合成氨罐系統氣氨壓縮機更新改造總結

陳新振

(中海石油化學股份有限公司富島有限公司， 海南東方 572600)

1 概述

中海石油化學股份有限公司富島一期合成氨裝置采用英國ICI-AMV合成氨工藝，以天然氣為原料，設計生產能力為1 000 t/d。自1996年初引氨投用以來，合成氨罐系統的氣氨壓縮機為螺桿壓縮冷凝機組，用來回收氨貯存系統因熱輻射而蒸發出來的氣氨。正常生產時,壓縮機出來的液氨經過主裝置至氨罐的液氨管線返回氨罐。氣氨壓縮機為單臺設備，由于設備老化等原因,無法保證氨罐和送至氨罐液氨閃蒸出來的氣氨被全部回收。大量的氣氨通過氨火炬進行排放，會造成大量氨損失，同時還需使用天然氣來燃燒放空的氣氨，不利于節能降耗。若氨火炬熄滅，又會對環境造成影響，達不到環保的要求。同時長期高負荷運行導致了氣氨壓縮機近幾年故障頻發，檢修次數增加，維護成本提高，備品備件消耗量增大。為了保證系統運行穩定，減少操作和維護，同時有利于節能減排，計劃新增1臺氣氨壓縮機。

2 氨罐區工藝流程

氨罐區是氨貯存裝置，由2個氨罐組成。當尿素裝置停車或氨產量超過尿素車間需要時，氨罐用于接受和貯存來自氨合成的液氨，2個氨罐的液位和壓力是相同的。氨的貯存壓力為50 Pa，貯存溫度為-33.0 ℃，閃蒸的氣氨被氣氨壓縮機壓縮并被冷卻水冷凝成液氨，然后返回氨罐，以此維持壓力恒定[1]。經過合成氨裝置外送液氨閥門,來自氨合成的液氨進入氨罐，2個氨罐進出口及氣氨進出口都是相連通的，氨罐閃蒸的氣氨通過氣相管至舊氣氨壓縮機(81K002)，經壓縮冷凝成液氨后回到氨罐。超出81K002處理能力的多余氣氨被放空至氨火炬進行燃燒處理。改造后，氣氨通過新氣氨壓縮機(81K001)與81K002，壓縮冷凝成液氨后按原流程返回氨罐。工藝流程見圖1，其中虛線為81K001改造流程[2]。

3 81K002及氨罐區主要工藝參數

81K002及氨罐區主要工藝參數分別見表1和表2[3]。

4 原因分析

4.1 輸氣能力不足

根據物料平衡查找，該系統設計氣化氨質量流量為420 kg/h。根據氨罐區實際運行數據計算，當環境溫度較高時，氣化氨質量流量為500 kg/h，而與之配套的81K002的處理能力卻只有385 kg/h。81K002的設計能力不足，不能保證氨罐氣化氨完全被液化回收，導致多余氣氨被送至火炬燃燒。

4.2 設備老化

從建廠投產至今，81K002已運行26 a，設備材質老化，物料泄漏情況時有發生，機組經常性被動停車檢修，導致大量氣氨被送去氨火炬放空燃燒。氣氨壓縮機老化腐蝕情況見圖2和圖3。

圖2 氣氨壓縮機本體材質老化

4.3 原設計流程

原設計流程中，液氨輸送泵出口液氨安全閥管線排放口連接在火炬。發生液氨泄漏至火炬事故時，液氨倒流至入口(入口未設計氣液分離器)，導致壓縮機跳車，氣氨被大量放空，縮短壓縮機使用壽命。

4.4 供油溫度

原設計中，81K002油冷器冷卻介質為循環冷卻水，設計出口溫度為80.2 ℃。長時間運行后，油冷器結垢，導致換熱效率下降。氨罐區是獨立單元，在循環水中斷的情況下，油冷器缺少冷卻介質，導致無法冷卻潤滑油，油泵出口油溫高，使壓縮機出口溫度升高，排氣壓力也隨之上升，壓縮機作功下降。必要時，需要停車并清洗油冷器，此時氣氨被放空。

4.5 驅動電機

81K002驅動電機不是防爆電機，在正常工作條件下會發熱，如果轉子線圈出現故障，可能會產生火花。同時，該裝置設備老化嚴重，時常有氣氨泄漏，電機外殼溫度過高或未產生止火花時，可能會引發爆炸或起火。

4.6 控制儀表

81K002原設計PLC控制面板為按鈕式，且PLC控制面板上所有參數監控儀表都是現場表，均采用儀表管接頭連接。現場表缺點是容易損壞，顯示不準確。連接口發生泄漏時，機組負荷控制存在本體機頭負荷與PLC面板控制負荷儀表不對應情況，總控遠程DCS控制不精確，氣氨壓縮機不能最大限度作功，導致氣氨不能完全被壓縮回收。81K002原設計聯鎖控制中，未設置機組停車動作時油泵自停邏輯。當壓縮機聯鎖停車時，油泵繼續運行，油分離器內的油被一直送至壓縮機缸體內，導致油分離器內油被抽空，而壓縮機缸體內集滿油。在恢復開車時，要通過人力盤動壓縮機，把油趕到出口分離器內才能恢復啟動。當入口單向閥失效時，有大量潤滑油倒流至入口氣氨管線內，造成潤滑油浪費。

5 81K001性能參數

為了徹底解決因81K002本身功率不足造成氣氨不能完全被回收的問題，決定增加并聯81K001以及將81K002作為緊急備用。81K001的主要工藝參數見表3[4]。

表3 81K001主要工藝參數

單臺壓縮冷凝機組配套輔助設備包括氨液分離器、冷凝器、貯液器等。

6 改造措施

6.1 防爆驅動電機

81K001驅動電機使用防爆電機。氨罐區是富島一期裝置的重大危險源之一，且壓縮機就在氨罐區范圍內。一旦發生氨氣泄漏，防爆電機可以有效遏止電機產生火花，防止引發爆炸或起火，保證設備運行安全及生產人員的人身安全。對驅動電機增加多種安全保護聯鎖，包括電機A/B/C相繞組溫度高高聯鎖停機保護、電機前后軸承溫度高高聯鎖停機保護，同時增加主電機電流顯示，實時對電機運行狀態進行監控。

6.2 增加入口氣液分離器

在81K001入口設計增加1臺氣液分離器，對來自氨罐的氣氨進行氣液分離，可以有效解決氣氨帶液現象。此裝置可防止液氨倒灌至壓縮機入口，損壞機組轉子，同時防止氣氨被長時間送至火炬放空。

6.3 油冷器

81K001油冷器通過氨制冷冷卻潤滑油，避免油冷器長時間運行導致的換熱效率下降，以及壓縮機作功不好導致的排氣壓力升高，也避免了清洗油冷器造成的氣氨放空。

6.4 壓縮機功率

81K001設計吸氣能力為969 kg/h，遠遠大于81K002的吸氣能力(385 kg/h)。氨罐氣氨排放量為420 kg/h，理論上可以完全被吸入液化成液氨返回氨罐，達到技術改造目的。

6.5 安全環保

81K001設計增加了緊急泄氨器。當制冷系統發生意外事故時，貯氨器、蒸發器中的大量液氨被放出，同時開啟連接的消防水閥，將液氨溶入水中，防止事故擴大。

6.6 控制儀表

81K001的控制面板采用隔爆型結構，安裝有觸摸屏、PLC、中間繼電器、溫度變送器等電氣元件，可控制防爆自動型低壓螺桿機組，實現啟動、停止、壓力指示、安全保護、能量調節等功能。

7 81K001運行試車過程

7.1 81K001油溫高

81K001第一次試車時，供油溫度高于65.0 ℃，達到供油聯鎖值，延時30 s后壓縮機自動減載至零載。等待油溫下降后重新加載機組負荷，運行15 min后，供油溫度再次升高，連續出現多次。停機排查時發現，油冷器冷介質氨是從氣氨冷卻器底部引出，第一次試車時，由于冷卻液氨量無法滿足油冷器制冷，導致供油油溫高。初步判斷原因為水冷器換熱效果不好，氣氨冷凝不足，在水冷器內未建立液位，油冷器冷量不足，造成油溫高。檢查循環冷卻水溫度、壓力、排氣閥閥位，對油冷器、水冷器、氨儲槽進行排惰氣。

從81K002氨受槽處連接液氨管線至81K001氣氨冷卻器。在試車初期投用該管線引氨，以此來滿足油冷器的液氨用量，保證供油油溫小于65.0 ℃。該管線投用后效果顯著，試車工作順利進行。

7.2 機械附件泄漏

81K001試車過程中，設備附件及閥門多次出現泄漏故障。

聯系廠家更換配件，并重新安裝調試。維保人員對泄漏閥門及泄漏部位進行檢修。

7.3 儀表調試

81K001入口吸氣壓力表量程較大，單位為Bar，且有回差;實際入口壓力僅為3～6 kPa。聯系廠家將入口吸氣壓力單位改為kPa，且將壓力表改為小量程表后,在現場自動狀態下調試。81K001原程序中，只有遠程開停車功能，無遠程調節功能。經綜合考慮，只保留遠程急停功能，增加遠程調節功能[4]。

8 改造效果

改造前，氨罐壓力趨勢在24 h內無規則升高，超出氨罐放空閥壓力設定6次，導致大量氣氨被放空，單個氨罐液位24 h內下降1～2 mm。改造后，氨罐壓力趨勢平穩，氨罐放空閥在24 h內無放空，氨罐液位變化可忽略不計。經過計算，每天放空氨可減少0.2～0.4 t的損耗，全年(350 d)節約70～140 t液氨。

9 結語

增加并調試氣氨壓縮機后，氨罐放空的問題得到了解決，各參數都在設計指標范圍內。此項改造不但保證了氨罐區運行的安全可靠，而且達到節能減排的目的。