉煤加壓氣化工藝（氣化壓力為4.0 MPa），粗煤氣變換采用寬溫耐硫變換工藝，脫硫脫碳采用低溫甲醇洗工藝，氨合成氣精制采用液氮洗工藝（2套液氮洗系統設計工藝參數相同），氨合成采用瑞士卡薩利工藝。一期合成氨裝置2012年11月投運，二期合成氨裝置2013年7月投運。
晉開化工液氮洗系統包括三部分：第一部分為前端凈化單元，由2臺分子篩吸附器及相關程控閥組成，用于脫除原料氣中微量的CO2、CH3OH和含硫組分；第二部分為冷箱單元，由包裹于冷箱內部的氮洗塔、板翅式換熱器、分離器及調節閥組成，用于脫除原料氣中的CO和CH4；第三部分為低溫排放單元，用于將系統需排放的低溫液體和氣體復熱后排入火炬系統。
液氮洗系統（設計壓力為3.80 MPa、操作壓力為2.83 MPa）工藝流程：從低溫甲醇洗系統來的-53 ℃原料氣，首先經過分子篩吸附器將其中微量的CO2、CH3OH等組分脫除，之后經過2臺并聯的多股流板翅式換熱器（原料氣冷卻器）降溫至-189.5 ℃，再進入氮洗塔與自上而下的洗滌氮逆流接觸將原料氣中的CO和CH4脫除；出氮洗塔的凈化氣進入原料氣冷卻器中，經復熱、粗配氮后部分進入氮氣冷卻器繼續復熱至常溫，另一部分返回低溫甲醇洗系統復熱后再回到液氮洗系統，精配氮后送氨合成系統；氮洗塔底部富含CO、CH4和H2的液體經過兩次減壓分離后分別回收富氫氣和燃料氣，再經原料氣冷卻器和氮氣冷卻器復熱后回收利用。
液氮洗系統的配氮和氮洗塔洗滌氮為空分裝置來的3.5 MPa中壓氮氣，其經過原料氣冷卻器冷卻至-140 ℃后，部分經過粗配氮閥控制后進行配氮，剩余部分繼續冷卻至-189.5 ℃后進入氮洗塔頂部作為洗滌氮。
2 液氮洗系統原料氣通道壓差異常增大問題
液氮洗系統自投運以來，出現過因低壓氮氣被含CO2的氣體污染使分子篩不能完全再生，導致冷箱內原料氣通道堵塞而壓差增大的異常工況，此種問題通過冷箱復熱即可解決。但2016年6月以后出現了特殊的異常工況，影響液氮洗系統的穩定運行，表現為原料氣通道壓差增大，原料氣冷卻器換熱效果變差，進入氮洗塔的原料氣溫度升高，嚴重時液氮洗系統出口氣中CO含量上漲，危及氨合成系統的安全運行，系統被迫減負荷；而且這種異常工況自2016年6月以來在二期液氮洗系統內反復出現，即使對冷箱復熱也不能解決問題。以下對有關情況作一梳理。
2016年3月，一期液氮洗系統原料氣通道壓差出現異常上漲，當時系統負荷約85%，但不影響液氮洗系統溫度的控制，系統可以穩定運行。2016年4月底，一期液氮洗系統原料氣通道壓差漲至134 kPa（正常運行時為20 kPa），系統溫度出現上漲，系統減負荷至75%運行，因為當時原料氣中沒有檢測到CO2等可能結冰（干冰等）物質含量超標，雖然原料氣通道壓差較正常值高出約6倍，但對系統換熱效果影響不是太大，分析認為可能是固體雜質如鐵銹或分子篩碎屑等進入了換熱器的原料氣通道，引起堵塞而致壓差持續上漲。2016年4月底利用系統短停機會對原料氣通道進行反吹，系統重啟后原料氣通道壓差恢復正常。
2016年6—9月，一、二期液氮洗系統原料氣通道壓差不定期出現異常波動，壓差最高時達55 kPa。因為之前一期液氮洗系統原料氣通道壓差上漲時通過反吹就使問題得到了解決，所以當時仍然懷疑是有固體雜質進入了換熱器通道引起壓差升高，壓差降低則可能是雜質被吹出了通道。2016年10月以后，一期液氮洗系統原料氣通道壓差在很長時間內幾乎不再波動，運行非常穩定；而二期液氮洗系統仍會不定期地出現波動，一直持續到2019年3月。
2016年1月—2019年9月一、二期液氮洗系統負荷及（原料氣通道）壓差波動月度統計見表1（當月無壓差波動且生產負荷無代表性的數據未列出）。
由表1可以看出，總體而言原料氣通道壓差波動的表現不盡相同，沒有規律可循：有時原料氣通道壓差慢慢上漲隨即又會自動恢復正常，不用干預，對生產幾乎沒有任何影響；有時原料氣通道壓差上漲、系統溫度也上漲，系統稍減負荷后原料氣通道壓差可以很快恢復正常；有時原料氣通道壓差上漲幅度很�。ㄈ�2019年1月），但系統溫度上漲非�？�，上漲趨勢控制不住，需大幅減負荷以防CO微量超標，在低負荷維持一段時間后原料氣通道壓差又能緩慢恢復正常；有時原料氣通道壓差會漲至正常壓差的5倍以上（如2016年10月），但系統溫度沒有受到太大影響，系統仍然可以高負荷運行。
3 原因分析
隨著越來越多異�，F象和相關數據的積累，其實從2016年10月開始不再懷疑是因固體雜質進入換熱器通道而導致了原料氣通道壓差的異常波動，開始從方方面面探究問題的原因。
3.1 工藝設計單位和其他廠家給出的原因
更多內容詳見《中氮肥》2021年第1期