CN111678293A - 一种合成氨装置冷箱解冻方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种合成氨装置冷箱解冻方法，该方法包括将至少一部分携带冷量的解冻用工艺气经由合成氨冷箱内的精馏塔的导淋管路进行排放；所述导淋管路的材质为抗低温材质且所述导淋管路的出口端被配置在不会对人体造成伤害的高位。本发明提供的合成氨装置冷箱解冻方法，采用抗低温管线将就地导淋末端延长至高处对解冻工艺气不经过换热器直接进行排放，可以有效地提高解冻效率，同时该方法不存在安全隐患、实现冷量直接外排，且施工简单、成本低。

Description

一种合成氨装置冷箱解冻方法
技术领域
本发明属于化工技术领域，涉及一种解冻方法，具体涉及一种合成氨装置冷箱解冻方法。
背景技术
现有技术中常用的合成氨装置(45万吨/年)采用凯洛格--布朗路特公司(简称KBR)组合合成氨工艺技术。其核心工艺为KBR深冷净化工艺，它是由布郎深冷净化工艺与凯洛格设备设计的组合，其工艺特点如下：
深冷净化装置由膨胀机和LIND公司提供的冷箱组成，分子筛干燥器出来的工艺气经过膨胀机发电后提供冷箱需要冷量，经过精溜后进行分离成放空气和合格合成气。在这里所有的甲烷和大约60％的Ar从气相中去除，大约41.5％的N2气在净化器中液化后去除，然后调整一部分N2气使其气化，以获得合成气中所需要的3/1的H2/N2比。此设计降低了合成气压缩机的功耗，同时冷箱的应用使系统前后的操作相对独立，是该工艺的核心技术。
在使用过程中如果装置大修或冷箱出现问题则会对冷箱解冻操作，如：装置大修冷箱需要解冻；分子筛穿透使工艺气带水、干燥剂粉尘等杂物导致冷箱换热器表面附着、管路堵塞引起换热效率下降，将会造成氢氮比失调，整个系统瘫痪，也需要对冷箱升温解冻、置换、爆破吹扫消除影响。
原冷箱工艺气解冻过程是首先进行工艺气解冻然后进行热氮气升温，工艺气解冻是通过停车过程中的工艺气进入冷箱，最后在放空处放空将冷量带走，此解冻流程中工艺气的入口气与出口气均会经过换热器进行一次换热，导致出口气冷量不能完全被带出冷箱，降低了冷量带出效率，冷箱降温速率较慢。
参见图1，现有技术中合成氨冷箱解冻工艺具体如下：
1、系统负荷降至60％左右，废气烧咀已切除或其负荷已降至最低；合成塔已切除；103J停车，放空在PV1004(换热器排放管路上放空阀)处。
2、主控渐开，同时渐关膨胀机入口导叶，降低膨胀机负荷，当转速低于95％同步转速时，并网脱离。逐渐降低膨胀机转速，按膨胀机停车按钮，停膨胀机。膨胀机停车后，保持润滑油泵至少运行半小时后停润滑油泵，切密封气。
3、如冷箱需工艺气解冻，通过工艺气在PV1004处放空升温解冻冷箱，控制冷箱各点温度以不大于25℃/h升温速率升至0℃以上。具体解冻流程如下：
①分子筛来工艺气—132C—HV1022—133C—137D—AV1029—134C—133C—132C—一段炉废气放空。
②分子筛来工艺气—132C—HV1022—133C—137D—133C—132C—PV1004放空。
4、冷箱解冻合格后(冷点温度大于0℃)，打开冷箱旁路阀，关冷箱进出口截止阀。将系统主放空由PV1004倒至前系统放空，并控制系统压力。
5、箱解冻合格后(冷点温度大于0℃)转热氮干燥：连接冷箱热氮干燥短接，在183C处通过加热氮气控制冷箱整体升温速率，以不大于25℃/h升温速率继续升温至30℃以上。
其中，132C为换热器，HV1022为导流阀，133C为换热器，137D为精馏塔，AV1029为导流阀，134C为精馏塔提溜段，PV1004为换热器排放管路上放空阀。
由上述流程可知现有技术中冷箱工艺气解冻是通过停车过程中的工艺气进入冷箱，最后在PV1004和一段炉废气放空将冷量带走，此解冻流程工艺气的入口气与出口气均会经过132C/133C进行一次换热，导致出口气冷量不能完全被带出冷箱，降低了冷量带出效率，冷箱降温速率较慢。由于经过精馏塔排出的解冻工艺气温度通常在零下几十度，因此现有技术中解冻工艺设计出口气经过132C/133C进行一次换热再进行排放的目的是为了保护103(合成器压缩工段)入口管线(材质SGJ-CC(1℃)16″(3P1))、废气管线(材质：SHF-DT(150℃)20″(1P1))、以及放空管线(材质：NJD-N(35℃)24″(1P1))，因为以上三处管线的材质设计均不能抵抗较低温度工艺气流通，若管线内气体温度过低会对材质造成损伤。因此如果将其更换成可以满足低温要求的管线，由于上述管道尺寸大、管程长，相关联的设备多，且部分管道位于冷箱内部，由于合成氨的冷箱包括采用箱体进行包裹的整体式结构，精馏塔以及各个管路等均位于箱体的内部，箱体内部还填充有珍珠岩等材料用于防止冷量流失，如果对原排放管路进行更换不光需要将冷箱进行拆解而且管路众多管道材质等级要求高、成本高、施工较难。
发明内容
本发明的目的是提供了一种对解冻工艺气不经过换热器直接进行排放，可以有效地提高解冻效率，同时不存在安全隐患、实现冷量直接外排，且施工简单、成本低的合成氨装置冷箱解冻方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：提供一种合成氨装置冷箱解冻方法，其中：将至少一部分携带冷量的解冻用工艺气经由合成氨冷箱内的精馏塔的导淋管路进行排放，所述导淋管路的出口端被配置在不会对人体造成伤害的高位。
优选地，所述导淋管路的材质为可耐-175℃低温的抗低温材质。
优选地，所述导淋管路的外侧设置隔音层。
优选地，所述导淋管路出口端附近设置防液氮滴落装置。
优选地，所述导淋管路上配置有抗低温流量调节阀，所述抗低温流量调节阀用于实现对导淋管路工艺气排放量的调节。
优选地，还包括控制器，所述抗低温流量调节阀、换热器排放管路上放空阀以及冷箱温度传感器均与控制器相连；所述控制器用于执行以下操作：
接收所述冷箱温度传感器获取到的冷箱在预设时间段的起始温度以及当前温度，通过起始温度以及当前温度计算获得预设时间段内冷箱的升温速率；
将升温速率与升温速率阈值进行比对，根据获得的比对结果控制放空阀和/或抗低温流量调节阀的开合状态。
优选地，所述升温速率阈值为25℃/小时。
优选地，所述比对结果为所述升温速率大于所述升温速率阈值，控制抗低温流量调节阀减少开度和/或增加放空阀的开度。
优选地，所述导淋管路上配置有第一流量计，换热器排放管路上配置有第二流量计，所述控制器还用于执行以下操作：
接收通过所述第一流量计获取到的导淋管路的流量值以及第二流量计获取到的换热器排放管路的流量值；
根据导淋管路的流量值以及换热器排放管路的流量值控制抗低温流量调节阀减小开度的调节量和/或放空阀增加开度的调节量。
优选地，将至少一部分携带冷量的解冻用工艺气在冷箱热氮干燥短接未接通前，利用各热氮干燥的分支管线，在短接断开处进行反向就地排放。
本发明合成氨装置冷箱解冻方法，采用抗低温管线将就地导淋末端延长至高处对解冻工艺气不经过换热器直接进行排放，可以有效地提高解冻效率，同时该方法不存在安全隐患、实现冷箱直接外排，且施工简单、成本低。
附图说明
图1为现有技术冷箱解冻工艺流程图。
图2为本发明合成氨装置冷箱解冻方法的工艺流程图。
图中：132C：换热器，HV1022：导流阀，133C：换热器，137D：精馏塔，AV1029：导流阀，134C：精馏塔提溜段，PV1004：换热器排放管路上放空阀；1：导淋管路；2、抗低温流量调节阀；3、第一流量计；4、第二流量计。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术内容、构造特征、以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。
如图2所示，本发明合成氨装置冷箱解冻方法包括将至少一部分携带冷量的解冻用工艺气经由合成氨冷箱内的精馏塔的导淋管路1进行排放；所述导淋管路1的材质为抗低温材质且所述导淋管路1的出口端被配置在不会对人体造成伤害的高位。本发明提供的高位指的是不会对人体造成伤害的距离操作面较高的位置，该位置为相对于根据操作人员站立的操作面而言的，例如，当冷箱安装在地面上时，该高位指的是至少高于人员平均身高的位置。该高位可以在距离地面至少两米以上的位置，且朝上方形成开口这样可以保证出口端在进行放空时，不会对人体造成冻伤，同时由于排出的工艺气位于距离地面较高的位置且向上排放不会对工作人员造成窒息的影响。具体的，所述抗低温材质为可耐-175℃低温的材质。该材质可以为SHH-CC(-175℃)2″(3P1J)。为了进一步提高降噪效果，所述导淋管路的外侧形成有隔音层。为了进一步提高安全性，所述导淋管路上靠近所述出口端形成有防液氮滴落装置。防液氮滴落装置可以制作成托盘形式，将其套装在导流管路靠近出口端的位置处，这样可以保证出口处排放出的液氮不会向下滴落。
通过137D底部就地导淋排放，可以实现冷量直接带出系统。针对此方案进行分析：目前就地导淋采用法兰连接，管线材质等级为：SHH-CC(-175℃)2″(3P1J)符合排放标准，但是直接排放存在安全风险，易造成操作人员冻伤、氮气窒息事故。故采用抗低温管线将就地导淋末端延长至高处进行排放，解决安全隐患、实现冷箱直接外排，且施工简单、成本低。
现有技术中为了解决合成氨冷箱解冻速度慢的问题，有些厂家采用增加解冻工艺气的供应量或者采用提高入口工艺气的温度进行快速解冻的方式，这两种方式虽然可以提高解冻速率，但是均存在诸多缺点，例如，增加工艺气的量势必增加用气成本，同时会产生大量的废气，对环境影响极大。采用提高进口工艺气温度的方式，虽然节约了工艺气的用量，但是会增加换热器的功耗，而且将工艺气进行升温也存在一定的安全隐患。本发明提供的方法无需对冷箱内部的结构进行改造，只需将位于冷箱外部的原就地导淋管路进行延长即可以将携带冷量的工艺气直接进行安全排放，改造成本低，且可以保证升温速率大大提升。改造后的137D就地导淋实现部分冷量不再经过132C/133C换热直接外排，且可通过就地导淋的开度控制降温速率。外排管线上可以设置保护措施，例如：防噪音、防液氮排出滴落伤人等。在不增加工艺气供应量的前提下同样可以获得提高解冻速率的目的，同时也无需对原进口工艺气换热工艺进行改动，避免了由于对工艺气进行升温带来的安全隐患。
由于在对冷箱进行升温解冻时，还需要控制升温速率不宜过快，以免部件由于温度变化过大，出现结构性损坏。因此需要控制升温速率通常在25℃/小时以下，为了实现对本发明提供的方法中升温速率的自动控制，本发明可以提供所述导淋管路上配置有抗低温流量调节阀2，所述抗低温流量调节阀2用于实现对所述导淋管路工艺气排放量的调节。还包括控制器(图中未示出)，所述抗低温流量调节阀2、换热器排放管路上放空阀PV1004以及冷箱温度传感器(图中未示出)均与所述控制器相连；所述控制器用于执行以下操作：
接收所述冷箱温度传感器获取到的冷箱在预设时间段的起始温度以及当前温度，通过所述起始温度以及所述当前温度计算获得所述预设时间段内冷箱的升温速率；
将所述升温速率与升温速率阈值进行比对，根据获得的比对结果控制所述放空阀和/或所述抗低温流量调节阀的开合状态。所述升温速率阈值为25℃/小时。所述比对结果为所述升温速率大于所述升温速率阈值，控制所述抗低温流量调节阀减少所述抗低温流量调节阀的开度和/或增加所述放空阀的开度。
具体实现时，可以预设设定预设时间段的长度，例如可以设定预设时间段为30分钟，控制器首先获取一个温度作为起始温度为-174℃，经过30分钟时再获取一个温度作为当前温度为-159℃，则在十分钟的时间内冷箱温度上升了15℃，则可以确定升温速率为30℃/小时，可见升温速率30℃/小时大于预设的升温速率阈值25℃/小时，因此需要降低升温的速率。此时控制器可以控制抗低温流量调节阀减少开度，使直接排放的携带冷量的工艺气量减少，还可以同时增大放空阀PV1004的开度，使经过换热器排放的工艺气的量增加。本发明还提供了实现开度调节量的确定方法，具体的，所述导淋管路上配置有第一流量计3，所述换热器排放管路上配置有第二流量计4，所述控制器还用于执行以下操作：
接收通过所述第一流量计3获取到的所述导淋管路的流量值以及所述第二流量计4获取到的所述换热器排放管路的流量值；
根据所述导淋管路的流量值以及所述换热器排放管路的流量值确定所述抗低温流量调节阀减小开度的调节量和/或所述放空阀增加开度的调节量。
具体实现时，可以根据需要降低升温速度的值来确定需要降低导淋管路流量值，然后通过第一流量计的实时监测，保证调节的流量值达到设定要求。例如，根据需要降低升温速度值确定需要将导淋管路的流量减少10％，那么可以通过第一流量计获取当前导淋管路的流量值并记录为Q，然后控制抗低温流量调节阀动作减少开度，直到第一流量计检测到导淋管路的流量达到90％Q时，控制器控制抗低温流量调节阀停止动作。具体计算流量减少多少的方法可以采用现有技术中工作人员的经验值进行设定的方式，还可以通过设定相关的算法进行计算的方式。对于具体的流量调节值的确定方法，本发明不做具体的限制。
本发明还可以提供另一可以实现冷冻工艺气不经过换热器进行直接排放的方式，具体的，将至少一部分携带冷量的解冻用工艺气在冷箱热氮干燥短接未接通前，利用各热氮干燥的分支管线，在短接断开处进行反向就地排放。可以在将导淋进行改装的同时，通过热氮干燥管线，在冷箱热氮干燥短接未接通前，利用各热氮干燥的分支管线，在短接断开处进行反向就地排放，将冷量不经过132C/133C直接外排带出。针对此方案可行性分析：
目前热氮干燥管线各分支进入冷箱控制截止阀后管线材质均为：SHH-DT(-175℃)1.5″(3P1J)符合要求，但截止阀前管材为：SGI-HC(237)3″(3P1)不符合要求，若要实现排放需要将截止阀前管线到短接处整体统一更换，且材质要求既要满足低温控制、还要满足高温控制要求。
本发明提供的方法与现有技术中的解冻方法相对比后结果分析：
原冷箱解冻方法按照KBR提供的解冻方法每小时温升只有3-4℃/h，参照申请人化肥二部2012年大修时停车解冻趋势，解冻3小时后发现升温速率过慢，大量天然气浪费，而且随着冷箱温度上升，与环境温差变小，升温速率还会下降，若从-188℃升至0℃以上，至少要需要2.5天时间。解冻时系统的天然气耗量95000Nm3/h。若用2.5天时间解冻，总耗气量高达570万Nm3天然气。天然气按0.5748元/m3计，解冻一次费用高达327.64万元，经济成本较高。
采用本发明提供的冷箱解冻方法可实现升温速率接近20℃/h，总解冻时间缩短了至少50小时。当前负荷下每天生产尿素2500T，减少50小时停车时间，可减少损失尿素产量约5200吨，每吨尿素利润按810元计，避免损失421.2万元。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种合成氨装置冷箱解冻方法，其特征在于：将至少一部分携带冷量的解冻用工艺气经由合成氨冷箱内的精馏塔的导淋管路进行排放，所述导淋管路的出口端被配置在不会对人体造成伤害的高位。
2.根据权利要求1所述的合成氨装置冷箱解冻方法，其特征在于：所述导淋管路的材质为可耐-175℃低温的抗低温材质。
3.根据权利要求1所述的合成氨装置冷箱解冻方法，其特征在于：所述导淋管路的外侧设置隔音层。
4.根据权利要求1所述的合成氨装置冷箱解冻方法，其特征在于：所述导淋管路出口端附近设置防液氮滴落装置。
5.根据权利要求1所述的合成氨装置冷箱解冻方法，其特征在于：所述导淋管路上配置有抗低温流量调节阀，所述抗低温流量调节阀用于实现对导淋管路工艺气排放量的调节。
6.根据权利要求5所述的合成氨装置冷箱解冻方法，其特征在于：还包括控制器，所述抗低温流量调节阀、换热器排放管路上放空阀以及冷箱温度传感器均与控制器相连；所述控制器用于执行以下操作：
接收所述冷箱温度传感器获取到的冷箱在预设时间段的起始温度以及当前温度，通过起始温度以及当前温度计算获得预设时间段内冷箱的升温速率；
将升温速率与升温速率阈值进行比对，根据获得的比对结果控制放空阀和/或抗低温流量调节阀的开合状态。
7.根据权利要求6所述的合成氨装置冷箱解冻方法，其特征在于：所述升温速率阈值为25℃/小时。
8.根据权利要求6所述的合成氨装置冷箱解冻方法，其特征在于：所述导淋管路上配置有第一流量计，换热器排放管路上配置有第二流量计，所述控制器还用于执行以下操作：
接收通过所述第一流量计获取到的导淋管路的流量值以及第二流量计获取到的换热器排放管路的流量值；
根据导淋管路的流量值以及换热器排放管路的流量值控制抗低温流量调节阀减小开度的调节量和/或放空阀增加开度的调节量。
9.根据权利要求1所述的合成氨装置冷箱解冻方法，其特征在于：将至少一部分携带冷量的解冻用工艺气在冷箱热氮干燥短接未接通前，利用各热氮干燥的分支管线，在短接断开处进行反向就地排放。
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