氮氣壓縮機主冷凝器真空度低的分析與研究

胡文平，肖 其

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

氮氣壓縮機主冷凝器真空度低的分析與研究

胡文平，肖 其

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

大型化肥生產(chǎn)裝置中，主冷凝器的真空度對汽輪機裝置的效率、功率有重大影響。本文就實際生產(chǎn)過程中存在的問題，從主冷凝器端差、循環(huán)水水量、水質(zhì)等角度分析造成主冷凝器真空緩慢下降的原因，通過制定相應(yīng)的對策并實施應(yīng)用后，達(dá)到提高機組工作效率和運行周期的目的。

氮氣壓縮機；汽輪機；主冷凝器；真空度

中國石油寧夏石化公司一化肥合成氨裝置氮氣壓縮機為德國德馬克（DEMAG）公司制造的離心式壓縮機，產(chǎn)出8.0MPa，12.0MPa的高壓氮氣產(chǎn)品，由3.8MPa蒸汽輪機驅(qū)動。汽輪機主冷凝器真空度高低直接影響著機組的汽耗率和平穩(wěn)度；在壓縮機功率不變的情況下，真空度越高，汽輪機汽耗率越低。真空度低不僅直接影響汽輪機的安全運行和有效功率，而且直接影響著整套合成氨裝置8.0MPa高壓氮系統(tǒng)的平穩(wěn)供應(yīng)。2010-2012年氮氣壓縮機的真空度頻繁出現(xiàn)低的態(tài)勢，尤其在夏季高溫、高負(fù)荷生產(chǎn)時真空度低，不僅影響著裝置的高負(fù)荷穩(wěn)定生產(chǎn)，而且還威脅著蒸汽透平的安全運行。因此，氮氣壓縮機主冷凝器真空度低的問題已成為制約裝置高負(fù)荷運行的瓶頸問題。

1 氮氣壓縮機主冷凝器的工作原理

主冷凝器是3.8 MPa蒸汽驅(qū)動輪機做功后排出的蒸汽變成凝結(jié)水的熱交換設(shè)備。蒸汽在汽輪機內(nèi)完成一個膨脹過程后，在凝結(jié)過程中，排汽體積急劇縮小，原來被蒸汽充滿的空間形成了高度真空（見圖1）。凝結(jié)水則通過凝結(jié)水泵輸送進(jìn)鍋爐。

圖1 主冷凝器真空形成原理

3.8MPa蒸汽驅(qū)動輪機做功后，排汽進(jìn)入主冷凝器，經(jīng)過循環(huán)水冷卻后形成冷凝液，冷凝液送往鍋爐使用（見圖2）。為維持主冷凝器需要的真空，設(shè)置了由0.98MPa蒸汽驅(qū)動的抽氣器，其中不凝惰性氣體放入大氣。

圖2 氮氣壓縮機蒸汽冷凝液系統(tǒng)流程

2 影響主冷凝器真空度的原因

在正常生產(chǎn)中，影響真空度高低的原因有：汽輪機負(fù)荷；冷卻水進(jìn)出口溫度和流量；凝汽器傳熱面積和傳熱系數(shù)；凝汽器傳熱表面狀態(tài)；真空噴射器工作情況等因素。下面結(jié)合生產(chǎn)實際，對以下幾方面的主要原因進(jìn)行具體說明。

2.1 主冷凝器冷卻水流量小，換熱效率差

氮氣壓縮機主冷凝器冷卻水處于四大機組末端，總管水量的變化對機組的影響比較明顯（見表1）。

從壓縮機段間換熱器冷卻水量變化可以看出，水量的變化引起真空度的變化非常明顯，水量降低，主冷凝器的換熱效率下降，真空度下降，導(dǎo)致機組的運行效果差。當(dāng)循環(huán)水量不足時，汽輪機產(chǎn)生的泛汽在凝結(jié)器中被冷的量將減小，進(jìn)而使排汽缸溫度上升，凝結(jié)器真空下降；2011年水量的變化比較明顯。

2.2 主冷凝器冷卻水水質(zhì)差，堵塞管線

2011年，對氮氣壓縮機主冷凝器冷卻水入口加裝反沖洗過濾器，以此來應(yīng)對因水質(zhì)差，雜物進(jìn)入主冷凝器的可能。2011年至2012年4月反沖洗操作29次，反沖洗出來的雜質(zhì)有填料碎片、銹皮、泡沫、焊渣、木楔、木棒、鐵塊、塑料袋等（見圖3）。

圖3 主冷凝器入口冷卻水反沖洗洗出的雜質(zhì)

在每次執(zhí)行反沖洗操作后，都會沖出類似情況的雜質(zhì)，而且反沖洗后真空度也會有明顯的上升趨勢，但是持續(xù)運行短時間，還要再次反沖洗操作。說明水質(zhì)較差是直接影響主冷凝器換熱效率差的原因。

2.3 主冷凝器換熱器銅管結(jié)垢

主冷凝器換熱器在運行過程中，由于冷卻介質(zhì)冷卻水流經(jīng)銅管表面結(jié)垢，溶液中的菌藻、泥沙以及鐵銹等也逐漸沉積在表面，尤其在流速較低的死角區(qū)域內(nèi)。這導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱效率逐漸下降，嚴(yán)重時甚至?xí)氯麚Q熱管。2011年氮氣壓縮機主冷凝器主要運行參數(shù)（見表 2）。

從表2運行數(shù)據(jù)看，在冷卻水流量偏低情況下，冷卻水進(jìn)出口溫度大致相同，設(shè)計運行熱端端差為12℃，而實際端差在29℃，說明換熱器傳熱阻力明顯上升，表明換熱器結(jié)垢的可能性非常大。主冷凝器換熱器結(jié)垢致使氮氣壓縮機真空度下降嚴(yán)重，阻礙機組的穩(wěn)定運行和裝置的高負(fù)荷生產(chǎn)。

表1 氮氣壓縮機在同等負(fù)荷狀態(tài)下參數(shù)運行對照表

表2 主冷凝器主要運行參數(shù)對照

3 主冷凝器真空度低的處理措施

3.1 工藝系統(tǒng)優(yōu)化，平衡和調(diào)節(jié)用冷卻水量

通過增加冷卻水總管循環(huán)水量后，氮氣壓縮機和空氣壓縮機真空度有明顯的上升趨勢（見表3），確保了安全穩(wěn)定和高負(fù)荷生產(chǎn)。

表3 調(diào)整前后冷卻水流量變化

由表3可知：通過調(diào)整前后冷卻水量，機組的真空度會有所上升。

3.2 通過執(zhí)行反沖洗操作，確保高負(fù)荷運行下指標(biāo)和生產(chǎn)正常

從表4可以看出：反沖洗后真空度上升較明顯，所以執(zhí)行反沖洗有效杜絕了因冷卻水質(zhì)差，雜質(zhì)進(jìn)入主冷凝器管程中的危險，保證裝置在高負(fù)荷下生產(chǎn)。進(jìn)入2012年后，主冷凝器未再頻繁出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，真空運行穩(wěn)定。反沖洗流程（見圖4）。

圖4 氮壓機主冷凝器循環(huán)冷卻水入口反沖洗流程

3.3 對主冷凝器管程實施在線化學(xué)清洗操作，有效防止銅管堵塞或結(jié)垢

對于冷卻水水質(zhì)差導(dǎo)致銅管結(jié)垢問題，可對主冷凝器實施在線化學(xué)清洗措施。化學(xué)清洗就是將酸性溶液注入主冷凝器循環(huán)水冷卻中，針對水垢的特點選擇適當(dāng)?shù)那逑磩ㄟx擇氨基磺酸溶液）對水垢進(jìn)行洗滌，但從設(shè)備的安全性考慮，就必須控制酸性水的濃度，防止設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。

主冷凝器是管殼式換熱器，殼程是比較厚的鋼材，而管程是銅管構(gòu)成。所以，在化學(xué)清洗前要對水溶液進(jìn)行酸度測量、銅片腐蝕試驗。確保化學(xué)清洗既能有效清洗，又能保證對銅管的腐蝕降到最低。

經(jīng)過試驗，主冷凝器循環(huán)冷卻水出口處pH值保持在3.0左右時，清洗效果比較明顯，銅管腐蝕也會降到最低。化學(xué)清洗前后的數(shù)據(jù)對照（見表5）。

表4 主冷凝器冷卻水入口反沖洗前后參數(shù)對照

表5 氮氣壓縮機主冷凝器化學(xué)清洗前后真空變化

經(jīng)過對氮氣壓縮機主冷凝器實施了兩次化學(xué)清洗操作后，氮壓機的真空度平均提高10 kPa，主冷凝器循環(huán)冷卻水的出口溫度平均降低了7℃，通過對照段間換熱器的水量，進(jìn)段間換熱器的水量降低，表明進(jìn)入主冷凝器的水量增加。表明經(jīng)過化學(xué)清洗后，銅管堵塞或結(jié)垢的問題得到了解決。

4 結(jié)論

氮氣壓縮機作為整套合成氨裝置的主體機組，長期以來，受到氣溫、水溫等外界因素的影響而導(dǎo)致主冷器真空度下降，裝置被迫降負(fù)荷。經(jīng)統(tǒng)計，從2010年4月至2011年3月裝置共降負(fù)荷18次。通過采取多項舉措并執(zhí)行優(yōu)化和維護(hù)后，2011年因主冷凝器真空度低導(dǎo)致系統(tǒng)降負(fù)荷僅為1次。2012年因主冷凝器真空度低導(dǎo)致系統(tǒng)降負(fù)荷次數(shù)為0次；在低負(fù)荷運行下，不但能耗上升，而且影響機組的安全穩(wěn)定運行，因此，有效保障壓縮機的真空度，對實現(xiàn)安全高負(fù)荷運行和節(jié)能降耗起著至關(guān)重要的作用。

Analysis and reserch on low of vacuum in m ain condenser of nitrogen compressor

H U Wen p ing，X IAO Qi
（NingXia Petrochemical Company，PetroChina，Yinchuan Ningxia750026，China）

Large-scale fertilizer production-line,the vacuum of main condenser of steamturbine has a great impact on efficiency and power,which effect directly the economy and stability of the whole equipment.The article,from several elements,such as difference between the two sides（inlet and outlet）of themain condenser,capacity of cooling water,and the nature of cooling water,discuss the problems in practical production,aswell as analyze the reason why the vacuum is coming down.In order to increase working efficiency and long-term working period,we search for the best and efficientmethods to solve these problems.

nitrogen compressor；steam-turbine；main-condenser；vacuum

10.3969/j.issn.1673-5285.2013.03.029

TE964

A

1673-5285（2013）03-0112-04

2013－02-25