变换冷凝液汽提系统优化改造总结

李家栋，曹 珍，白成海，李加松

（兖矿新疆煤化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引 言

兖矿新疆煤化工有限公司（简称兖新煤化）600 kt／a醇氨联产项目以煤为原料，采用华东理工大学+兖矿集团自主开发的多喷嘴水煤浆加压气化工艺制备合格的水煤气［水煤气压力6.20 MPa、温度240℃、水气（干基）比约1.40、CO含量约45.33%（干基）］，水煤气经除尘增湿后送至变换（有氨变换和甲醇变换两条工艺线）、低温甲醇洗及液氮洗等工序进行净化处理，净化气进入合成工段合成醇氨。生产过程中，水煤气在变换界区经变换反应和废锅回收热量后，会在气液分离罐中产生氨氮含量较高的变换冷凝液（温度40℃），在氨变换和甲醇变换的2台洗氨塔中（T2001／T2002）洗氨，洗氨塔塔底出来的冷凝液经汽提塔塔顶换热器（E2017）预热后进入“一体式”冷凝液汽提塔（T2003）上部，经自塔底部进入的0.4 MPa饱和蒸汽汽提后，塔顶汽提气进入塔顶换热器冷却，冷却后得到的含氨不凝气送至硫回收系统处理，T2003底部的冷凝液经冷凝液泵（P2）加压至1.2 MPa后送气化磨煤单元作为补水。

兖新煤化600 kt／a醇氨联产项目自2012年9月建成投运以来，其变换冷凝液汽提系统存在一些问题，尤其是汽提塔塔顶换热器易出现腐蚀泄漏的问题，即使后来进行了材质升级，塔顶换热器的使用寿命也只有0.5～1 a，最终因频繁泄漏而无法继续使用；后通过对变换冷凝液汽提系统进行优化改造，T2003塔顶换热器使用寿命得到延长，系统存在的问题得以消除，保障了装置的安全、稳定运行。以下对有关情况作一介绍。

1 变换冷凝液汽提系统运行问题

自2012年投运以来，变换冷凝液汽提系统运行过程中存在汽提塔塔顶换热器腐蚀穿孔、汽提塔系统管线铵盐结晶、汽提塔塔底腐蚀物堆积堵塞影响釜液排放、少部分含氨不凝气不得不现场放空等问题，造成变换冷凝液汽提系统不能正常运行，给安全生产和环保工作造成较大压力。其中，塔顶换热器腐蚀泄漏问题尤为突出，塔顶换热器一般运行6个月左右就会出现泄漏，最长运行周期不超过12个月，通常2～3个月就要清理1次回流泵入口腐蚀脱落物，汽提塔系统管线和阀门1个月左右就要进行1次带压堵漏，频繁检修造成变换冷凝液汽提系统在线运行率低、不凝气现场放空、冷凝液汽提效果不好，继而导致气化外排废水氨氮超标，并对硫回收系统焚烧炉运行造成不利影响，现场生产环境差且安全环保工作很被动；2012—2018年，因汽提塔塔顶换热器腐蚀泄漏而无法运行，期间更换过3台塔顶换热器，换热器材质也一步步由304不锈钢升级到316L不锈钢再升级到双相不锈钢，但塔顶换热器使用寿命始终只有0.5～1 a。

2 塔顶换热器腐蚀泄漏的原因分析

（1）变换冷凝液中含有酸性物质。塔顶换热器主要流通介质为变换冷凝液和汽提气，变换冷凝液全部由水煤气冷凝而来，煤中某些微量物质的存在使得冷凝液中夹带着NH3、Cl-、H2S等腐蚀性成分，其中，NH3可能与Cl-反应生成NH4Cl附着在设备表面形成垢下电化学腐蚀。观察拆卸下来的汽提塔塔顶换热器，其腐蚀点表观为深浅不一的凹陷，较深的腐蚀坑存在穿孔现象。分析认为这与汽提塔塔顶冷凝液和汽提气中的酸性物质含量有关，变换冷凝液汽提系统运行负荷越高、酸性物质含量越高，汽提塔塔顶换热器腐蚀越严重。

（2）Cl-对不锈钢的点蚀。Cl-有很强的可被金属吸附的能力，会优先被金属吸附，溶解掉金属表面的钝化膜而在金属表面形成氯化物，氯化物与金属表面的吸附极不稳定而形成可溶性物质，加剧腐蚀的发生，特别是奥氏体不锈钢，Cl-对其的腐蚀破坏尤为严重，因为Cl-能在奥氏体晶间与不锈钢中的铬生成铬化物，在奥氏体晶间造成贫铬区，使不锈钢在奥氏体晶间率先发生点蚀，继续发展而对设备产生腐蚀破坏，这就是晶间腐蚀，因此有Cl-的场合不能使用奥氏体不锈钢材料。

（3）工艺调控失衡。系统开停车初期，若蒸汽管网压力及变换冷凝液量不匹配、调节跟踪不及时，汽提塔内液膜被破坏，会造成汽提塔内局部过热，当汽提塔顶部长时间超温或超温严重时，塔顶换热器腐蚀就会加剧；此外，当汽提塔塔顶换热器出现漏点时，汽提气切至现场放空，会导致整个汽提系统工艺调控失衡，塔顶换热器腐蚀也会加剧。

（4）冲刷腐蚀。由于生产系统的扩能改造，600 kt／a醇氨联产装置产生的变换冷凝液量增多，变换冷凝液汽提系统物料流速加快、酸性物质增多，加大了对塔顶换热器的冲刷腐蚀。

3 变换冷凝液汽提系统改造的必要性

（1）塔顶换热器腐蚀问题。2012—2018年期间，虽然更换过3台塔顶换热器，塔顶换热器材质也在不断升级，但塔顶换热器在线使用寿命最长也仅约1 a，而塔顶换热器一旦腐蚀泄漏，会造成不凝气夹带大量的液态水进入硫回收焚烧炉而浇灭火焰，导致硫回收系统联锁停车，给系统的安全、稳定、环保运行带来极大压力。

（2）气化外排废水氨氮含量超标问题。原始设计汽提塔入塔冷凝液氨氮含量2 100 mg／L，出塔冷凝液氨氮含量控制在150 mg／L，但实际生产中入塔冷凝液氨氮含量一般在3 500～4 500 mg／L，汽提塔的负荷明显增大，经汽提后出塔液氨氮含量仍高达800～1 000 mg／L，出塔液返回气化磨煤单元作为制浆补水而造成气化外排废水氨氮含量超标。

（3）环保指标控制问题。为保证汽提塔出液氨氮指标合格，在不对塔体进行改造的情况下，生产中只能增大汽提塔的蒸汽用量，但这样的操作会带来塔顶不凝气温度高、汽提气带水等问题，硫回收系统无法全部接收汽提塔塔顶含氨不凝气，始终有一部分含氨不凝气不得不在现场放空，影响现场及周边环境。

为解决上述问题，兖新煤化经调查、论证后认为，必须对变换冷凝液汽提系统进行改造。

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4 优化改造方案与系统流程及运行注意事项

4.1 变换冷凝液汽提系统优化改造方案

（1）在原汽提塔塔顶换热器的N1、N2冷流体进出口加盲板，停止使用汽提塔塔顶换热器，不再使用自回流的方式；同时，在汽提塔顶部气相出口新增1台卧式换热器（E1），入塔冷凝液与塔顶高温汽提气在新增的卧式换热器中进行热交换，冷凝后的含氨凝液收集至新增的分离罐（V1）中，以有效防止原汽提塔塔顶换热器腐蚀泄漏造成的汽提气带水。

（2）为消除汽提塔系统管线铵盐结晶，在新增卧式换热器（E1）与汽提塔之间设置旁路，用于调节出E1的工艺介质的温度，即通过控制入E1的冷凝液量将汽提塔塔顶气相温度由原75℃提高至约90℃，以避免汽提塔系统管线的铵盐结晶。

（3）对于汽提塔塔底腐蚀物堆积堵塞影响釜液排放的问题，兖新煤化利用系统大修机会将原始设计的塔底液排口从汽提塔底部向上提高50 mm，留出足够的空间用于截留沉积物，以免塔底腐蚀沉积物堆积影响釜液排放和腐蚀沉积物进入冷凝液管线。

（4）原始设计中，塔顶汽提气只有一路去硫回收系统焚烧处理，为解决硫回收系统出现故障时汽提气只能在现场放空的问题，塔顶汽提气增设一路去热电锅炉焚烧的管线。

4.2 改造后变换冷凝液汽提系统流程

改造后变换冷凝液汽提系统工艺流程简图见图1。

图1 改造后汽提系统工艺流程简图

变换冷凝液进入新增卧式换热器（E1），经初步加热后进入冷凝液汽提塔上部的填料层与低压蒸汽逆向接触，液相流入塔底，出塔后经冷凝液泵（P1）加压送至气化闪蒸系统；汽提塔内汽提气从塔顶出来后进入E1降温冷却，经E1换热冷凝后的高氨氮冷凝液自流进入新增的分离罐（V1）中，经泵（P2）加压后，大部分作为汽提塔回流液，少部分送至气化磨煤单元作为制浆补水；V1顶部设置压力调节阀（PV2014），不凝气经PV2014送至硫回收焚烧炉和热电锅炉，事故状态下不凝气可通过现场放空管线进行高点放空。为控制汽提塔塔顶气相的温度，防止气相温度太低而致汽提系统管线铵盐结晶，通过温度控制调节阀（TV2041）调控进入E1的变换冷凝液量。

4.3 改造后系统运行注意事项

（1）变换冷凝液汽提系统运行过程中，注意监控新增分离罐（V1）的液位，防止其液位过高，以免造成汽提气带水，进而导致硫回收焚烧炉和热电锅炉炉膛进水。

（2）变换冷凝液汽提系统运行过程中，注意控制新增卧式换热器（E1）出口气温度在90～93℃。E1出口气温度过低不仅会造成汽提塔系统管线铵盐结晶，而且会导致送至气化磨煤单元和闪蒸系统的冷凝液氨氮含量偏高；而E1出口气温度过高，会致汽提气中饱和水蒸气较多，影响硫回收焚烧炉和热电锅炉的运行。

5 结束语

兖新煤化600 kt／a醇氨联产项目变换冷凝液汽提系统2020年4月完成改造后，截至2021年9月，变换冷凝液汽提系统运行稳定，未发现卧式换热器（E1）有腐蚀迹象，变换冷凝液汽提系统换热设备运行周期有效延长，杜绝了技改前塔顶换热器的频繁腐蚀泄漏及检修更换，有效降低了生产运行成本；汽提塔塔底液出口管线改造后，冷凝液泵（P1）运行稳定，因塔底过滤器堵塞而致的出口流量、压力波动现象大幅减少，有效削减了维修成本；系统产生的高氨氮废水全部得以回收利用，减少了一次水的使用，有效降低了污水处理系统的运行压力，因后系统检修等造成的就地放空情况也得到彻底消除，汽提气全部得到回收，杜绝了有毒有害气体的排放，现场作业环境的改善保障了员工的身心健康。总之，变换冷凝液汽提系统改造后，系统存在的部分不足与缺陷得以消除，设备的使用寿命有效延长，保障了系统的安全、环保、稳定、长周期运行，具有明显的环境效益和一定的经济效益；但目前我们对变换冷凝液汽提系统的腐蚀原理还没有彻底了解和掌握，后期会与设计院、科研院校加强沟通交流，彻底摸清腐蚀原因，不断优化变换冷凝液汽提系统的运行，助力整个600 kt／a醇氨联产项目的优质、高效运行。