海洋石油富岛有限公司化肥二部合成氨装置分子筛干燥系统的作用是脱除甲烷化系统出口工艺气中的游离氨、残余水和CO₂，为后续冷箱的正常运行提供保障。

分子筛系统共有2台分子筛干燥器(109DA/DB)，每台分子筛干燥器设计运行周期为24 h，设计再生周期为12 h。再生气为来自净化器的干放空气(冷箱废气)，再生所需热量由中压过热蒸汽在分子筛再生气加热器(183C)中加热再生气提供，从109DA/DB排出的再生气进入一段转化炉作为部分燃料气，当109DA/DB排出的再生气温度达到约200 ℃(由TI1043指示)时，可视为干燥剂再生完全。为了达到此温度，要求183C出口再生气的温度为230~237 ℃(由TI1041指示)。183C为U形管式换热器，中压过热蒸汽走管程，再生气走壳程。

以109DB再生为例，分子筛干燥系统流程见图 1。

图 1

分子筛干燥系统流程

正常工艺气流程：甲烷化炉→分子筛干燥器入口电动阀(MOV1017)→109DA/DB→分子筛干燥器出口电动阀(MOV1015)→分子筛过滤器(154DA)→冷箱。在此过程中，阀门PV1049A、XV1164、PV1047、XV1160全程关闭。

109DB再生时，冷箱废气分成两路，其中一路为：再生气→183C→再生气流量控制阀(FV1046，逐步打开，流量控制在15 t/h)→分子筛干燥器再生气入口电磁阀(XV1161)→109DB→分子筛干燥器再生气出口电磁阀(XV1165)→废气手操阀(HV1022)→废气过滤器(144L)→一段炉烧嘴。在此过程中，阀门XV1160、HV1023、MOV1016、PV1048、MOV1018、PV1049B全程关闭，TV1042开度约12%。另一路为：剩余冷箱废气通过废气压力控制阀(PV1008)→HV1022→144L→一段炉烧嘴。

109DB冷却流程：冷箱废气→PV1008→XV1165→109DB→XV1161→HV1023→144L→一段炉烧嘴。此过程共耗时494 min，在初始150 min内，HV1022从全开按程序控制缓慢关至0，阀门MOV1018、PV1049B、MOV1016、PV1048、FV1046、XV1160全程关闭。

根据分子筛再生、运行切换周期时间计算，每年分子筛再生、运行切换约292次。分子筛干燥系统自投运以来，183C操作频繁，在分子筛再生加热阶段增加183C中压蒸汽加入量以提高再生气温度，并回收蒸汽冷凝液至脱氧槽；再生加热结束后，扣减再生时加入的中压过热蒸汽，就地排放183C剩余暖管的蒸汽冷凝液。长期反复加减蒸汽，183C管板与换热管连接处受频繁的温差交变应力的影响出现泄漏，引起分子筛失效，水穿透分子筛进入冷箱，造成冷箱结冰。2014年底至2015年3月，由于183C泄漏，系统被迫减负荷并2次停车处理；2015年3月至2017年4月，因183C泄漏，分子筛泡水失效，共更换4炉分子筛，造成巨大的经济损失。因管板与换热管接口处金属疲劳严重，183C经多次修复，不再具备修复条件。

183C为进口设备，更新设备所需周期长。为防止183C在冷热交变影响下再次发生损坏，从延长设备寿命角度考虑，经多次试验，总结出了一套183C恒温操作的方法。

109DA/DB再生的自动程序控制系统分为运行、再生、冷却、运行等四大步，包括24个小步，与183C相关联的再生为第6步和第18步。以109DB再生为例，109DA正常运行，程序控制109DB再生，此时MOV1018/1016关闭，XV1161/1165打开，HV1023关闭，控制FIC1046的设定值，由1507.5 kg/h逐渐提高至15075.0 kg/h；在FIC1046逐渐开大过程中，现场提高183C管程中压过热蒸汽加入量，使再生气温度升至237 ℃，当再生气流量稳定后维持运行705 min以实现干燥剂的再生；再生结束后，程序控制FIC1046逐渐全关，183C现场减中压过热蒸汽保持小流量暖管状态，冷凝液就地排放(若不就地排放，蒸汽冷凝液就可能使183C封头受热不均，发生形变，导致封头泄漏)。在该操作工艺中，TI1041在分子筛再生过程中维持在230 ℃左右，再生结束减蒸气后温度降至约50 ℃，温差约180 ℃，变化频次较高，183C受热应力冲击损伤较大。恒温操作前TI1041变化趋势见图 2。

图 2

恒温操作前TI1041变化趋势

如果能实现再生前后TI1041一直维持在230 ℃左右，183C就可避免热应力冲击，即保持183C管程中压过热蒸汽用量不变，同时维持183C壳程再生气量稳定，就可实现恒温操作。

(1) 在分子筛加热再生步骤结束前，TV1042开度在12%左右，通过183C加蒸汽截止阀控制TI1041温度为230~237℃，现场测量183C再生气出口总管管道温度(无在线温度检测，只能现场测温)，并做好记录。在总管竖直出口管线上、中、下3个不同点测温以减少误差，并在整个再生过程(705 min)内每隔30 min测温1次，总体数据汇总后的平均值见表 1。

由表 1可知，在再生过程中，183C总管出口管线温度基本保持恒定，无较大波动，此过程不会因温差变化大引发热应力冲击。

(2) 经确认, 144L、TV1042后相关管道、阀门温度在任何时候不得超过270 ℃极限值(设计温度为150 ℃)。

(3) 在分子筛加热再生步骤结束前，维持PIC1008为0.162 MPa左右，保持冷箱出口新鲜合成气氢氮比、废气量、183C中压过热蒸汽加入量不变。

(4) 在FV1046即将关闭前，将PIC1008调稳投手动，保持开度不变；在FV1046逐渐关闭的10 min内，主控通过调整TV1042开度保持PIC1008稳定，确保通过183C壳程的再生气量稳定；当FV1046完全关闭后，通过调节TV1042开度，将PIC1008调至0.162 MPa，保持再生气量稳定，然后将PIC1008投自动，记录TV1042开度，并在下槽分子筛加热再生前维持TV1042开度不变；现场测量183C再生气出口总管管道温度并做好记录(183C不投用期间每隔30 min测温1次，最后汇总取平均值)，见表 2。

通过调整操作，183C管程中压过热蒸汽用量维持不变，183C壳程的再生气量保持稳定，现场测温结果表明，183C出口管道温度基本维持稳定，可实现恒温操作。但随着操作的改变，TV1042后管线温度(TIC1042)出现超设计温度现象，最高温度可达200 ℃左右，具体温度波动趋势见图 3。

图 3

试验阶段TIC1042波动趋势

(5) 通过温度波动趋势发现，温度最高点出现在分子筛冷却步骤。当分子筛冷却时，高温气体被带出109DA/DB后，与183C加热的废气汇合，导致温度快速升高。针对此现象，在分子筛吹冷步骤维持PIC1008的设定值不变，当HV1022开度减小至35%左右时，停分子筛程序30 min，避免继续减小HV1022开度，通过增加进入分子筛干燥器的冷却气量带出蓄积的热量，即通过延长冷却时间，缓慢带出热量，可控制废气热波波峰低于150 ℃；30 min后投分子筛运行程序，记录TIC1042最大值、PV1008最大开度、PIC1029最高测量值及分子筛冷却末期出口冷却气温度(TI1663/1664)。延长冷却时间后TIC1042波动趋势见图 4。

图 4

延长冷却时间后TIC1042波动趋势

(6) 下一周期分子筛进入加热步骤时，FV1046逐渐打开，主控逐渐将TV1042开度从65%关小至上炉分子筛加热再生末期时的12%，183C再生气出口总管管道温度见表 3。

利用检修机会，在183C再生气出口总管管道处增设一在线温度监测点(TI1041A)，恒温操作后TI1041A波动幅度大幅减小，见图 5。

图 5

恒温操作后TI1041A波动趋势

通过调整操作方式，实现了183C恒温操作，183C温度基本维持在230~240 ℃，且TIC1042保持在150 ℃以下。恒温操作后TIC1042波动趋势见图 6。

图 6

恒温操作后TIC1042波动趋势

自2018年3月实施恒温操作以来，183C蒸汽加入量无需进行任何调整，通过控制进入183C的冷箱废气量即可保持183C内部温度处于稳定状态，消除了热应力带来的影响，183C再未出现泄漏问题。

实施恒温操作以来，183C再未发生泄漏，至少减少一次因183C泄漏造成的停车抢修，可有效避免以下损失。

(1) 183C泄漏导致分子筛穿透、冷箱结冰，冷箱停车解冻、开停车过程放空天然气约3×10⁶ m³(标态)，天然气价格按0.53元/m³计，费用为159.0万元。

(2) 更换两炉分子筛干燥剂，费用约为100.0万元。

(3) 停车5 d，减少尿素产量约12 kt，尿素利润按1 000元/t计，费用为1 200.0万元。

(4) 自2018年3月19日正式实施183C恒温操作以来，共回收蒸汽冷凝液约18 502 t，蒸汽冷凝液按10元/t计，费用约18.5万元。

综上所述，自183C实现恒温操作以来，可避免损失共计约1 477.5万元。

183C实现恒温操作以后，解决了因频繁加减蒸汽造成的设备损坏问题，回收了就地排放的蒸汽冷凝液，减轻了操作人员的劳动强度，避免了因泄漏导致的分子筛穿透、冷箱结冰等问题，为装置长周期运行创造了条件，取得了可观的经济效益和良好的社会效益。