甲烷餾分的各設(shè)計(jì)參數(shù)：流量10609m3/h，壓力01135MPa（A）（壓縮前），溫度35e，體積組成CO13188，H22138，CH478121，N2 Ar5156.在主換熱器中，上部參加換熱的介質(zhì)是經(jīng)液氮洗滌后的合成氣和噴入合成氣中的液氮，最終被復(fù)熱到-65e.下部參加換熱的介質(zhì)大部分為液態(tài)的尾氣餾分。
液氮洗工號(hào)由法國(guó)液空公司設(shè)計(jì)，主換熱器由日本住友設(shè)計(jì)制作，采用板翅式換熱器。改造原因1）甲烷餾分組成嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值。液氮洗工號(hào)自原始開車到1999年3月，運(yùn)行負(fù)荷在-143-155e之間波動(dòng)，達(dá)不到設(shè)計(jì)-167e，第一分離器中始終不能產(chǎn)生液體，失去了分離甲烷的作用。
所有的甲烷集中在第二分離器中。甲烷餾分中甲烷濃度低，一氧化碳濃度高，嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值。2）合成氨系統(tǒng)投入高產(chǎn)出低。與設(shè)計(jì)值比較，1998年合成氨系統(tǒng)造氣爐產(chǎn)氣量為101，產(chǎn)出合成氨僅有82，另外，19被浪費(fèi)。
3）甲烷轉(zhuǎn)化工號(hào)操作維護(hù)困難。實(shí)際運(yùn)行中甲烷餾分中的一氧化碳含量超標(biāo)，是設(shè)計(jì)含量的2倍以上，造成甲烷轉(zhuǎn)化工號(hào)預(yù)變換爐嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行，爐溫高且出口一氧化碳時(shí)常超標(biāo)，進(jìn)入甲烷轉(zhuǎn)化爐后，不可避免要發(fā)生析碳，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化催化劑使用壽命短，平均只有6個(gè)月。
原因分析造成甲烷餾分達(dá)不到設(shè)計(jì)值的原因?qū)嶋H運(yùn)行中T2只有-151e，甲烷在此處不能冷凝。高濃度甲烷餾分沒有分離出來(lái)，高濃度甲烷液體和低濃度甲烷液體全部在第二分離器中分離，混合后送出的甲烷餾分中甲烷含量低；因?yàn)橹鲹Q熱器底部溫度過(guò)低，一氧化碳冷凝量增加，導(dǎo)致甲烷餾分中一氧化碳濃度增大。
冷損大的原因分析由于主換熱器中抽溫度T2和底部溫度T3均偏離設(shè)計(jì)值；甲烷餾分組成發(fā)生變化，蒸發(fā)溫度改變，波及整個(gè)液氮洗裝置運(yùn)行工況發(fā)生變化，各換熱器不能按照設(shè)計(jì)意運(yùn)行，熱端溫差加大。氣體帶出冷量增加是冷損增大的主要原因之一。
確定存在問(wèn)題的部位甲烷餾分全部在主換熱器中冷凝。綜觀主換熱器的運(yùn)行情況，底部?jī)艋瘹獾某隹跍囟龋?188e）、凈化氣組成能夠達(dá)到或者超過(guò)設(shè)計(jì)值，應(yīng)該冷凝的組分在主換熱器中已經(jīng)全部冷凝，并且被復(fù)熱的合成氣可以達(dá)到-65e，可以認(rèn)為冷熱物料基本上是平衡的，整體的換熱能力能夠達(dá)到工藝要求，問(wèn)題出自換熱器各段的溫度分布不合理，應(yīng)該從主換熱器內(nèi)部找原因。
主換熱器問(wèn)題分析從（改造前）可以看出，主換熱器可以分為3段：段為凈化氣被冷卻和大量的甲烷冷凝區(qū)，凈化氣經(jīng)過(guò)該段之后，溫度降到-167e（設(shè)計(jì)）。ò段為經(jīng)第一次分離甲烷后的凈化氣深冷區(qū)。凈化氣繼續(xù)與具有高品位冷量的合成氣換熱，溫度進(jìn)一步下降至大約-177e左右。ó段為凈化氣再深冷區(qū)，與其換熱的介質(zhì)是經(jīng)過(guò)閃蒸的氣液混合的尾氣餾分。
改造前后主換熱器示意A1）凈化氣入口；A2）中抽出口；A3）中抽入口；A4）凈化氣出口；B1）合成氣入口；B2）合成氣出口；BL、BLL）液氮入口處；C1）尾氣餾分入口；C2）尾氣餾分出口經(jīng)過(guò)核算，段、ò段的物料、熱量是平衡的，能夠使下部?jī)艋瘹鉁囟冗_(dá)到設(shè)計(jì)溫度，段、ò段整體與工藝要求不矛盾。問(wèn)題出自段、ò段傳熱面積的分布上。進(jìn)一步核算后發(fā)現(xiàn)，段與ò段的傳熱面積全部達(dá)到了理論值，但段的后備量明顯不足，而ò段的后備量太大，造成傳熱下移，各點(diǎn)的溫度分布發(fā)生變化，即甲烷冷凝全部集中在ò段，段出口分離不出甲烷液體。對(duì)段、ò段的傳熱面積需要重新調(diào)整。ó段是另外的介質(zhì)與凈化氣換熱，且在換熱器末端，對(duì)段、ò段幾乎沒有影響。
實(shí)施改造主換熱器是整體組裝的板翅式換熱器，對(duì)原換熱器改造只能是減少ò段傳熱面積，可以采用堵塞部分ò段通道的方法，但ò段、ó段的通道是一個(gè)整體，堵塞ò段部分通道相當(dāng)于ó段部分通道也被堵塞，勢(shì)必影響ó段傳熱，并且段后備量不足的問(wèn)題不能得到解決。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)特殊，除堵塞通道之外別無(wú)選擇，所以對(duì)原換熱器改造是不可能的。綜合施工周期等因素，決定重新制作主換熱器。重新制作的主換熱器的基本情況（改造后）。