[实用新型]合成氨装置中蒸汽发生器及其控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种合成氨装置中的设备。

背景技术

在30万吨/年合成氨的增设抽合成气、氢气装置中，气化单元部分氧化法制取合成氨原料气，在气化单元出口，进变换单元之前抽出粗合成气，抽出的粗合成气经热量回收产生蒸汽，脱水后送往老合成气装置。该单元操作条件苛刻，操作压力高达8.5MPaG，操作温度250℃，粗合成气中含水蒸汽51.5782％(V)、H₂S：0.025％(V)、H₂：24.0％(V)。这种气体组成，对设备的结构设计和材料的选用带来很大难度。该单元的关键设备“蒸汽发生器”为U型管釜式换热器，管内介质为高温合成气，低温时有H2S腐蚀，高温时有H2腐蚀，壳程介质为低压锅炉给水，U型管束需承受9.55MPaG的设计压力，其拉应力很大，同时工艺物料对奥氏体不锈钢尚有氯离子腐蚀。该设备在投入生产运行后曾多次发生蒸汽发生器换热管泄露及设备顶部汽包气液夹带等事故，造成装置停车；同时由于泄露的合成气中含有23.2196％(v)CO，给整个装置蒸汽管网带来不安全隐患。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有设备的不足提供一种合成氨装置中蒸汽发生器及其控制系统。

一种合成氨装置中蒸汽发生器及其控制系统，蒸汽发生器为U型管釜式换热器，管内介质为高温合成气，壳程介质为低压锅炉给水，其特征在于，汽包内设有立式波纹挡板除沫器，设有降液管，改善汽液分离效果，低压蒸汽出口管为侧面开口；蒸汽发生器上设有液位变送器LT-2011，通过DCS建立L1CA-2011液位自动控制报警系统，使管内最低液面控制在蒸汽发生器内换热管束之上；在蒸汽出口管上设有压力变送器PT-2011，通过DCS建立L1CA-2011自动控制系统，使蒸汽出口压力控制在0.5MPaG；在蒸汽发生器低压蒸汽出口管线上设有CO在线分析仪A1-2011，随时监测含有CO的合成气是否泄漏到低压蒸汽管道中，避免爆炸或人员中毒事故发生。

本实用新型的有益效果十分显著，保证了改造后的装置长周期稳定运行，避免了汽液夹带现象的发生，腐蚀程度低微，不泄漏，延长设备使用寿命，操作稳定，生产安全，避免了事故的发生，提高了装置的产量和产品的质量。

附图说明

图1为本实用新型构成简图。

图中有汽包1、除沫器2、降液管3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作出进一步地详细描述。

蒸汽发生器是合成氨增设抽合成气、氢气装置中合成气抽出及热量回收单元最关键的设备，操作条件苛刻。在此单元中蒸汽发生器的作用是将合成气的温度由260℃降至170℃，利用其热量产生低压饱和蒸汽，并使合成气中的饱和蒸汽冷凝后分离出来。进入蒸汽发生器管内介质为合成气，正常操作温度为250℃，最高操作温度为260℃，操作压力为8.45MPaG。合成气总量为45500Nm³/h，其组成及含量为：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)。管外壳程介质为低压锅炉给水，入口温度128℃，入口压力为1.0MPaG，出口温度153℃，出口压力为0.5MPaG。由于该设备处于极苛刻的工艺操作条件下运行，换热管材质要耐低温时的H₂S腐蚀，和高温时氢腐蚀和氯离子应力腐蚀，并且换热管要承受8.45MPaG高压，拉应力大。

某合成氨装置开车后，其装置内蒸汽发生器换热管多次发生泄露，经过分析主要原因如下：

由于该蒸汽发生器长期处于低负荷运行，而且实际操作中蒸汽压力偏离设计值，在日常操作中设备汽包内经常出现汽液夹带现象，为避免汽液夹带，蒸汽发生器控制在低液位状态操作，换热管束没有完全浸入液面下，形成界面腐蚀，造成换热管泄露。

根据蒸汽发生器实际操作负荷范围(70％～120％)与现设计范围相同，因此换热管束即换热面积维持现设计不变。换热管的泄露是由于低液位状态操作形成界面腐蚀造成，因此设备材质不需改变。

根据上述分析，针对蒸汽发生器实际操作负荷，首先对该设备结构进行如下改进：