氨制冷系統(tǒng)在丁苯橡膠裝置的作用及注意事項

段瑞軍，李洪國，彭占錄，張文靜，王淮

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氨制冷系統(tǒng)在丁苯橡膠裝置的作用及注意事項

段瑞軍，李洪國，彭占錄，張文靜，王淮

（中國石油撫順石化分公司， 遼寧 撫順 113004）

以某石化企業(yè)丁苯橡膠裝置為研究對象，分析了氨制冷壓縮機(jī)重要參數(shù)的設(shè)定及其意義，并針對氨系統(tǒng)開停工過程中常見問題提出注意事項及對策，對類似橡膠裝置氨系統(tǒng)具有較強(qiáng)的借鑒意義。

丁苯橡膠；氨系統(tǒng)；氨制冷壓縮機(jī)

丁苯橡膠氨系統(tǒng)的作用:通過液氨的氣化帶走丁二烯與苯乙烯乳液共聚反應(yīng)熱，使聚合反應(yīng)在恒定的溫度下平穩(wěn)進(jìn)行。換熱后的氣氨返回氨制冷壓縮機(jī)內(nèi)進(jìn)行壓縮、冷凝成液氨再次返送給氨用戶，形成閉合回路。聚合反應(yīng)熱的導(dǎo)出若是利用液氨的蒸發(fā)壓力不同蒸發(fā)溫度也不同的原理，通過改變液氨的蒸發(fā)壓力而控制物料溫度稱為濕法控制；通過改變液氨的進(jìn)料量以改變聚合釜氨冷卻列管的傳熱面積，從而改變傳熱量為干法控制[1]。氨系統(tǒng)無論是濕法控制還是干法控制，工藝流程大致如圖1。

圖1 丁苯橡膠氨系統(tǒng)流程簡圖

K-7101—氨制冷壓縮機(jī)

V-7101—液氨操作貯槽

E-7101—氨冷凝器

V-7005—氨液分離罐

CWS—循環(huán)水上水

CWR—循環(huán)水回水

工藝流程簡述：氨制冷壓縮機(jī)K-7101通過1300 kW的電動機(jī)驅(qū)動雙螺標(biāo)壓縮機(jī)將進(jìn)氣口的氣氨進(jìn)行壓縮，進(jìn)出口氣體壓縮比大致為5：1，壓縮后的高溫高壓氣氨進(jìn)入油氨分離器，分離出懸浮于氣氨中的潤滑油，從油氨分離器分離出來自動回到潤滑油噴射系統(tǒng)中。從油氨分離器出來的氣氨進(jìn)入氨冷凝器E-7101，用循環(huán)水進(jìn)行冷卻、冷凝成液氨，收集在液氨操作貯罐V-7101中。液氨從液氨操作貯罐出來后利用壓差直接去聚合單元和單體回收單元。在聚合單元和單體回收單元氨用戶吸收熱量后的氣氨再次返回到氨制冷壓縮機(jī)吸氣口，進(jìn)行制冷循環(huán)。氨制冷壓縮機(jī)入口設(shè)有氨液分離罐V-7005，其目的是將聚合單元和單體回收單元返回氣氨中有可能夾帶的液氨進(jìn)行分離以防止液氨進(jìn)入氨制冷壓縮機(jī)造成聯(lián)鎖停機(jī)或設(shè)備損壞。

1 氨制冷壓縮機(jī)參數(shù)的設(shè)定及意義

本論文所討論的氨制冷壓縮機(jī)是容積型的雙螺桿壓縮，具體型號Frick RWBII767，單臺制冷量4500 kW。該壓縮機(jī)主要控制操作參數(shù)控制指標(biāo)見表1。

表1 氨制冷壓縮機(jī)主要控制參數(shù)

1.1 吸氣壓力的設(shè)定及意義

氨制冷壓縮機(jī)入口吸氣壓力320 kPa(A)，其設(shè)定的依據(jù)是聚合釜溫度控制采用的是干法控制，需要利用-7℃的液氨進(jìn)行冷卻撤熱，查液氨飽和蒸汽壓與溫度對照表可知：-7 ℃的液氨所對應(yīng)的飽和蒸汽壓力大致在0.315～0.341 kPa(A)之間，故將氨制冷壓縮機(jī)入口吸氣壓力設(shè)定為320 kPa(A)。當(dāng)氨制冷壓縮機(jī)入口吸氣壓力低于320 kPa(A)時，壓縮機(jī)將自動限制負(fù)荷加載，當(dāng)吸氣壓力低于低于200 kPa(A)將壓縮機(jī)將聯(lián)鎖停機(jī)以自我保護(hù)。

1.2 排氣壓力的設(shè)定及意義

氨制冷壓縮機(jī)壓縮后的高溫高壓氣氨經(jīng)氨冷凝器利用循環(huán)水進(jìn)行冷卻液化，循環(huán)水進(jìn)水溫度要求≤30 ℃。查液氨飽和蒸汽壓與溫度對照表可知：30 ℃的液氨所對應(yīng)的飽和蒸汽壓力1 450.7 kPa(A)，故控制壓縮機(jī)排氣吸氣壓力不得大于1 600 kPa(A)。排氣壓力不得過高，否則不利于氣氨的冷卻液化；再者排氣壓力過高會造成設(shè)備安全閥起跳。當(dāng)排氣壓力大于1 600 kPa(A)時，壓縮機(jī)將自動限制負(fù)荷加載；當(dāng)壓力大于1 750 kPa(A)時，壓縮機(jī)延時2 s聯(lián)鎖停機(jī)。在生產(chǎn)過程中，需要及時調(diào)整氨冷凝器E-7101循環(huán)冷卻水的用量以達(dá)到控制調(diào)節(jié)排氣壓力的目的。

1.3 排氣溫度及潤滑油溫度的設(shè)定及意義

壓縮機(jī)的排氣溫度取決于壓縮比、吸排氣阻力損失、吸氣溫度和變壓縮過程指數(shù)。排氣溫度過高不僅影響生產(chǎn)還會加劇設(shè)備的損耗,縮短設(shè)備壽命;此外還會加速油品惡化,降低潤滑油的性能和閃點(diǎn)等,甚至引起潤滑油自燃,導(dǎo)致壓縮機(jī)燒毀或壓縮機(jī)發(fā)生爆炸[2]。對于RWBII767型壓縮機(jī)排氣溫度要求不得大于88 ℃，當(dāng)排氣溫度高于100 ℃時將延時5 s聯(lián)鎖停機(jī)。一般情況下，壓縮機(jī)內(nèi)潤滑油油溫與排氣溫度成正比關(guān)系，油溫過熱將使?jié)櫥偷恼扯冉档停瑢?dǎo)致軸承、氣缸產(chǎn)生不應(yīng)有的磨損，甚至引起燒壞軸瓦、軸頸和拉傷氣缸壁的嚴(yán)重事故；油溫過低則潤滑油流動性能差，不容易布滿摩擦部位，嚴(yán)重時會形成半干摩擦。因此RWBII767型壓縮機(jī)潤滑油溫度要求在12.8~75 ℃之間。Frick RWBII767型壓縮機(jī)機(jī)組沒有潤滑油循環(huán)泵，因此冬季開工時要確保氨制冷壓縮機(jī)廠房內(nèi)室溫不得低于12.8 ℃，否則備用氨制冷壓縮機(jī)將因油溫過低觸發(fā)聯(lián)鎖無法正常啟動。

2 氨系統(tǒng)開工前的注意事項

2.1 氨系統(tǒng)氣密性試驗

氣密性試驗應(yīng)在氨系統(tǒng)管線吹掃的基礎(chǔ)上進(jìn)行，氣密壓力可定為1.6 MPa(G)。因氣密壓力要求較高，需要大型空壓機(jī)與氨系統(tǒng)焊接固定管線相連。建議先用0.6 MPa(G)工廠風(fēng)將氨系統(tǒng)升壓，然后再利用空壓機(jī)對系統(tǒng)升壓以節(jié)省氣密時間。先將系統(tǒng)慢慢升壓至0.2 MPa(G)，然后再分3~4個階段加壓至最高氣密壓力1.6 MPa(G)。將系統(tǒng)壓力至少保持24 h，在此期間除環(huán)境溫度引起的壓力變化外，不得有其它壓力變化（或者計算24 h內(nèi)系統(tǒng)的泄漏率＜0.3%為合格）。

注意事項：氨系統(tǒng)氣密時，需將整個氨系統(tǒng)流程全部打通，并系統(tǒng)中的玻璃板液位計、壓力變送器等不耐壓元件切出，升壓過程要緩慢，每到一個階段壓力下利用肥皂水或發(fā)泡劑檢漏，處理完漏點(diǎn)再繼續(xù)升壓。

2.2 氨系統(tǒng)氮?dú)庵脫Q抽真空操作

氣密試驗合格后,將系統(tǒng)內(nèi)壓力緩慢放空，建議將氨系統(tǒng)分為氨制冷單元及聚合單元回收單元兩部分進(jìn)行。氮?dú)庵脫Q過程中需要對系統(tǒng)反復(fù)升壓放空，直至系統(tǒng)中含氧量小于0.3%（v/v）為合格。氮?dú)庵脫Q合格后再對氨系統(tǒng)抽真空，以將系統(tǒng)內(nèi)的氮?dú)獗M可能排出，為氨系統(tǒng)氨氣實體填充做準(zhǔn)備。

注意事項：

（1）氨制冷單元抽真空操作需要利用真空泵接固定管線與系統(tǒng)相連，并將系統(tǒng)抽真空至3mmHg（絕壓）。

（2）氨制冷壓縮機(jī)填注潤滑油工作可以在抽真空操作完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行，利用系統(tǒng)負(fù)壓進(jìn)行加注，注意加注過程要防止?jié)櫥统榭斩鴮⒖諝鈳胂到y(tǒng)。

（3）聚合單元回收單元抽真空可以利用聚合單元蒸汽噴射器與氨系統(tǒng)相連抽至60～80 kPa(A)（絕壓），并反復(fù)充氮?dú)獬檎婵罩敝料到y(tǒng)中氧含量小于0.3%（v/v）為合格。

2.3 氨系統(tǒng)氣氨置換

建議將氨系統(tǒng)分為氨制冷單元與聚合單體回收單元兩部分進(jìn)行。首先利用液氨槽車氣氨對氨制冷單元充壓0.20 MPa(G)后取氣體樣分析氣氨含量≥95%為合格。氨制冷單元?dú)獍敝脫Q合格后，再對聚合回收單元氨系統(tǒng)進(jìn)行置換。

注意事項：

（1）氨制冷單元抽真空合格后，可以利用負(fù)壓或卸氨泵將槽車內(nèi)液氨卸至液氨貯罐內(nèi)，然后再利用液氨貯罐內(nèi)的氣氨對系統(tǒng)進(jìn)行氣氨置換。充壓時要緩慢多次進(jìn)行，以防液氨急劇氣化溫度下降造成罐體破裂危險。

（2）氨制冷單元因真空度較高，氣氨置換一次性就能合格。聚合單體回收單元需要多次充氣氨置換，對氨系統(tǒng)泄壓時，一定要將氣氨泄至盛水的容器內(nèi)進(jìn)行吸收，嚴(yán)禁對空排放。

3 氨系統(tǒng)開工過程注意事項

氨系統(tǒng)聯(lián)運(yùn)試車的目的：對氨系統(tǒng)管線進(jìn)行實體填充并對氨制冷壓縮機(jī)單機(jī)試運(yùn)，為聚合進(jìn)料提供換熱保障。具體實施方案：利用水的比熱容大的特點(diǎn)，首先從化學(xué)品配制單元向聚合釜內(nèi)填充60℃熱脫鹽水，再將氨系統(tǒng)流程打通，當(dāng)氨制冷單元返回氣氨壓力在0.22MPa(G)時，即可啟動氨制冷壓縮機(jī)進(jìn)行氨系統(tǒng)聯(lián)運(yùn)。

注意事項：

（1）氨系統(tǒng)聯(lián)運(yùn)過程中，現(xiàn)場閥門、法蘭等部位若有泄漏，可以使用便攜式氨氣報警儀進(jìn)行查漏并處理(當(dāng)環(huán)境氨泄漏量≥30ppm氨氣報警儀將發(fā)出蜂鳴聲)。

（2）必須啟動聚合釜攪拌器以加強(qiáng)換熱，要緩慢打開聚合釜液氨調(diào)節(jié)閥，并設(shè)定聚合釜溫度20℃并串級自動控制。

（3）氨系統(tǒng)聯(lián)運(yùn)過程中，聚合釜溫度不得低于0℃。發(fā)現(xiàn)聚合釜溫度異常低，應(yīng)及時關(guān)閉液氨調(diào)節(jié)閥，防止聚合釜內(nèi)氨列管凍裂。

（4）當(dāng)氨制冷壓縮機(jī)運(yùn)行正常、各聚合釜溫度控制正常，表明氨系統(tǒng)聯(lián)運(yùn)結(jié)束。此時應(yīng)先將各聚合釜液氨調(diào)節(jié)閥組關(guān)閉，待聚合釜內(nèi)氨液面降至零時再停運(yùn)氨制冷壓縮機(jī)，以防止氨系統(tǒng)停運(yùn)后釜內(nèi)液氨氣化造成氨列管凍裂。

（5）氨系統(tǒng)聯(lián)運(yùn)或者正式投產(chǎn)時，無論是干法控制還是濕法控制，若氨用戶氨液面控制過高或換熱過于劇烈將會造成氣氨中夾帶液氨返送至制冷單元。若發(fā)現(xiàn)氨液分離罐V-7005內(nèi)有液氨時應(yīng)及時倒空，防止液氨帶入氨制冷壓縮機(jī)內(nèi)造成設(shè)備聯(lián)鎖停車或損壞。

（6）正常生產(chǎn)時氨液面過高，聚合釜釜溫仍難以控制則需要對釜內(nèi)氨列管進(jìn)行排氨油操作以增強(qiáng)換熱效果。

4 氨系統(tǒng)停工檢修過程中注意事項

在當(dāng)聚合釜反應(yīng)終止并排膠后，停止向聚合單元送液氨，并從化學(xué)品配制單元向聚合單元、單體回收單元物料系統(tǒng)送熱脫鹽水以維持氨系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行退氨。最終目的是將氨用戶內(nèi)殘留的液氨盡可能的蒸發(fā)回收，以減少檢維修時氨系統(tǒng)置換工作量。

注意事項：

（1）停工過程中內(nèi)操注意氨換熱器溫度，必要時及時關(guān)閉液氨調(diào)節(jié)閥以防止溫度過低而發(fā)生換熱器本體凍裂。

（2）停工后利用回油器、集油器對聚合釜、冷膠進(jìn)料冷卻器等氨用戶低點(diǎn)排氨油以增強(qiáng)氨用戶再次投用時的換熱效率。

（3）需對氨制冷壓縮機(jī)油氨分離器內(nèi)的潤滑油取樣分析，必要時更換潤滑油。表2是氨制冷壓縮機(jī)K-7101某次潤滑油分析數(shù)據(jù)

表2 Frick3#潤滑油指標(biāo)分析單

由表2可知：本次潤滑油指標(biāo)分析數(shù)據(jù)為合格。潤滑油分析主要是監(jiān)測運(yùn)動粘度、水分兩項指標(biāo)。潤滑油在長期使用過程中運(yùn)動粘度會降低；另外，氨系統(tǒng)中含水則潤滑油會發(fā)生乳化造成水分超標(biāo)。當(dāng)發(fā)生以上兩種情況時，需要及時更換潤滑油。

（4）注意氨系統(tǒng)各換熱器及管線在檢修時不得進(jìn)水或打水壓，以免造成開工過程中氨制冷壓縮機(jī)內(nèi)的潤滑油乳化變成乳白色而失去滑潤及冷卻效果。

（5）根據(jù)停車前氨制冷壓縮機(jī)潤滑油過濾器壓差情況，當(dāng)壓差＞0.17MPa時檢修期間需要對氨制冷壓縮機(jī)做泄壓氮?dú)庵脫Q操作，并更換潤滑油濾芯。

（6）根據(jù)停車前氨制冷壓縮機(jī)出口油氨分離器油位損失情況（或者氨制冷壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行超過20000 h），檢修期間需要對氨制冷壓縮機(jī)做泄壓氮?dú)庵脫Q操作，并更換油氨分離器內(nèi)回油過濾器濾芯。

圖2 氨冷凝器內(nèi)銅質(zhì)堵漏楔腐蝕情況

（7）根據(jù)停車前氨制冷壓縮機(jī)油冷卻器及氨冷凝器換熱情況，檢修期間有必要對油冷卻器及氨冷凝器泄壓并氮?dú)庵脫Q，并對換熱器進(jìn)行拆清以增加換熱效果。

（8）氨系統(tǒng)所有設(shè)備元部件不得使用銅質(zhì)材料。氨的化學(xué)性質(zhì)是很活潑的，和銅及銅的合金反應(yīng)生成銅氨絡(luò)合物。所以，凡是與氨接觸的設(shè)備部位，一律禁止采用銅或銅合金材料(除磷青銅外)[3]。銅遇氨并在氧存在下將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氫氧化四氨合銅，化學(xué)反應(yīng)式如下：

Cu+8NH3+O2+2H2O=2[Cu(NH3)4](OH)2

圖2為某化工廠氨冷凝器所使用的銅質(zhì)堵漏楔在使用一段時間后的腐蝕情況。

5 結(jié)論

本文分析了氨制冷壓縮機(jī)重點(diǎn)參數(shù)的設(shè)定及其意義，詳細(xì)研究了丁苯橡膠裝置氨系統(tǒng)在開工、停工及檢修過程中所遇見的問題并提出對策及注意事項，對其他類似橡膠裝置，尤其是將要停工檢維修的橡膠裝置具有較強(qiáng)的借鑒意義。

［1］王錫玉，焦永紅.合成橡膠生產(chǎn)工[M].北京：北京化工出版社，2005-02:134

［2］曾建軍. 螺桿壓縮機(jī)排氣溫度過高原因分析及處理[J]. 壓縮機(jī)技術(shù), 2012(4):53-55.

［3］鄭時中. 利用氨的特性處理制冷常見故障[J]. 化學(xué)工程與裝備, 1985(2).

Functions and Attention Matters of the Ammonia Refrigeration System in the Styrene Butadiene Rubber Device

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（PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113004，China）

Taking the styrene butadiene rubber device of a petrochemical enterprise as a research object, the key parameters setting and its significance of ammonia refrigerating compressor in the device were analyzed, the precautions and countermeasures were put forward to solve the problem of ammonia refrigeration system in startup and shutdown process.

Styrene-butadiene rubber;Ammonia system;Ammonia refrigeration compressor

TQ 330

A

1671-0460（2017）12-2511-04

2017-08-01

段瑞軍（1982-），男，河南開封人，工程師，2005年畢業(yè)于河南科技大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，主要從事丁苯橡膠生產(chǎn)工作。E-mail：duanruijun@petrochina.com.cn。