合成氨装置变换气换热器腐蚀泄漏及防控措施

田向杰

河南心连心化学工业集团股份有限公司   河南省新乡市 453000

摘要：近年来，社会进步迅速，从变换气预热系统工艺流程分析，结合腐蚀介质、操作温度、操作压力、选材等方面分析，认为腐蚀泄漏发生的原因为氯化铵腐蚀。通过露点、结盐温度等工艺参数的计算以及对腐蚀产物进行离子色谱分析，验证腐蚀泄漏发生的部位与换热器实际腐蚀部位一致。结合腐蚀发生的影响因素，从工艺防腐、选材优化及结构设计等角度提出了氯化铵腐蚀的防控措施。

关键词：合成氨装置变换气换热器；腐蚀泄漏；防控措施

引言

合成氨中采用全低变换工艺，其在具体应用过程中关键优点就是阻力小、能耗低、产能大，也正是因为该项工艺在应用期间具有这些优点，因此，得到了广泛应用。为了使全低变换工艺能够得到合理应用，确保生产作业顺利开展，要针对实际情况，做好优化研究。

1腐蚀原因分析

粗煤气预热流程中，由于温度在１６０～２２０℃范围内变化，最易发生氯化铵腐蚀，来自气化装置的粗煤气在管道流动过程中，其中的水分为饱和状态，对管道腐蚀较轻，保温不好或导凝的部位会由于温度降低而导致氯化铵的析出，正常情况下物流中饱和水溶解有氯化铵，到变换气换热器管程入口时，由于壳程的介质温度较高，对粗煤气进行了加热，粗煤气中携带的氯化铵饱和水发生气化，导致氯化铵浓度升高，在内壁表面发生结盐，并携带粗煤气中其他腐蚀介质沉积，氯化铵易吸潮，发生潮解时会对金属内壁造成腐蚀，所以变换气换热器管程入口端易发生结垢和腐蚀，在粗煤气通过变换气换热器继续升温至２４０℃的过程中，氯化铵从结晶态转变为气态，不会对管束造成腐蚀，所以管程后半段的腐蚀较轻。粗煤气的露点温度为１５８．２５℃，即物料的温度低于１５８．２５℃时，物料中将析出液态水。而粗煤气的结盐温度与腐蚀介质的含量有关，通过计算，氯离子质量浓度为１００ｍｇ／Ｌ时，结盐温度为１６０．５℃。也就是说，当物料的温度低于１６０．５℃时，物流中会发生氯化铵结晶，随着氯离子含量升高，结盐温度随之升高，因此，粗煤气中氯离子含量的控制尤为重要。此外，提高物流的操作温度也是避免氯化铵腐蚀的重要途径。

2全低变换工艺概述

水煤浆制气工艺采用先进的水煤浆气化、耐硫变换、低温甲醇洗、制酸。多喷嘴对置式水煤浆气化分为煤浆制备、气化、渣水处理三个工序，煤浆制备送来的煤浆与高压氧气经烧嘴喷入气化炉，在1350℃下反应，产生的粗煤气经水洗塔洗涤后送净化系统。气化来的粗煤气依次经宽温耐硫变换、低温甲醇洗、液氮洗精制的1：3氮氢气送往合成氨装置，经催化剂的催化作用，化学反应生成氨，经冷凝分离后得到产品液氨供尿素使用，甲醇洗产生纯度为98.5%的二氧化碳气供尿素使用。硫回收采用上海科洋工艺包处理酸性气副产97.5%浓硫酸。

3优化全低变换工艺的合理措施

实际生产作业开展过程中采用的B302Q型催化剂。29.5kt/a生产能力相当于设备生产能力为4.15t/h，也就相当于半煤气用量为14667.8Nm3/h。本次设计采用的半水煤气主要成分为CO2、CO、H2、CH4、O2、N2多种气体，气体的体积分数分别为7.2%、30.6%、37.6%、1.3%、0.2%、22.7%；体积分别为441.2Nm3、4581.8Nm3、5612.5Nm3、219.3Nm3、41.2Nm3、3315.3Nm3；物料质量分别为的45.6kmol、201.8kmol、246.9kmol、10.1kmol、1.9kmol、147.9kmol。物料衡算一共分为以下几个部分：(1)进入第一变换炉湿水煤气的气体组分有CO2、CO、H2、CH4、O2、H2O、N2多种气体，气体的体积分数分别为5.58%、24.6%、30.12%、1.12%、0.23%、20.52%、18.01%；体积分别为1027.6Nm3、456262.18Nm3、5612.5Nm3、219.8Nm3、43.8Nm3、3913.4Nm3、3309.5Nm3；物料质量分别为的45.6kmol、201.8kmol、246.9kmol、10.1kmol、1.9kmol、175.3kmol、147.9kmol。(2)出第一变化炉催化剂变换气的气体组分有H2、CO、CO2、CH4、N2多种气体，气体的体积分数分别为48.3%、10.48%、21.81%、1.29%、20.02%；体积分别为8261.2Nm3、1812.3Nm3、3741.5Nm3、219.8Nm3、3321.8Nm3；物料质量分别为的371.2kmol、79.5kmol、167.2kmol、10.1kmol、147.9kmol。(3)进入第二变换炉第一阶段变换气的气体组分为H2、CO、CO2、CH4、N2、H2O多种气体，气体的体积分数分别为37.98%、8.44%、17.51%、1.03%、15.47%、25.12%；体积分别为8255.3Nm3、1807.2Nm3、3781.5Nm3、220.0Nm3、3315.9Nm3、5281.2Nm3；物料质量分别为的367.2kmol、79.5kmol、167.2kmol、10.1kmol、147.9kmol、235.1kmol。(4)进入第二变换炉底一段催化剂变化气的气体组分为H2、CO、CO2、CH4、N2、H2O多种气体，气体的体积分数分别为44.42%、2.52%、23.29%、1.01%、15.47%、18.62%；体积分别为9520.1Nm3、543.3Nm3、5010.8Nm3、220.0Nm3、3315.9Nm3、3991.2Nm3；物料质量分别为的453.2kmol、23.9kmol、224.1kmol、10.1kmol、147.9kmol、178.2kmol。(5)进入第二变换炉内第二阶段催化剂化气的气体组分为H2、CO、CO2、CH4、N2、H2O多种气体，气体的体积分数分别为35.19%、2.02%、18.49%、0.83%、12.31%、32.01%；体积分别为9520.1Nm3、543.3Nm3、5010.8Nm3、220.0Nm3、3315.9Nm3、8432.5Nm3；物料质量分别为的453.2kmol、23.9kmol、224.1kmol、10.1kmol、147.9kmol、377.3kmol。(6)出第二变换炉第二段催化剂层干变换气的气体组分为H2、CO、CO2、CH4、N2、多种气体，气体的体积分数分别为51.98%、0.25%、29.01%、1.14%、17.43%；体积分别为9932.2Nm3、45.3Nm3、54.96.1Nm3、220.0Nm3、3315.9Nm3；物料质量分别为的448.2kmol、1.98kmol、246.2kmol、10.1kmol、147.9kmol。

4合成氨工艺装置中安全仪表系统的应用趋势

4.1 安全仪表系统的智能化

在当前信息时代下，化工领域和智能技术的联系日益紧密，很多智能设备应用于该领域中，而化工安全仪表系统也自然朝着这一方向上发展。通过应用智能化技术，可以提升安全仪表的实用价值和便捷程度，通过人工智能技术的应用，还极大提高了人工操作的安全程度，降低化工企业人力、物力的投入，具有较高的综合效益。需要指出的是，智能安全仪表系统的通讯，主要依靠智能传感器与数字阀门定位器来实现。

4.2 过程控制系统的集成

在实际的化工应用过程中，通过安全仪表系统不仅可以满足通讯的接口和网络的有机统一，还可以对这个基本过程实现有效的控制。在当前很多的中小企业中，普遍都利用集成手段来降低化工应用中安全仪表系统的投入，以实现更高的企业效益。这种方法对于一些?模较小、要求较低的化工企业而言，具有较高的应用价值。

4.3 自身检测减少管理成本

在安全仪表系统运行的过程中，安全系统本身可能会出现问题。然而即使安全系统出现了故障，安全仪表系统也能够对自身存在问题的系统进行检测，及时排查出自身故障，并及时解决问题。不难看出，该系统可以在很大程度上提升仪表系统的可使用率，这在很大程度上节约了管理成本。由此可见，通过应用智能化的安全仪表系统，可以提升化工企业工作环境的安全性，有助于节能成本，它是一种具有较高综合效益的安全应用系统。

结语

（１）降低前序工段粗合成气中悬浮物的含量，控制到质量浓度１ｍｇ／Ｌ以下，在粗合成气换热之前，增加过滤器，避免液态水带到变换气换热器，同时过滤器还可以脱除部分细粉。（２）对煤中的氯含量进行检测，将其控制在一个合理的水平，特别是要实时监测冬季煤中的氯含量，若氯含量偏高，则要掺入夏季储存的煤以调和煤中的总氯水平。（３）临时性延长变换气换热器的使用寿命，可考虑在入口管端衬６２５合金。

参考文献

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