杨亮亮，闫璐璐，樊成林，申霑
（河南晋煤天庆煤化工有限责任公司，河南 沁阳454500）
［摘 要］ 河南晋煤天庆煤化工有限责任公司300 kt/a合成氨、520 kt/a 尿素、副产5×108 m3/a 工业燃气（LNG）项目配套的液氮洗装置，在其实际运行过程中，出现过原料气中甲烷不能得到有效分离、分子筛吸附器程控阀卡涩、再生氮气冷却器泄漏、系统副产0.6 MPa蒸汽富裕放空等问题，采取增设1台打气量大的压缩机、保证分子筛再生彻底、再生气冷却器换热管更新、新增1台汽轮机驱动的往复式压缩机等优化改进措施后，保障了系统的稳定、优质运行，实现了系统的增产降耗。
［关键词］ 液氮洗装置；工艺流程；甲烷分离；程控阀卡涩；再生氮气冷却器泄漏；0.6 MPa副产蒸汽富裕；优化改进
［中图分类号］ TQ113.26+4.3［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）04-0028-02
0 引 言
河南晋煤天庆煤化工有限责任公司（简称晋煤天庆）300 kt/a合成氨、520 kt/a 尿素、副产5×108 m3/a 工业燃气（LNG）项目，气化装置采用鲁奇碎煤加压气化工艺（鲁奇炉操作压力4.0 MPa，气化炉五开一备），净化装置采用低温甲醇洗+液氮洗工艺。项目于2015年3月25日打通全系统流程，产出合格产品。但在其后的运行过程中，出现了一些问题，通过优化改进，液氮洗装置实现了稳定、优质运行。
1 液氮洗装置工艺流程简介
晋煤天庆液氮洗装置采用杭州中泰深冷技术股份有限公司的工艺设计包，用于合成氨系统中，与低温甲醇洗工段协同起到净化气体的作用。低温甲醇洗装置来的原料气经分子筛脱除夹带的甲醇和残余的CO2等杂质后，进入 2组换热器（E05、E06）换热降温，然后进入原料气分离器（S01）进行气液分离，通过自调阀（LV005）控制原料气分离器的液位，排出的液态甲烷经闪蒸复热后变为气态甲烷送往压缩机入口；分离甲烷后的工艺气则送往氮洗塔（氮洗塔分为上、下2段），经过下塔分离器后进入上塔，通过洗涤氮洗涤脱除工艺气中的CO，之后配入适当比例的氮气，合格后的净化气（氨合成气）送往氨合成系统。
分子筛吸附器有2台（简称分子筛A/B），一台运行，一台再生，切换周期为24 h，由程序控制器实现自动切换，分子筛再生系统用加热后的低压氮气再生。管网来的低压氮气经中压蒸汽加热器加热至195 ℃后，通过程控阀（KV005、KV006）进入分子筛上部，再经程控阀（KV007、KV008）送往再生气冷却器，出再生气冷却器的气体送往低温甲醇洗装置用作气提气。
2 液氮洗装置出现的问题及优化改进
2.1 原料气中甲烷不能得到有效分离
2015年4月7日，全系统进行负荷摸高试验，液氮洗装置入口原料气中甲烷含量高达14.12%（设计值8.11%），实际负荷达设计值的142%（以原料气量计），原料气分离器长时间处于满液（位）状态，LV005全开仍无法有效降低原料气分离器的液位，液态甲烷随原料气带出，导致出原料气分离器的气相管道内甲烷在低温状态下冻堵管路，系统前后压差增大，严重影响换热器（E06）的换热效果，使得进氮洗塔的工艺气温度不能得到有效控制，冷量损失增大，需额外补充液氮方可勉强维持系统运行；同时，工艺气中未分离的甲烷进入氮洗塔上部，造成氮洗塔压差升高、液泛可能性增大，且对于氨合成系统来说，甲烷为无效成分，会影响氨合成系统的产量，降低生产效率。
经分析，甲烷气无法排出系统的瓶颈在于原料气分离器排液自调阀（LV005）入口管径过小，原料气中的甲烷在LV005全开状态下仍无法全部排出，需进行改进；另外，由于经LV005排出系统复热后的气态甲烷量大，需配套增设1台打气量大的压缩机。
系统停车检修时，将原料气分离器（S01）的排液阀更换为大通径的阀门后，原料气分离器液位降至正常范围，甲烷气产量提高，从而有效避免了原料气分离器出口管线的冻堵，降低了系统压差，提高了换热器（E06）的换热效率，使进氮洗塔的工艺气温度得到有效降低，无需额外补充液氮，氮洗塔压差下降，氮洗塔出口净化气产量增加，氨合成系统稳定生产得到保证。改进前后原料气成分及有关工艺气产量对比见表1。
2.2 分子筛再生不彻底
2017年10月分子筛吸附器运行期间，低压氮气进入分子筛上部的程控阀（KV005、KV006）出现卡涩现象，分子筛进出口温度相差较大。经现场检查确认，KV005、KV006为程控轨道球阀，此种程控阀利用阀门两侧工艺介质的压差及自身仪表空气共同作用产生的合力进行密封，分为低压侧和高压侧。在安装过程中，KV005、KV006位置均安装错误，导致其在运行过程中系统压力为3.0 MPa，大于仪表空气压力（0.4 MPa），阀门作用力小于系统压力，阀门密封不严而泄漏，-50 ℃的原料气通过KV005、KV006泄漏到加热后的再生氮气中，导致进分子筛的再生气温度降低，影响分子筛的再生。
针对这一问题，当时采取了在分子筛氮气加热顺延再生4 h、再生结束时分析分子筛出口气体成分的措施确保分子筛再生彻底，保证系统的安全、稳定运行。后利用系统停车检修的机会，于2018年4月对KV005、KV006安装位置进行调整，其后分子筛再生温度恢复正常，分子筛再生不彻底的问题得以解决。
更多内容详见《中氮肥》2019年第4期