СИНТЕЗ АММИАКА

Схема N 601

 

Свежая азотоводородная смесь после сжатия в четвертой секции компрессора 401, с давлением не более 320 кгс/см2 (32 МПа) и охлаждения в конечном воздушном холодильнике 429-IV до температуры не более 43°С направляется в нижнюю часть конденсационной колонны 605, где барботируя через слой жидкого аммиака, промывается от следов влаги и углекислоты и смешивается с циркуляционным газом, идущим из испарителя жидкого аммиака 606.

Смесь свежего и циркуляционного газа, пройдя по трубкам теплообменника конденсационной колонны, направляется в межтрубное пространство теплообменника 602, где нагревается до температуры не выше 195°С теплом встречного газа, идущего по трубкам, и далее поступает в колонну синтеза 601. Регулятор ТС601 может поддерживать температуру циркуляционного газа в колонну синтеза 601, как в ручном так и автоматическом режиме.

Количество циркуляционного газа не менее 750000 нм3/час, поступающего в колонну синтеза 601, контролируется прибором F-604.

Основной поток газа поступает в нижнюю часть колонны синтеза и поднимается по кольцевому зазору между корпусом колонны и стенкой катализаторной коробки в верхнюю часть колонны; где расположен встроенный теплообменник. На входе газа в колонну установлена заслонка НСV-606 .

При повышении температуры корпуса колонны синтеза 601 до максимальных значений 345°С фланца встроенного теплообменника и 245°С стенок колонны срабатывает сигнализация Т-616 . Регулятор ТС-616 управляет заслонкой НСV-606 и может работать как в ручном, так и автоматическом режиме.

В автоматическом режиме при разогреве катализатора колонны синтеза при повышении температуры корпуса колонны синтеза до температуры 200⁰С, во время пуска, регулятор ТС-616,приоткроет заслонку НСV-606 (регулятор работает только на открытие).

Проходя по межтрубному пространству встроенного теплообменника, газ нагревается до температуры начала реакции 400-440°С за счет теплообмена с газом, выходящим из катализаторной коробки, и поступает на первую полку. Газ последовательно проходит 4 полки с катализатором, где при давлении не более 320 кгс/см2 (32 МПа) и температуре 440-530°С происходит экзотермическая реакция образования аммиака из азотоводородной смеси:

3Н2 + N2 = 2NНз + Q

Для поддержания нормального температурного режима в зоне реакции перед каждой полкой предусмотрена подача газа по холодным байпасам. Регулирование подачи газа по байпасам может осуществляться автоматически по температуре в катализаторных слоях колонны синтеза регуляторами ТС-604,605,608,611 из ЦПУ при помощи заслонок, установленных на каждом байпасе. Регулятор отслеживает температуру катализатора на полке колонны синтеза аммиака и в соответствии с заданием изменяет сигнал на регулирующий клапан. Регулирование может осуществляться и в ручном режиме . Максимальная температура 530°С на выходе с 1,2,3,4 полок сигнализируется по Т-614. При появлении сигнала - “БЛОКИРОВКА”- остановке компрессора 401- заслонки ТV-604, 605, 608, 611 – автоматически переводятся в режим ручного управления и автоматически закрываются.

Пройдя четвертый слой катализатора, азотоводородноаммиачная смесь с содержанием аммиака 14-16,5% и температурой не выше 530°С поднимается по центральной трубе, а затем проходит по трубкам внутреннего теплообменника, охлаждаясь до температуры 300-335°С. Предусмотрен автоматический анализ циркуляционного газа на содержание аммиака по Q-604 на выходе из колонны синтеза 601 перед выносным теплообменником 602.

Далее газовая смесь поступает в трубное пространство подогревателя 603, где избыточное тепло реакции синтеза используется для подогрева питательной воды, направляемой затем в паросборник 109 для получения пара давлением 102-109 кгс/см² (10,2-10,9 МПа). Максимальная температура газа 335°С перед подогревателем 603 сигнализируется по Т-615. Сигнализируется также максимальная температура нагреваемой воды Т-625 310°С и максимальная температура газа 240°С Т-618 после подогревателя поз.603. Предусмотрен замер электропроводности воды Q-605, выходящей из подогревателя 603, с целью выявления неплотностей в подогревателе. Максимальное значение электропроводности 40 мкСм/см сигнализируется в ЦПУ. Управление подачей воды в подогреватель 603 производится с помощью клапана НСV-607 регулятором ТС- 625, от температуры (Т625) питательной воды после теплообменника 603 с упреждающим воздействием по изменению количества подводимого тепла с ограничением по максимуму температуры (Т618) циркуляционного газа на выходе из теплообменника 603.

Регулятор ТС-618, ограничивает максимальную температуру (Т-618) циркуляционного газа на выходе из теплообменника 603.

Возможна работа регулятора ТС 625 в трех режимах управления: ручной, автоматический и каскадный.

Ручной режим обеспечивает дистанционное управление клапаном. Каскадный – заданием регулятору служит температура питательной воды на входе в паросборник. По сигналу остановки компрессора поз.401 регулятор переводится в ручной режим и регулирующий клапан автоматически закрывается.

Одновременно выдается сигнал на закрытие соленоида SV-607 регулирующего клапана HCV-607. Пока выдается сигнал на соленоид, всякое управление регулирующим клапаном HCV-607 не доступно.

Предусмотрен замер расхода F6ЗО циркуляционного газа из рулонированной части аппарата 603 с целью выявления неплотности корпуса аппарата.

Максимально допустимое значение расхода 2,5 нм3/ч. Установлен показывающий прибор по месту и имеется показание расхода на ЦПУ. Есть светозвуковая сигнализация при достижении максимального расхода 2,0 нм3/ч. Перепад давления циркуляционного газа между входом в колонну синтеза 601 и выходом из подогревателя воды 603, характеризующий сопротивление колонны синтеза, замеряется прибором DР-602, с сигнализацией максимального значения 19 кгс/см² (1,9 МПа) и автоматическим переводом компрессора 401 на байпасный режим при росте сопротивления до 20 кгс/см² (2,0 МПа).

Для защиты насадки колонны синтеза и трубчатки теплообменника 602 от превышения расчетного перепада давления установлены два перепускных клапана SV-22 а,б, соединяющих линию входа газа в межтрубное пространство теплообменника 602 и линию входа газа в аппарат воздушного охлаждения 604 при достижении перепада 23 кгс/см² (2,3 МПа).

После подогревателя воды 603 газ с температурой не более 240°С проходит трубное пространство теплообменника 602, охлаждаясь до 45-75°С газом, идущим по межтрубному пространству и поступает в аппараты воздушного охлаждения 604, где из газа конденсируется часть аммиака. Сигнализируется остановка вентиляторов 604, причина остановки и их текущее состояние.

Для снижения температуры охлаждающего воздуха в летнее время в аппарат воздушного охлаждения предусмотрен впрыск частично обессоленной воды.

Для предотвращения замерзания влаги в период восстановления катализатора синтеза аммиака в зимнее время предусмотрен впрыск жидкого аммиака от насосов 425 в циркуляционный газ перед аппаратом воздушного охлаждения 604.

Регулятор ТС-623 температуры циркуляционного газа после АВО поз. 604 служит для позиционного управления включением-выключением вентиляторов по отклонению температуры Т-623 (температура 21-43°С). При остановке компрессора 401 вентиляторы автоматически останавливаются.

Сконденсировавшийся аммиак отделяется в сепараторе 621, а газовая смесь, содержащая 11-13% об. аммиака, с температурой 21-43°С и давлением не более 300 кгс/см² (30 МПа), направляется на всас циркуляционного колеса азотоводородного компрессора 401, где дожимается до давления не более 319 кгс/см² (31,9 МПа), компенсируя потери давления в системе. Предусмотрен автоматический анализ циркуляционного газа после сепаратора 621 на содержание аммиака по Q-607.

Из циркуляционного колеса газовая смесь с температурой не выше 55°С идет на вторичную конденсационную систему, состоящую из конденсационной колонны 605 и испарителя жидкого аммиака 606. Газ подается сверху в конденсационную колонну 605, проходит межтрубное пространство теплообменника, охлаждаясь газом, идущим по трубкам до температуры не более 25°С.

Далее газ поступает в испаритель жидкого аммиака 606, где, проходя по трубкам высокого давления, охлаждается до температуры минус12 ÷ (+3)°С за счет аммиака, кипящего в межтрубном пространстве.

Газообразный аммиак из межтрубного пространства испарителя 606 направляется на две абсорбционно-холодильные установки с температурой испарения минус 12°С, где сжижается и подается обратно в испаритель 606.

Уровень жидкого аммиака в испарителе 606 поддерживается регулятором LС-610 подачей жидкого аммиака с коррекцией по температуре (Т622) циркуляционного газа на выходе. Регулятор LС-610 может поддерживать три режима управления: ручной, автоматический и каскадный. Каскадный режим обеспечивает автоматическое поддержание температуры циркуляционного газа.

Предусмотрена сигнализация крайних положений уровня. При появлении сигнала “БЛОКИРОВКА” при остановке компрессора 401, регулирующий клапан LV-610 автоматически переводится в режим ручного управления и втоматически закрывается.

Так как в испаритель 606 попадает некоторое количество влаги с жидким аммиаком из абсорбционно-холодильных установок, а постепенное накапливание ее в испарителе ухудшает его работу, в схеме предусмотрена линия для дренирования флегмы из испарителя . Перепад давления газообразного аммиака в испарителе 606 и абсорберах АХУ поддерживает заслонка управляемая регулятором DРС-607. За счет перепада давлений флегма выдавливается в АХУ. Давление газообразного аммиака в испарителе 606 контролируется по Р-607 с сигнализацией максимального значения 6 кгс/см2 (0,6 МПа).

Из трубного пространства испарителя 606 смесь охлажденного циркуляцион-ного газа и сконденсировавшегося аммиака поступает в сепарационную часть конденсационной колонны 605, где происходит отделение жидкого аммиака от газа. В сепарационной части конденсационной колонны циркуляционный газ смешивается со свежим газом, смесь проходит корзину с кольцами Рашига, где дополнительно сепарируется от капель жидкого аммиака и цикл циркуляции газа в системе повторяется.

Жидкий аммиак с температурой 21-43°С, отделившийся в сепараторе 621, проходит магнитные фильтры жидкого аммиака 609, где очищается от катализаторной пыли, дросселируется до давления 18-20 кгс/см² (1,8-2,0 МПа) и поступает в сборник 610.

Жидкий аммиак, отделившийся в конденсационной колонне 605, после дросселирования направляется в сборник 610.

Расход продукционного аммиака на выходе из сборника 610 до 59,2 т/ч контролируется диафрагмой F-603.

Уровень в сборнике поддерживается автоматическими регуляторами LC-605-1 и LС-605-2 выдачей жидкого аммиака в АХУ для переохлаждения до температуры -34°С. Каждый регулятор поддерживает два режима управления: ручной и автоматический. Регуляторы сблокированы между собой. При переводе регулятора в автоматический режим, другой переходит в режим ручного управления, если до этого был в автоматическом.

Предусмотрена сигнализация крайних положений уровня. При максимальном значении уровня 75% открывается отсечной клапан НСV-608 на выдаче жидкого аммиака в аварийное хранилище склада жидкого аммиака корп.302.

В сепараторе 621 и конденсационной колонне 605 автоматически поддерживается постоянный уровень жидкого аммиака регулятором уровня LС-603, 604 и LС-601,602, соответственно. Предусмотрена сигнализация положений уровня-предмаксимум, предминимум, а также аварийная сигнализация - максимум, минимум.

Для предотвращения прорыва газа из сепаратора и конденсационной колоны в сборник 610, а также для переброса жидкого аммиака в линию газа при переполнении сепаратора 621 и конденсационной колонны 605 предусмотрены автоматические защитные блокировки LS-603 и LS-601, позволяющие отсечь линию выпуска жидкого аммиака при минимальном уровне в сепараторе или конденсационной колонне отсекателями HCV-615, (HCV-616) и HCV-601, (HCV-602), или открыть отсекатели HCV-616, (HCV-615) и HCV-602, (HCV-601) на резервных линиях выдачи жидкого аммиака при максимальном уровне в них.

При уровне аммиака 85% (LS-603,604) в сепараторе 621, срабатывает блокировка на отключение азотоводородного компрессора 401 для предотвращения попадания жидкого аммиака в циркуляционное колесо компрессора.

В результате дросселирования жидкого аммиака с высокого давления до 18-20 кгс/см² (1,8-2,0 МПа) происходит выделение танковых газов, содержащих растворенные газы Н₂, N₂, СН₄, Аr и аммиак. Конденсация аммиака из танковых газов происходит в трубном пространстве испарителя 613 за счет холода испаряющегося жидкого аммиака при температуре испарения минус 34°С. На линии жидкого аммиака в испаритель 613 установлен регулирующий клапан LV-608 , поддерживающий уровень в испарителе в автоматическом режиме. При максимальном и минимальном уровне срабатывает сигнализация. При появлении сигнала “БЛОКИРОВКА” - остановке компрессора 401, клапан LV-608 переводится в режим ручного управления и автоматически закрывается. Из испарителя 613 танковые газы и сконденсировавшийся аммиак поступает в сепаратор 614, где жидкий аммиак отделяется и поступает в сборник 610.

Предусмотрен автоматический регулятор РС-6О3, поддерживающий постоянное давление 18-20 кгс/см² (1,8-2,0 МПа) в сборнике жидкого аммиака 610 выдачей танковых газов и сигнализирующий о повышении давления в сборнике до 21,5 кгс/см² (2,15 МПа).

В свежем газе, поступающем в агрегат синтеза, содержатся инертные газы (СН₄, Аr), которые, накапливаясь в системе, снижают эффективное давление азотоводородной смеси и, следовательно, степень превращения азота и водорода в аммиак.

Для регулирования концентрации инертных газов в системе синтеза и поддержания инертных газов на определенном уровне предусмотрена постоянная продувка газа после первичной конденсации аммиака на выходе циркуляционного газа из сепаратора 621. Предусмотрено автоматическое регулирование количества продувочных газов с помощью регулятора FС-602 двумя параллельно работающими клапанами FV-602-1 и FV-602-2.

Количество продувочных газов (F-602) может меняться на протяжении пробега колонны синтеза, увеличиваясь к концу пробега. В начале работы, когда катализатор наиболее активный, требуемая производительность достигается при меньшем рабочем давлении и при более высоком содержании инертных примесей. В конце пробега колонны требуется снижение содержания инертных примесей выдачей продувочных газов после сепаратора 621.

Продувочные газы на вымораживание аммиака поступают в межтрубное пространство теплообменника конденсационной колонны 611, охлаждаются за счет теплообмена с газом, идущим из испарителя 612, проходят по трубкам испарителя 612, в межтрубном пространстве которого кипит аммиак при температуре минус 34°С.

На линии жидкого аммиака в испаритель 612 установлен регулирующий клапан LV-609 , поддерживающий уровень в испарителе в автоматическом режиме.

При максимальном 65% и минимальном 35% уровне срабатывает сигнализация. При остановке компрессора 401, клапан LV-609 переводится в режим ручного управления и закрывается. Из испарителя 612 продувочные газы возвращаются в сепарационную часть конденсационной колонны для отделения сконденсировавшегося аммиака от газа. Продувочные газы с содержанием аммиака 1,2% поднимаются по трубкам теплообменника, нагреваются до температуры 35-40°С вновь поступающими газами, проходят узел регулирования FV-602/1,2, соединяются с танковыми газами и направляются на сжигание в трубчатую печь 107 или факельную установку 725.

В конденсационной колонне поз.611 автоматически поддерживается постоянный уровень жидкого аммиака регулятором LС-606,607, предусмотрена сигнализация положений уровня - предмаксимум 75%, предминимум 25%.

Для предотвращения прорыва газа из конденсационной колонны 611 в сборник жидкого аммиака 610, а также переброса жидкого аммиака из колонны в линию продувочных газов предусмотрена автоматическая защитная блокировка LS-606, LS -607, позволяющая отсечь линию выпуска жидкого аммиака при минимальном уровне 10% в конденсационной колонне отсекателем НСV-603 (НСV-604), а также открыть отсекатель НСV-604 (НСV-603) на "резервной" линии выдачи жидкого аммиака в сборник 610 при максимальном уровне 90% в колонне.

Флегма из испарителей 612, 613 подается в абсорбционную холодильную установку Тисп.= -34°С. Газообразный аммиак из испарителей 612, 613 с температурой минус 28-минус 33°С и давлением 0,05 кгс/см² (0,005 МПа) направляется в абсорбционно-холодильную установку с температурой испарения минус 34°С, где он сжижается и подается обратно в испарители 612, 613. Давление газообразного аммиака контролируется по Р-608 с сигнализацией максимального значения 4 кгс/см² (0,4МПа). Предусмотрен автоматический анализ (Q-606) газообразного аммиака на выходе из аммиачных испарителей 606, 612, 613 на водород с сигнализацией повышения до 0,1% объемной доли Н₂.

Для предотвращения замерзания влаги в период восстановления катализатора синтеза аммиака в зимнее время предусмотрен впрыск жидкого аммиака от насосов 425 в циркуляционный газ перед аппаратом воздушного охлаждения 604.

Для поддержания колонны синтеза 601 в "горячем резерве" при остановленных в ремонт смежных отделениях, предусмотрена линия приема АВС с агрегата ТЕС с подачей АВС в линию циркуляционного газа перед перепускными клапанами SV-22 и последующей подачей на выход циркуляционного газа (л.604) из конденсационной колонны 605.

Также предусмотрен узел выдачи АВС на агрегат ТЕС с линии продувочного газа (л.673) после конденсационной колонны 611, с врезкой в линию приема АВС.

При нормальной работе агрегата АМ-76 и агрегата ТЕС трубопровод передачи АВС между агрегатами находится в резерве под остаточным давлением АВС. Арматура на линиях приема и выдачи АВС должна быть закрыта (вентиля Н-1, Н-2, Н-3, Н-4), а на линии выдачи АВС с агрегата должна быть установлена заглушка.

Для предотвращения возможности образования карбаматов и осаждения их на рабочих колесах компрессора предусмотрена подача жидкого аммиака поршневыми насосами 425 (1,2) в линию нагнетания 2-ой ступени компрессора 401. Образовавшиеся углеаммонийные соли отделяются в сепараторах 430, 431, 432 вместе с конденсатом. Для предотвращения размораживания трубок АВО, предусмотрена подача жидкого аммиака в линию АВС перед воздушным холодильником 504 после метанирования, в зимнее время жидкий аммиак перед холодильником подается сразу после остановки компрессора 401. Жидкий аммиак на всас насосов 425 поступает из сборника 610. Сигнализируется (Р-620,621) предминимальное 1,0 МПа и минимальное 0,7 МПа давление на всасе насосов. При минимальном давлении, а также при остановке компрессора 401, автоматически останавливается насос 425. Сжатый жидкий аммиак после насосов 425 распределяется по отдельным потокам по назначению.

Продукционный аммиак с температурой 10-20°С и с расходом 20-62 т/час, контролируемым диафрагмой F-603, из сборника жидкого аммиака 610, уровень в котором поддерживается автоматическим регулятором LC-605, поступает в межтрубную часть переохладителя 918А, где охлаждается до температуры минус 10°С за счет подачи в трубную часть аммиака из изотермического хранилища. Далее продукционный аммиак через клапан LV-605/1 поступает в расширительный сосуд 917 А, в котором происходит отделение инертов от аммиака. После расширительного сосуда 917А продукционный аммиак поступает в переохладитель 918В, где охлаждается аммиаком, поступающим со склада до температуры минус 25°С и подается в расширительный сосуд 917В, в котором охлаждается до температуры минус 34°С. В сепараторе 917В происходит дополнительное отделение инертов от жидкого аммиака. Смесь газообразного аммиака с инертами (90% аммиака и 10% инертов) после расширительного сосуда 917А поступает в абсорбер 906А (АХУ-7/12), после сепаратора 917В - в абсорбер 906В (АХУ-2/34). Абсорбированный в 906А газообразный аммиак из сепаратора 917А восполняется жидким аммиаком из ресивера 904А установки АХУ-7/12. Из расширительного сосуда 917В продукционный аммиак насосом 923В подается в изотермическое хранилище корп.335.

В зависимости от конкретных условий работы агрегата могут быть следующие варианты выдачи продукционного аммиака:

1. При работе агрегата аммиака с рекуперацией холода весь продукционный аммиак с температурой минус 34°С направляется в изотермическое хранилище корп.334, откуда выдается в цех аммиак-2 для рекуперации холода и возвращается на склад жидкого аммиака корп.335 с температурой +2°-+4°С для выдачи потребителям.

2. При работе агрегата без рекуперации холода весь продукционный аммиак из производства аммиака выдается в изотермическое хранилище с температурой не более минус 34°С и не возвращается обратно в производство аммиака. Выдача теплого аммиака не производится. Переохладители отключаются по трубному пространству, а по межтрубному проходит жидкий аммиак без теплообмена из сборника жидкого аммиака в АХУ.

3. Возможен вариант полной или частичной выдачи "теплого" аммиака непосредственно на склад корп.302 из сборника 610. Аммиак выдается через клапан LV 605/2.

В случае остановки производства аммиака прекращается рекуперация холода и выдача теплого аммиака на склад и потребителю.

Для сбора дренажных сбросов из аппаратов 610, 626 содержащих аммиак, освобождения фильтров 609 от аммиака для их чистки, освобождения уровнемерных колонок аппаратов 605, 611, 621 установлена промежуточная дренажная емкость 616.

Сброс аммиачной воды (концентрация аммиака до 98%) при восстановлении катализатора производится из сборника 610 по специальному трубопроводу в склад жидкого аммиака корп.302.

 

При разогреве и восстановлении катализатора в колонне синтеза аммиака часть газа после теплообменника 602 направляется в пусковой подогреватель 607, проходит по трубкам змеевиков, где нагревается за счет тепла, выделяемого при сгорании природного газа в межтрубном пространстве, и поступает на первую полку катализатора. На входе газа в 607 установлен электровентиль HCV-610.

Расход газа через подогреватель контролируется по прибору F–601 с сигнализацией на ЦПУ предминимального расхода – 21000 нм³/час. При минимальном значении расхода 20000 нм³/час (режим работы: «АВС с АМ-76»), 5000 нм³/ч (режим работы: «АВС с ТЕС») автоматически закрывается отсечной клапан HCV-624 на линии природного газа в горелки подогревателя.

Давление природного газа в горелки поддерживается регулятором РС-609 с сигнализацией предминимума 0,35 кгс/см² (0,035Па) и минимума 0,2кгс/см² (0,02Па), при минимальном (PS-609) значении давления природного газа автоматически закрывается отсечной клапан НСV-624.

Погасание пламени в горелках (KAS-601) подогревателя сигнализируется в ЦПУ. При погасании пламени (4 из 4-х) автоматически закрывается отсечной клапан НСV-624 на линии природного газа.

Разрежение в топочном пространстве подогревателя 607 контролируется по Р-628 с сигнализацией и автоматическим закрытием отсечного клапана НСV-624 на линии природного газа при уменьшении разрежения до +5 кгс/м² (PS-628). Температура дымовых газов на выходе из подогревателя контролируется по Т-632 с сигнализацией максимальной температуры 800°С . Температура стенки змеевика контролируется по Т-631,630 с сигнализацией максимальной температуры 600°С. Для предохранения стенки змеевика от перегрева предусмотрена блокировка (PS-630,631), отсекающая подачу топливного газа на горелки подогревателя 607 (отсекатель НСV-624) при достижении температуры змеевика 640°С.

Для изменения расхода газа, проходящего через колонну синтеза при нарушениях режима её работы или при пуске и остановке, предусмотрена линия «длинного» байпаса, расход газа по которой контролируется прибором F-605 и регулируется электровентилем НСV-609.

Для сброса газа в атмосферу при аварийном положении в системе синтеза с линии циркуляционного газа после сепаратора 621 предусмотрены аварийные сбросы при помощи электровентилей с дистанционным управлением НСV-611 и HСV-612.

Для разогрева аппаратов и трубопроводов перед пуском в зимнее время имеется подвод азота от азотодувки 404 через съемный участок в линии ГЦ 1-408-601 после ЕмV-5, ГЦ 1-409-610 после ЕмV-9.

Сброс газообразного аммиака из предохранительных клапанов испарителей 428, 606, 612, 613 осуществляется через сепаратор п. 626.