氨壓縮機(jī)段間冷卻器在線堵漏創(chuàng)新技術(shù)及運(yùn)行評(píng)價(jià)

樊雙新，邵 軍

（河南煤化集團(tuán)中原大化公司，河南 濮陽(yáng) 457004）

1 概 述

河南中原大化有限責(zé)任公司年產(chǎn)300kt合成氨裝置，是我國(guó)引進(jìn)的具有上世紀(jì)八十年代國(guó)際先進(jìn)水平的大型合成氨裝置。它以天然氣為原料，日產(chǎn)合成氨1 000t；采用UHDE－AMV低能耗工藝流程。在氨合成工序，混合氣中氨與未反應(yīng)的氮?dú)?、氫氣的分離是采用普通冷凍的方法。據(jù)在溫度相同、壓力相同的條件下，氣氨的液化溫度比氮?dú)?、氫氣都要高，更加容易冷凍下?lái)這一特性，利用溫度較低的液氨作為氣氨的冷凍劑，將氣氨冷凝，而后與未液化的氮?dú)?、氫氣分離。這樣一來(lái)，作為冷凍劑的液氨的溫度，直接影響到合成工序混合氣中氣氨的含量；冷凍劑溫度的增高，直接影響到合成塔入口的氨凈值，增加了氣氨分壓，降低了合成塔的轉(zhuǎn)化率。

2 冷凍回路工藝流程簡(jiǎn)介

我公司采用的氨壓縮機(jī)裝置為兩級(jí)氨冷的冷凍循環(huán)，選用了2MCL528單缸兩段離心式壓縮機(jī)，由HG32／20背壓式蒸汽透平（09MT01）驅(qū)動(dòng)。來(lái)自第一氨冷器（08E005）的氣氨和來(lái)自第二氨冷器（08E006）及氣體冷卻器（10E004）的氣氨，分別進(jìn)入氨壓縮機(jī)（09K001）一段的吸入側(cè)，經(jīng)一段壓縮入段間冷卻器（09E005）冷卻后再與從氨閃蒸槽（09D001）來(lái)的氣氨匯合，于42℃、0.908MPa進(jìn)入09K001的二段吸入側(cè)，壓縮至1.56MPa、100℃，經(jīng)水冷器（09E002A／B），氣氨液化為液氨，入氨收集器（09D002），然后流經(jīng)換熱器（09E003A／B）。氨閃蒸槽（09D001）及產(chǎn)品氨加熱器（09E004）液氨與來(lái)自閃蒸槽（08D001）的冷氨進(jìn)行換熱，使之冷卻減壓降溫，重新作為冷凍劑送往第一、二氨冷器（08E005、08E006）和氣體冷卻器（10E004）使用，構(gòu)成冷凍循環(huán)回路（如圖1所示）。

3 事故描述

作為氨壓縮機(jī)（又稱冰機(jī)）一段出口到二段入口之間的段間冷卻器（09E005），是一套至關(guān)重要的換熱設(shè)備。氨壓縮機(jī)一段出口來(lái)的氣氨入中間冷卻器（09E005）冷卻后再與從氨閃蒸槽（09D001）來(lái)的氣氨匯合后進(jìn)入09K001二段吸入側(cè)。09E005換熱效果的好壞，直接影響到氨壓縮機(jī)二段入口溫度。氨壓縮機(jī)入口氣氨溫度增高，不但增加氨壓縮機(jī)的功耗，而且使氨壓縮機(jī)二段出口氨產(chǎn)品的溫度也有所增高，降低氨壓縮機(jī)的做功效率。我公司09E005采用的是浮頭式換熱器，氣氨走殼程，循環(huán)水走管程。在今年設(shè)備開(kāi)車運(yùn)行正常以后，發(fā)現(xiàn)09E005入口溫度T09004為64.9℃，出口溫度T09007為59.7℃，進(jìn)出口溫差不大；背壓式蒸汽透平（09MT01）的蒸汽消耗在138t／h左右，冷凍回路整體冷量不足，合成塔入口氨凈值明顯下降，合成塔瞬時(shí)氨產(chǎn)量也有明顯下降等。設(shè)備檢修人員現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)查漏，發(fā)現(xiàn)09E005的換熱管有5根泄漏，造成09E005換熱效率嚴(yán)重下降，T09004與T09007之間的溫差減小到了5.2℃；并且有大量的氨氣流入管程循環(huán)水中，隨循環(huán)水流進(jìn)供水廠，造成供水廠HN3－N嚴(yán)重超標(biāo)。09E005結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 合成氨冷凍回路示意圖

圖2 09E005結(jié)構(gòu)示意圖

4 在線堵漏

經(jīng)過(guò)檢修人員檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)09E005靠近循環(huán)水進(jìn)出口側(cè)，上部有1根列管出現(xiàn)泄漏，下部有4根列管出現(xiàn)泄漏。由于設(shè)備正處于正常生產(chǎn)狀態(tài)，09E005氣氨側(cè)根本無(wú)法交出檢修，給檢修工作帶來(lái)了巨大的困難。為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，決定對(duì)09E005進(jìn)行在線 “微創(chuàng)手術(shù)”（即在線堵漏），這樣，既避免了停車檢修的難題，又能夠滿足正常生產(chǎn)的要求。其中，對(duì)于上部出現(xiàn)的1根泄漏列管，采取如下處理措施（如圖3）。

首先，對(duì)上部列管的漏點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，用一根直徑略微大于列管的套管與之進(jìn)行銜接，套管與列管之間利用粘合膠進(jìn)行粘合，套管上部接有一根引氨管線；另外，在循環(huán)水回水側(cè)管壁上開(kāi)一孔，放入一根接引管線，利用螺母使其與銜接套管上部的引氨導(dǎo)管相連接，由此可以將換熱器泄漏的氣氨直接引到換熱器外部；循環(huán)水回水側(cè)管壁上開(kāi)孔處外接有一道閥門進(jìn)行控制，利用膠管將氣氨引至廢氨槽內(nèi)進(jìn)行回收。銜接套管后面接有一根壓制彈簧，彈簧的另一側(cè)與循環(huán)水側(cè)法蘭蓋相連接，當(dāng)循環(huán)水法蘭蓋安裝回去時(shí)，可以擠壓彈簧，對(duì)于銜接套管起到一定的固定作用。利用同樣的原理和方法，下部4根泄漏的列管也進(jìn)行 “微創(chuàng)手術(shù)”，其處理措施如圖4所示。

圖3 換熱器上部漏管處理示意圖

下部4根泄漏列管銜接部分與上部漏管的處理原理和方法基本一致，只是增加了一個(gè)引氨匯總管，將4根泄漏列管引出的氣氨進(jìn)行匯總，然后經(jīng)引氨匯總管將氣氨引出換熱器；同樣地，在循環(huán)水上水側(cè)管壁上開(kāi)孔，循環(huán)水上水側(cè)管壁上開(kāi)孔處外接有一道閥門進(jìn)行控制，利用膠管將氣氨引至廢氨槽內(nèi)進(jìn)行回收（制取氨水），這樣，不僅保護(hù)了環(huán)境，而且可為公司帶來(lái)不少的經(jīng)濟(jì)效益。

圖4 換熱器下部漏管處理示意圖

5 在線堵漏后運(yùn)行評(píng)價(jià)

氨壓縮機(jī)（09K001）二段入口溫度（T09007）由59.7℃下降到41.2℃（如表1）。入口溫度的降低，使得氨壓縮機(jī)入口單位體積內(nèi)的氨分子量增加，氨壓縮機(jī)的做功效率得到明顯提高，蒸汽透平（09MT01）在相同條件下耗汽量（F09004）減少1.34t／h（如表1），一天能夠減少高壓蒸汽消耗30t左右。由于氨壓縮機(jī)做功效率顯著提高，冷凍回路的冷凍溫度T08008由－9.1℃降至－9.6℃（如表1），合成塔氨凈值有顯著增加，瞬時(shí)氨產(chǎn)量也有所提高（如表2）。就環(huán)境保護(hù)方面而言，循環(huán)水中NH3—N由4 868×10－6下降至86×10－6，很大程度上減輕了環(huán)保壓力，也減少了氣氨的損失。從經(jīng)濟(jì)方面來(lái)說(shuō)，氨壓縮機(jī)每天能減少高壓蒸汽消耗30t左右，每天能夠節(jié)省6 300元；而合成塔氨凈值的增加，直接提高了合成塔的氨產(chǎn)量，據(jù)統(tǒng)計(jì)每天大約能夠多產(chǎn)近20t液氨，直接經(jīng)濟(jì)效益為5.8萬(wàn)元。

經(jīng)過(guò)對(duì)09E005進(jìn)行有針對(duì)性的在線堵漏，

表1 09E005堵漏前后冷凍回路相關(guān)數(shù)據(jù)的變化

表2 09E005堵漏前后合成塔運(yùn)行數(shù)據(jù)

6 結(jié) 語(yǔ)

氨壓縮機(jī)段間冷卻器（09E005）在線堵漏項(xiàng)目的成功實(shí)施，既保證了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行，又增加了公司的經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)境保護(hù)方面也得到了較大提高。該堵漏技術(shù)簡(jiǎn)單易行且原理簡(jiǎn)單，但是微創(chuàng)堵漏技術(shù)是在氣氨環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)的，具有一定的危險(xiǎn)性。