Обслуживание установок синтеза

Синтез аммиака относится к категории опасных производств. Иногда малейшая неправильность действий эксплуатационного или ремонтного персонала может привести к не непоправимым последствиям. Поэтому вопросам, связанным с пуском, поддерживанием нормального технологического режима устранением аварий, необходимо уделять серьезное внимание.

6.1. Пуск установок. Перед пуском вновь смонтированного агрегата производится его тщательный осмотр и проверка технической документации. При полном соответствии состояния установки правилам Госгортехнадзор и получении разрешении на ее пуск приступают к подготовительным операциям загрузке колонны катализатором, зарядке фильтров. Затем включают контрольно-измерительные приборы, вентили устанавливаю в положение, соответствующее проведению последующих операций. Из системы удаляют воздух путем продувки агрегата азотом или газом. После этого проводится опрессовка аппаратуры и коммуникаций, лучше всего азотом. Давление при опрессовке повышают до рабочего ступенчато (по 50 ат). При отсутствии неплотностей или других дефектов снимают заглушки, отсоединяющие агрегаты от остальной системы, и заменяют продувочный газ чистой азотоводородной смесью.

При давлении 40—50 ат включают циркуляционный компрес­сор, подают воду в первичный конденсатор и подключают к элек­тросети электрический подогреватель. Для предохранения дета­лей насадки колонн от повреждений скорость повышения тем­ператур в зоне катализа ограничивают 20—30 °С за 1 ч.

6.2. Восстановление катализатора начинается, когда температура в колонне достигнет 280—300°С и в циркуляционном газе появит­ся аммиак. Содержание МН₃ постепенно возрастает, в результате этого в сепараторе начинает отделяться уже не чистая вода, а содержащая аммиак. На 3—4-е сутки давление в агрегате повы­шают до 100 ат. К этому времени, благодаря тому, что температу­ра катализатора поддерживается на определенном уровне уже не только за счет электроподогрева, но и вследствие выделения теп­ла реакции синтеза, в агрегате удается создать довольно интен­сивную циркуляцию газа. На 5—6-е сутки содержание аммиака в сливаемом конденсате возрастает до 96—97%, температура в ко­лоннах достигает рабочей величины (460—500°С в «горячей точ­ке») и колонна выводится на рабочий автотермический режим. По мере включения колонны в нормальную работу вся аппаратура агрегата также переводится па рабочий режим.

6.3. Поддержание нормального технологического режима. Пока­затели работы каждого аппарата строго регламентируются нор­мами технологического режима. Температура в «горячей точке» должна быть не ниже 460 °С (при более низких температурах процесс перестает быть.устойчивым) и не выше 530 °С (во избежание перегрева катализатора). Температуру на выходе газа из колонны поддерживают не выше 200 °С, чтобы выходной трубопровод не подвергался водородной коррозии.

На установках с трубопроводами горячего газа, изготовлен­ными из стали специальных марок, температура газовой смеси, выходящей из колонн синтеза, может составлять 250 °С.

Наиболее сложно регулирование режима работы колонны син­теза. Оно производится в основном по температуре «горячей точки», т. е. наиболее нагретой зоны катализатора. С увеличе­нием объемной скорости температура в зоне реакции снижается, уменьшение объемной скорости приводит к противоположным

Реакция С+ 2Н₂ = СН₄, приводящая к уменьшению количества угле­рода в стали и нарушению ее структуры, при температуре более 200 °С резко усиливается.

Изменением интенсивности циркуляции газа целе­сообразно пользоваться до тех пор, пока не будет установлена наиболее выгодная нагрузка агрегата по газу. В дальнейшем нагрузку изменяют только при резких расстройствах технологи­ческого режима. Постоянным приемом регулирования темпера­туры процесса синтеза является изменение соотношений газовых потоков, направляемых в колонну через главный вентиль и хо­лодный байпас (иногда два байпаса, а в колоннах с полочной на­садкой — даже четыре). При повышении температуры, наблюдае­мом ранее всего на входе газа, открывают вентиль холодного байпаса до тех пор, пока температура не достигнет заданной нормы. Если же при полном открытии этого вентиля температура продолжает возрастать, для поддержания ее в нужных пределах прикрывают главный вентиль, что приводит к увеличению потока газа, идущего через холодный байпас.

При понижении температуры поступают обратным образом. Сначала полностью открывают главный вентиль, затем постепен­но прикрывают вентили холодного байпаса. Если эти меры не дают эффекта, приходится уменьшать количество газа, подавае­мого в колонну.

В насадках колонн с двумя холодными байпасами можно регулировать температуру как в верх­ней, так и в нижней и средней зонах катализатора и достигать наиболее выгодного соотношения температур в верхних и нижних слоях катализатора. В колоннах с полочной насадкой по су­ществу регулируется температура на каждой полке в отдель­ности.

В ходе технологического процесса требуется также постоян­ное регулирование работы других аппаратов установки синтеза аммиака (высота уровней жидкости в сепараторах аммиака, тем­пература конденсации газа и другие параметры).

Автоматическое управление агрегатом синтеза. Схема агрега­та с автоматическим управлением процессом синтеза аммиака показана на рис.1. При таком управлении агрегатом автома­тически регулируются следующие параметры процесса: темпера­тура в колоннах синтеза; уровни жидкого аммиака в сепараторе и конденсационной колонне; температура газа, выходящего из аммиачного конденсатора; состав циркуляционного газа по со­держанию инертных примесей (СН₄ и Аг); выдача жидкого ам­миака из газоотделителя на склад; давление в газоотделителе.

Для автоматического регулирования используется наиболее распространенная в настоящее время пневматическая унифи­цированная система. Каждый узел регулирования состоит из датчика, преобразующего контролируемую или регулируемую величину в выходной сигнал, удобный для дистанционной пере­дачи и дальнейшего преобразования в соответствующий импульс; регулятора, состоящего из одного или нескольких блоков, обеспечивающих поддержание заданного закона регулирования тех­нологического параметра; вторичного прибора (самопишущего или показывающего) с встроенным датчиком и переключателем; исполнительного механизма — регулирующего клапана с пневмоприводом или другого устройства. Общий принцип действия системы можно пояснить на примере автоматического регули­рования температуры в колонне синтеза.

Рис.1. Агрегат синтеза аммиака с автоматическим управлением:

1—колонна синтеза; 2— водяной конденсатор; 3— сепаратор жидкого аммиа­ка; 4—конденсационная колонна; 5—испаритель; 6— центробежный циркуля­ционный компрессор; 7—газоотделитель; а—регулирующий клапан; Г—из­мерители температуры; Ь— измерители уровня; Р— измеритель давления; С— регулятор состава.

Электродвижущая сила, возникающая в термопаре (датчике), пропорциональна температуре, которая отсчитывает­ся на шкале измерительного прибора. Отклонение температуры от заданной преобразуется специальным устройством в импульс давления воздуха, приводящий в действие систему регулирования. Чем больше отклонение, тем сильнее воздействие, передаваемое регулятором органу управления.

При повышении температуры открывается вентиль холодного байпаса, при снижении он прикрывается. Если этот прием регули­рования не приводит к повышению температуры при закрытом байпасе, регулирование производится изменением объемной ско­рости. При этом регулятор начинает подавать сигнал на открытие вентиля «длинного байпаса», вследствие чего уменьшается коли­чество газа, подаваемого в колонну циркуляционным компрес­сором.

Нарушения режима и меры их предупреждения. Нарушения технологического режима могут вызываться ненормальной рабо­той смежных звеньев производственного процесса или внутрен­ними причинами, в большинстве случаев непосредственно завися­щими от обслуживающего персонала. К первой группе причин относятся: подача газа, загрязненного контактными ядами (чаще всего окисью углерода), резкое нарушение соотношений водорода и азота в газе, а также прекращение подачи охлаждающей воды или электроэнергии.

При содержании в газе более 300 см*1м³ СО прием азотоводородной смеси в цех синтеза прекращается. Если же работа отде­ления компрессии не переведена на режим выхлопа газа, он вы­дувается из агрегата синтеза. При этом необходимо постоянное наблюдение за давлением в системе, так как иначе возможно рез­кое повышение давления и разрыв трубопроводов. В тех случаях, когда при увеличении количества СО в газе, ее содержание не превышает 300 см^а! м, работа цеха синтеза обычно продолжается, но автоматизированные колонны следует переводить на ручное управление, не дожидаясь снижения в них температур. При этом прикрывают вентили холодного байпаса, уменьшают цирку­ляцию газа и прекращают продувку агрегатов после первичных сепараторов, заменяя ее продувкой до колонн. Одновременное понижение температуры в нескольких колоннах может происхо­дить не только при попадании в газ окиси углерода, но и при рез­ком нарушении состава свежего газа. При этом принимаются меры к поддержанию заданной температуры в колоннах.

В случае прекращения подачи воды требуется немедленная остановка цеха. В противном случае произойдет повышение температуры газа перед циркуляционными компрессорами и пре­кратится охлаждение их сальников.

Из внутренних причин нарушения режима наиболее нежела­тельные последствия вызываются неправильной выдачей жидкого аммиака на склад. При этом повышается уровень жидкости в кон­денсационных колоннах, что может привести к попаданию жидко­го аммиака в колонны, резкому снижению температуры катализа­тора, следствием чего часто является поломка насадки колонн синтеза.

Превышение уровня жидкого аммиака в первичных сепара­торах может закончиться их переполнением и перебросом жид­кого аммиака в циркуляционные компрессоры. Вследствие этого в цилиндрах нагнетателей возникают гидравлические удары, ко­торые могут привести к разрушению машин.

Опасно также понижение уровней в указанных аппаратах {ниже нормы), так как при этом может исчезнуть гидравлический затвор, и газ под давлением 300 ат устремится в трубопроводы для жидкого аммиака. В результате возможно разрушение газоотделителя. Если даже при этом сработают предохранительные устройства, неизбежно разлитие жидкого аммиака с возможностью отравления им людей. При малейших неполадках в работе автоматиче­ского управления следует переходить на ручное обслуживание с выдачей жидкого аммиака из сепаратора и следить за давлением по манометрам, установленным на трубопроводах для жидкого аммиака.

Аварии могут возникать, кроме того, при нарушении режима работы циркуляционных нагнетателей. Увеличение сверх 30 ат перепада давления между всасывающей и нагнетательной лини­ями может привести к обрыву штоков в поршневых машинах, к сдвигу вала и разрушению подшипников циркуляционных нагнетателей. При возрастании перепада нагрузка нагнетателей должна быть немедленно снижена.

Следует также иметь в виду, что резкое уменьшение интенсив­ности циркуляции газа вызывает резкий скачок температуры в ко­лонне. Если в этом случае колонна находится на разогреве, воз­можен перегрев спиралей электрического подогревателя, что при­водит к выходу его из строя.

При возникновении неполадок на одном участке технологи­ческого процесса необходимо обращать серьезное внимание на все связанные с ним другие звенья, чтобы меры, принятые к лик­видации одного из нарушений, не вызвали возможных аварий на смежном участке.