天然气压力波动及天然气成分改变对合成氨装置的影响及应对措施

天然气压力波动及天然气成分改变对合成氨装置的影响及应对 天然气压力波动及天然气成分改变对合成 氨装置的影响及应对措施 宁夏石化公司合成氨一部 赵科 摘要:天然气压力波动及天然气成分改变对以天然气为原料的合成氨生产造成了 很大影响，本文通过原因分析，确定各项影响因素，并通过技术手段对问 进行解决。 词:天然气;成分;压力波动;分析;影响;应对措施 关键 1 前言 宁夏石化公司一化肥合成氨造气工段采用德士古工艺流程，天然气与氧气通过德士古烧嘴进入气化炉内，在经过不完全燃烧后产生工艺气。宁夏石化公司所用天然气在2008年8月之前由长庆石油公司供给，由于长庆天然气输送管道至银川后分为两股，一股供民用，一股供本厂使用，因此导致至本厂的天然气压力随民用气用量大小波动，影响了生产，因此，公司又上了一条涩宁兰天然气输送专线，与长庆天燃气管线汇合汇合后一起进入厂区，这样基本上保证了天然气压力。在遇到本厂天然气各用户抢量、气站增压机检修、管线检修等情况时，入厂区天然气压力波动较大，由于气化炉前增压机压缩比较高，导致了入炉天然气压力的大幅波动。再者，天然气用户改变使天然气成分发生变化，从而导致入气化炉天然气压力的改变，严重影响了气化炉及整个装置的安全运行。 2 天然气压力波动的原因 2.1 二化肥退气导致一化肥压缩机入口压力增加 如图(1)可知外来天然气有三处用户，其中一、二化肥天然气用量较大，如果遇到二化肥因装置故障停车或降负荷时，总管天然气压力会大幅上升，导致一化肥压缩机入口压力急剧上升，影响装置稳定运行，在遇到二化肥降负荷时，由于调度提前通知，一化肥早做调整，因此压力波动时对一化肥的稳定运行不会造成很大的冲击。 图(1)宁夏石化公司天然气用户分布图 1 一化肥 长庆 二化肥 涩宁兰 锅炉及其它 2.2 锅炉投气影响压力波动 宁夏石化公司一共有4台高压锅炉提供蒸汽，其中1#、2#锅炉以煤为原料，3#锅炉以天然气为原料并作为备用锅炉，4#锅炉为煤气两用炉。正常情况下，1#、2#、4#锅炉正常运行，一旦遇到运行锅炉爆管等故障，则会紧急启动3#备用锅炉，使天然气压力大幅下降，最终影响了一、二化肥装置的稳定运行。 2.3 气站故障或管线泄漏导致天然气压力下降 气站为提高天然气输送效率而设置增压机，如遇到增压机故障或检修，会使至厂区天然气总管压力大幅下降，对装置造成很大影响。在遇到天然气输送管线泄漏或检修时也会导致天然气压力大幅波动。 2.4 一台气化炉跳车导致另一台气化炉入口压力高 一化肥合成氨造气系统一共有三台气化炉，其中2#气化炉作为备用炉，在正常情况下，1#、3#气化炉运行，当其中一台气化炉发生跳车时会导致其所投用的天然气瞬间全部退出，从而使总管压力出现很大的上涨幅度，影响另一台气化炉的正常运行。 2.5 由于长庆天然气输送管线部分民用，中午和傍晚用餐时间为天然气民用 高峰期，此时会造成天然气压力波动。 3 天然气压力波动及成分改变对一化肥产生的影响 3.1 对气化炉氧/气比值的影响 氧/气(氧气/天然气)比值是入气化炉氧气与天然气两种物料流量之比，其值高低决定了气化炉内的燃烧情况，由于德士古工艺采用气化炉部分氧化技术，反应主方程式如下: CH4+O2=CO+H2+H2O (1) 2 CH4+2O2=CO2+2H2O (2) 部分氧化还原反应的目的的是制造含CO和H2浓度较高的工艺气，在正常情况下CH4的厂控指标为0.5%-1.5%之间，如果其值高于1.5%，则氧/气比过低，工艺气有效气成份低，这部分未参与反应的CH4不但增加很大的能耗而且还影响后续工段的正常运行;如果CH4指标低于0.5%，则说明氧化反应较充分，可这样会在反应时放出大量的热，从而使气化炉超温，烧坏炉砖，并可能导致气化炉鼓包泄漏。有效气成分下降，CO2成分增加。天然气入炉压力决定入炉流量的大小，压力波动会直接造成氧/气比值发生变化，天然气压力上升会导致比值下降，造成工艺气CH4含量增大，如果天然气压力下降，则会直接导致比值上升，这样将造成气化炉超温，进而引起CO变换触媒超温，造成事故。 3.2 对压缩机调压系统的影响 从外部来的天然气压力一般为2.0-3.0之间，至装置区后通过两台压缩机(4112K1/K2)加压至9.0MP以上分别为两台气化炉提供天然气，增压机电机与压缩机转速比为4.3:1，转速调节器每点击一次，电机转速将向上或向下调整3转。而压力急剧下降时，由于压缩机提速机构不能及时满足提压要求会造成入炉天然气压力大幅下降并导致气化炉因天然气流量低联锁而停车;当天然气压力急剧上升时，在降压缩机转速过程中会使入口压力越来越高，此时压缩机自保护防喘振阀会自动逐渐打开，使出口压力降至更低，调整不及时会造成气化炉直接停车。 4 天然气成分不同对一化肥生产的影响 合成一部气化工号系统工作压力较高，从界区来的天然气压力较低，一般只有2.0—3.0MP，而进气化炉的天然气压力需要保证在9.0MP以上，因此在天然气进气化炉之前设置了两台压缩机4112K1,2用以提压以供气化炉使用，压缩机的打压能力与气体介质的密度有关，也即与气体的组份有关，由于宁夏石化公司所用天然气由长宁气与涩宁兰气组成，其两种气体组分如(1)所示，正常情况下，二者为混合状态，其CH4含量基本保持在94——99%之间，并且无规律波动，由于压缩机压缩比较高，对于密度较小的甲烷含量较少的长宁气来说，压缩机出口压力会低一点，相反对于对于密度较小的甲烷含量较多的涩 3 宁兰气来说，压缩机出口压力会高一点，这就会直接影响气化炉入口天然气压力。因此解决这个问题的方法只能是保持总管有着较高而且比较稳定的压力。通过公司协调，此压力基本上保持平稳势态，为压缩机的平稳工作和后续工号的稳定压力提供了有力的保障。 表1 含量 CH4(%) 乙烷、丙烷、CO2等组分(%) 长宁气 94—95 4—5 涩宁兰气 99以上 小于1 5 处理对策 5.1 针对处理天然气压力上升 天然气入口压力上升较快，比值小于0.7时，立刻解除负荷控制器串级系统并切至自动状态，减少天然气流量，或降低压缩机转速，控制比值在.06-0.68，比值稳定后投用负荷控制器。当天然气压力上升至3.5MP，转速降至2400rpm时用防喘振阀控制压缩机压力在9.4-106MP，并确认现场防喘振阀与中控阀位一致，确认一段压力小于6.7MP，防止压缩机一段安全阀起跳发生气化炉停车事故。 5.2 针对天然气压力下降 天然气压力下降快，比值出现报警时，立刻将负荷控制器切至手动操作，降低氧气流量，同时增加压缩机转速，控制比值在0.6-0.68之间，比值稳定后分别将氧气、天然气调节器切至自动，在自动状态比较稳定后投用负荷控制器串级系统。当天然气入口压力低，压缩机转速升至2950rpm，天然气压力降至9.04MP时，申请系统降负荷。 5.3 针对长宁气与涩宁兰气切换 如果在外部条件改变需要在长宁气与涩宁兰气间切换时，那么气化工段操作人员就要清楚切换后对天然气压缩机出口气压力的影响，从而加强监护，第一时间做出调整。由于长宁气密度小，涩宁兰气密度高，所以如果是在相同流量的情况下用长宁气时压缩机出口压力会小，而在用涩宁兰气时压缩机出口压力较高。所以在两气切换时岗位要密切监护，及时调整天然气压缩机的转速并监控氧气比和甲烷值，防止过氧或比值联锁跳车。 4 结束语 由于天然气压力波动给安全生产带来了隐患，装置操作人员在各种特殊情况下处理手段也各不相同，这无形中增大了事故发生率，经过技术和岗位操作人员认真分析、讨论，并结合实际操作经验编写出了一套针对不同情况下天然气压力上涨和下降的操作预案，从而提高了操作人员的应急能力，使其在处理各种情况时能够有效处理，确保了装置的安全 参考文献:1 宁夏石化公司合成氨气化工段操作规程 2 宁夏石化公司合成氨气化工段相关学习资料 3 宁夏石化公司《合成氨培训教材》 5