专利名称：：合成氨装置中蒸汽发生器及其控制系统的制作方法
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。—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。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。具体实施方式以下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。3[0009]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26(TC降至17(TC，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25(TC，最高操作温度为26(TC，操作压力为8.45MPaG。合成气总量为45500Nm3/h，其组成及含量为:H20:51.5782%(v)，H2:23.4751%(v)，N2:0.0496%(v)，CO:23.2196%(v)，Ar:0.1777%(v)，CH4:0.2385%(v)，C02:1.2366%(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°C，入口压力为10MPaG，出口温度153。C，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，在曰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1、将该设备壳程直径由1500mm改为2000mm，即增加汽液分离空间，又保证在实际操作中换热管束始终浸在液面下。据现有厂房中该设备上方净空1500mm，改造后增加壳体直径的该设备仍有足够的安装空间。2、为保证蒸汽发生器运行中其顶部汽包内汽液分离效果，避免雾沫夹带，对汽包结构进行如下优化设计汽包立式筒体直径由900mm改为1200mm，增加汽液分离空间。3、汽包1内除沫器2结构型式由现有的丝网式横式放置除沫网改为立式波纹挡板式除沫器，并增设降液管3，增强汽液分离效果。4、由于除沫器型式的改变，与此相对应的汽包低压蒸汽出口N4管口的开口方向由顶部开口改为侧面开口。为保证生产运行更加安全可靠，在工艺流程设计上又采取如下措施1、设有蒸汽发生器液位自动控制系统L1CA-2011，蒸汽发生器上装有液位变送器LT-2011，控制液位高度，并在DCS上设有液位的高低位报警，使最低液面控制在蒸汽发生器内换热管束之上，以保证管束完全浸入液面下，避免产生界面腐蚀。2、严格按设计中蒸汽发生器产生1.0MPaG蒸汽的工况进行操作，设有PlC-2011压力控制系统，出口管上设有压力变送器PT-2011，产生1.OMPaG的蒸汽通过压力控制系统的调节阀调节至0.5MPaG后进入装置0.5MPaG蒸汽管网，严禁1.OMPaG的蒸汽直接进入0.5MPaG低压蒸汽管网。3、为保证生产安全，在蒸汽发生器低压蒸汽出口管线上设CO在线分析仪A1-2011，随时线监测含有C0的合成气是否泄漏到低压蒸汽管线中。蒸汽发生器工艺数据如表1表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>改造后的蒸汽发生器已投入使用，经过生产运转实践证明，针对蒸汽发生器及其控制系统的新设计从根本上杜绝了该设备内雾沫夹带现象和换热管泄露频发的情况，避免了生产运行中不安全因素，保证了该关键设备在极端苛刻的操作条件下安全、稳定运行。权利要求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(1)内设有立式波纹挡板除沫器(2)，设有降液管(3)，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；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。专利摘要本实用新型公开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；蒸汽发生器上设有液位变送器，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，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，随时监测含有CO的合成气是否泄漏到低压蒸汽管道中，本实用新型的有益效果十分显著，保证了装置长周期稳定运行，避免了汽液夹带现象的发生，操作稳定，生产安全，提高了装置的产量和产品的质量。文档编号F22B1/18GK201462779SQ200920093618公开日2010年5月12日申请日期2009年5月7日优先权日2009年5月7日发明者于国军,刘学线,史舸,吴茵,唐忠杰,孙德利,孙玉净,孟子恒,季明芝,巩传志,张慧,张木兰,朱晓晶,李伟,李欣平,李维波,李长富,梁瑾,王革申请人:中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院