[發明專利]合成氨裝置中蒸汽發生器及其控制系統

有效

• 申請號: 200910066948.6
• 申請日: 2009-05-07
• 公開（公告）號: CN101551098A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 李欣平;鞏傳志;王革;于國軍;唐忠杰;張慧;張木蘭;孫玉凈;劉學線;朱曉晶;史舸;季明芝;梁瑾;孫德利;孟子恒;李偉;李長富;李維波;吳茵
• 申請（專利權）人: 中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院
• 主分類號: F22B33/00
• 分類號: F22B33/00;F22B1/18;F22B35/00;C01C1/04
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所
• 代理人: 鄭殿貴

技術領域

本發明涉及一種合成氨裝置中的設備。

技術背景

在30萬噸/年合成氨的增設抽合成氣、氫氣裝置中，氣化單元部分氧化法制取合成氨原料氣，在氣化單元出口，進變換單元之前抽出粗合成氣，抽出的粗合成氣經熱量回收產生蒸汽，脫水后送往老合成氣裝置。該單元操作條件苛刻，操作壓力高達8.5MPaG，操作溫度250℃，粗合成氣中含水蒸汽51.5782％(V)、H₂S：0.025％(V)、H₂：24.0％(V)。這種氣體組成，對設備的結構設計和材料的選用帶來很大難度。該單元的關鍵設備“蒸汽發生器”為U型管釜式換熱器，管內介質為高溫合成氣，低溫時有H₂S腐蝕，高溫時有H₂腐蝕，殼程介質為低壓鍋爐給水，U型管束需承受9.55MPaG的設計壓力，其拉應力很大，同時工藝物料對奧氏體不銹鋼尚有氯離子腐蝕。該設備在投入生產運行后曾多次發生蒸汽發生器換熱管泄露及設備頂部汽包氣液夾帶等事故，造成裝置停車；同時由于泄露的合成氣中含有23.2196％(v)CO，給整個裝置蒸汽管網帶來不安全隱患。

發明內容

本發明的目的在于克服現有設備的不足提供一種合成氨裝置中蒸汽發生器及其控制系統。

一種合成氨裝置中蒸汽發生器及其控制系統，蒸汽發生器為U型管釜式換熱器，管內介質為高溫合成氣，殼程介質為低壓鍋爐給水，其特征在于，汽包內設有立式波紋擋板除沫器，設有降液管，改善汽液分離效果，低壓蒸汽出口管為側面開口；蒸汽發生器上設有液位變送器LT-2011，通過DCS建立L1CA-2011液位自動控制報警系統，使管內最低液面控制在蒸汽發生器內換熱管束之上；在蒸汽出口管上設有壓力變送器PT-2011，通過DCS建立L1CA-2011自動控制系統，使蒸汽出口壓力控制在0.5MPaG；在蒸汽發生器低壓蒸汽出口管線上設有CO在線分析儀A1-2011，隨時監測含有CO的合成氣是否泄漏到低壓蒸汽管道中，避免爆炸或人員中毒事故發生。

本發明的有益效果十分顯著，保證了改造后的裝置長周期穩定運行，避免了汽液夾帶現象的發生，腐蝕程度低微，不泄漏，延長設備使用壽命，操作穩定，生產安全，避免了事故的發生，提高了裝置的產量和產品的質量。

附圖說明

圖1為本發明構成簡圖。

圖中有汽包1、除沫器2、降液管3。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作出進一步地詳細描述。

蒸汽發生器是合成氨增設抽合成氣、氫氣裝置中合成氣抽出及熱量回收單元最關鍵的設備，操作條件苛刻。在此單元中蒸汽發生器的作用是將合成氣的溫度由260℃降至170℃，利用其熱量產生低壓飽和蒸汽，并使合成氣中的飽和蒸汽冷凝后分離出來。進入蒸汽發生器管內介質為合成氣，正常操作溫度為250℃，最高操作溫度為260℃，操作壓力為8.45MPaG。合成氣總量為45500Nm³/h，其組成及含量為：H₂O：51.5782％(v)，H₂：23.4751％(v)，N₂：0.0496％(v)，CO：23.2196％(v)，Ar：0.1777％(v)，CH₄：0.2385％(v)，CO₂：1.2366％(v)，H₂S：0.0234％(v)，COS：0.0013％(v)。管外殼程介質為低壓鍋爐給水，入口溫度128℃，入口壓力為1.0MPaG，出口溫度153℃，出口壓力為0.5MPaG。由于該設備處于極苛刻的工藝操作條件下運行，換熱管材質要耐低溫時的H₂S腐蝕，和高溫時氫腐蝕和氯離子應力腐蝕，并且換熱管要承受8.45MPaG高壓，拉應力大。

某合成氨裝置開車后，其裝置內蒸汽發生器換熱管多次發生泄露，經過分析主要原因如下：

由于該蒸汽發生器長期處于低負荷運行，而且實際操作中蒸汽壓力偏離設計值，在日常操作中設備汽包內經常出現汽液夾帶現象，為避免汽液夾帶，蒸汽發生器控制在低液位狀態操作，換熱管束沒有完全浸入液面下，形成界面腐蝕，造成換熱管泄露。

根據蒸汽發生器實際操作負荷范圍(70％～120％)與現設計范圍相同，因此換熱管束即換熱面積維持現設計不變。換熱管的泄露是由于低液位狀態操作形成界面腐蝕造成，因此設備材質不需改變。

根據上述分析，針對蒸汽發生器實際操作負荷，首先對該設備結構進行如下改進：