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1、NC 型1000 一轴二径合成塔使用总结我公司氨合成系统为两套1000mm 系列装置。其中 1 氨合成塔是国内首家采用 NC 型1000 mm 一轴二径式塔内件。通过近几年的生产实践来看，该塔内件设计新颖，具有压差小、氨净值高、生产能力大、调节手段多、操作灵活方便、节能等特点。但生产过程中也出现过许多问题，现就该内件在生产中出现的一些情况进行简要总结。1 存在问题该塔内件自 1994 年 10 月份安装使用以来，几年的生产实践体现了阻力小、操作灵活、内件吊装及催化剂装卸方便等特点。但随着时间的延长，负荷的增加，也暴露出了许多问题。特别是在催化剂使用后期，有些问题表现得更为突出。1.1 轴向层平
2、面温差大 在合成塔投入正常使用后，轴向层平面温差比较大，最高时达 5060，而且同平面温差一直不稳定，随着气量的变化，两侧热点温度波动幅度大且有交替换位现象。1.2 径向层温差大第一、二径向层上部温度偏低，下部温度偏高，温差高达 80100。1.3 合成塔压差大 NC 型1000mm 一轴二径式氨合成塔内件设计压差0.6MPa。但在催化剂使用后期，压差已经近1.0MPa，被迫降低负荷操作，严重影响了氨产量及生产负荷的增加。1.4 拆检发现的问题基于以上原因，我公司于 1999 年大检修期间对合成塔内件进行了解体检查，检查发现如下问题。(1)第二径向层中心管与催化剂筐鱼鳞板之间的环隙内堆积了大量
3、的催化剂粉末及细小颗粒，堆积高度达整个第二径向层高度的 13 左右。(2)下换热器与催化剂筐体连接的膨胀节环焊缝开裂，裂缝长达整个圆周的 23 左右。(3)在起吊轴向层催化剂筐及层间换热器时，催化剂筐已经变形，起吊十分困难。吊出后，发现轴向层催化剂筐外壁有划痕。(4)第一、二径向层催化剂筐内衬钢丝网大部分脱落并且丝网有破损现象。2 解决办法针对该合成塔在生产中出现的一系列现象及拆检过程中发现的问题，我们经过详细、认真的分析、对比及计算，采取了相应的解决措施。2.1 轴向层平面温差大，催化剂筐筒体变形 我们认为出现这种现象是由于气体偏流、局部超温所致。对此，取消了原设计的 DN25 塔顶副线气入
4、口，在塔大盖上重新开了一个 DN50 的塔顶副线气入口，轴向层增设一个套管式菱形气体分布器：内管规格为573.5mm，两侧开 42 个6mm 的圆孔；外管规格为844mm，下半部开三排3 mm 的圆孔。三排数量分别为：144、174、181 个，这样使气体均匀进入催化剂层，解决偏流问题，从而也就解决了催化剂筐因受热不均而变形的问题。2.2 第一、二径向层上、下部温差大我们分析出现这种现象是由于上部催化剂通过气体量大，下部催化剂通过气体量小所致，即气体偏流。对第一、二径向层催化剂筐鱼鳞板开孔面积及气体流通面积进行核算，发现鱼鳞板开孔面积远大于设计的气体流通面积，导致大量气体从上部催化剂层通过，只
5、有少部分气体从下部催化剂层通过，气体偏流严重，催化剂未得到充分利用。从现象上看，就是上部温度低、下部温度高，上、下部温差大。针对这一问题，将第一、二径向层催化剂筐上部鱼鳞板开孔堵死一部分，使开孔面积略大于设计的气体流通面积，气体可均匀通过催化剂层，从而解决第一、二径向层上、下部温差大及催化剂未充分利用的问题。2.3 塔阻力大该塔塔底出气管内径为84 mm，且用方钢以直角形式连接。这样的连接方式阻力较大(可达0.10.2MPa)，增加了整塔及系统的阻力。为了减小该处的阻力，将方钢直角连接形式改为波纹管插接、弯管连接的方式，管径由84mm 改为108mm，并采用聚四氟乙烯环密封，以防止气体泄漏，这
6、样可以降低此处的阻力。2.4 第一、二径向层催化剂筐丝网脱落及破损该塔原设计丝网为 16 目，丝径为0.71mm，与筐体之间采用点焊形式连接，丝网本身及与筐体连接强度比较低。这次检修时将丝网改为 12 目，适当加粗丝径，在保证气体流通面积的情况下，采用1Crl8Ni9Ti 材质的钢条压焊，以增加丝网及其与筐体的连接强度，防止丝网脱落及损坏。2.5 膨胀节开焊下换热器与催化剂筐体连接的膨胀节处受冷热应力较大，特别是塔内温度变化时，此处所承受的应力就更大。虽然该处所受内、外压差不大，但长期受应力的作用，使此部分开裂。大部分入塔气从此处出塔而没有进入催化剂层，这是导致该塔生产能力下降的一个主要因素。
7、为了使催化剂筐及下换热器都能够自由伸缩，将连接方式改为下换热器出气管与中心管插接，以石墨填料密封，这样就既可以保证中心管、催化剂筐及下换热器自由伸缩，又能保证此处的密封。 2.6 第二径向层中心管与催化剂筐环隙堆积大量的催化剂粉末 这是导致该塔生产能力下降的另一个重要因素。出现这种现象，我们认为一是催化剂强度不好；二是由于丝网脱落；三是在操作过程中有超压现象。通过更换催化剂，增加丝网及其与筐体连接的强度、加强操作指标控制，这个问题可以得到解决。3 催化剂还原及开车以上施工于 1999 年 78 月大检修期间完成。在进行了吹除、试漏、催化剂装填、升温还原等工作后，即转入正常生产。3.1 催化剂装
8、填合成塔催化剂采用郑州市安泰科技有限公司生产的 HA310Q 球形氨合成催化剂，各催化剂层装填粒度及数量见表 1。3.2 升温还原 催化剂的活性与催化剂的型号、质量等有着很大关系，但更重要的是取决于催化剂的还原操作质量。升温还原遵循的原则如下。(1)根据合成塔装填催化剂的数量及塔结构，把催化剂分成两部分进行还原：轴向层及第一径向层作为一部分；第二径向层作为一部分，还原时后一部分较前一部分滞后二个阶段。(2)采用“三高二低”还原原则，即“高空速、高氢氮比、高电炉功率、低水气浓度、低氨冷温度”。(3)整个还原过程以水气浓度为首要控制指标，采用“升温一还原一升温”的阶梯式升温还原方法，严格控制水气浓
9、度。(4)在温度及压力控制上采取“升温不升压、升压不升温”的调节方式，两者绝对不能同时进行，严防升温过快。此次催化剂升温还原用时 106 小时，还原结束后即转入轻负荷生产阶段。3.3 开车生产合成塔从升温还原到投入正常生产，至今一直稳定，而且以前出现的问题都得到了解决。(1)日产量由开车初期的 180190t，增加到 230240t，产量大大提高。(2)气体偏流、局部超温问题得到了解决，催化剂床层温度比较稳定，容易控制。(3)同平面温差大大缩小，轴向层一般为 1020，径向层一般为 2030。(4)合成塔阻力由原来的 0.81.0 MPa 下降至 0.50.7MPa。由南化公司设计研究院开发的 NC 型1000mm 一轴二径式氨合成塔内件，开创了轴径向氨合成塔的先例。构思比较新颖，内件结构简单，无冷管效应，可装填小颗粒球形催化剂。相比之下催化剂阻力较小，操作调节手段较多。但这种型式的内件也存在不足之处：如气体易偏流；内筒相对较薄(上部为 10mm，下部为 12mm)；内筒受热易变形而造成吊装困难；第一、二径向层催化剂局部有死区；这种型式的内件应用在直径为1000 mm 的合成塔上，催化剂径向层较薄；等等。部分问题在生产过程中得到了解决，有些不足应在设计制造过程中加以完善。
