液氨充裝能力提升流程優化

黃 靜，曾曉軍

(中國石油化工股份有限公司湖北化肥分公司, 湖北枝江 443200)

某公司合成氨裝置始建于20世紀70年代，采用美國凱洛格工藝[1]，設計產能為1 000 t/d。2006年5月該公司與上海國際化建工程咨詢公司合作完成氨合成回路增產節能改造工作[2]，由原來的塔前分離工藝改為塔后分離工藝，使合成回路產能增大至1 200 t/d，提高了產品液氨的生產能力[3]。2021年，在單產合成氨模式下，該公司產能可以達到1 100～1 150 t/d。

液氨充裝站[4]作為合成氨裝置的重要組成單元，2臺液氨輸送泵(共有4臺液氨輸送泵，其中2臺運行，2臺備用)與3條液氨充裝線同時運行，設計最大輸送質量流量為92 t/h。通過對3條液氨充裝線輸送質量流量進行現場實測，測得最大有效質量流量為90 t/h，僅能達到設計值的97.82%，且有效充裝時間在15 h左右，無法滿足單產合成氨的液氨充裝效率。此外，通過現場實測，3條液氨充裝線裝車鶴管流速不符合GB/T 51246—2017 《石油化工液體物料鐵路裝卸車設施設計規范》要求，存在一定的安全風險及隱患。

針對目前存在液氨充裝能力達不到設計要求及充裝流速無法滿足規范要求的問題，對原液氨充裝流程進行設計優化，以提升液氨充裝能力及充裝效率。

1 液氨充裝流程

2臺液氨輸送泵分別由現場配電室和中控集散控制系統調節變頻來控制液氨充裝壓力，經液氨加熱器和液氨加熱器A加熱后，進入液氨充裝總管(DN100)。液氨充裝時，液氨經總管壓力調節閥后分兩路：一路進入3#液氨充裝總管，通過DN100變徑為DN50進入3#裝車鶴管；另一路通過DN100分為兩路(DN100)后再變徑為DN50，分別進入1#、2#裝車鶴管。原液氨充裝流程見圖1。

2 存在的問題

2.1 液氨充裝能力無法達到設計值

按液氨輸送泵和液氨輸送泵A的設計體積流量(68 m3/h)進行測算，2臺液氨輸送泵的最大輸送質量流量為92 t/h(設計值)。在3條液氨充裝線同時充裝的條件下，分別對1#、2#、3#裝車鶴管的質量流量進行現場實測，實測分2種情況進行。

2.1.1 情況1

關閉液氨輸送泵及液氨輸送泵A的出口返回閥及液氨加熱器A的熱返回閥進行實測。3條液氨充裝線的充裝總質量流量為90 t/h，達到設計值的97.82%。其中1#、2#、3#裝車鶴管的質量流量分別為25 t/h、 28 t/h 、37 t/h。

2.1.2 情況2

在液氨輸送泵及液氨輸送泵A的出口返回閥及液氨加熱器A的熱返回閥正常操作開度條件下進行實測。3條液氨充裝線的充裝總質量流量為88 t/h，達到設計值的96.65%。其中1#、2#、3#裝車鶴管的質量流量分別為25 t/h、30 t/h、33 t/h。

2.2 液氨充裝流速無法滿足規范要求

依據GB/T 51246—2017的規定：甲A類及液氨等液體物料裝卸車總管道的介質流速應不大于4.5 m/s；小鶴管出口流速不得大于7 m/s。在保證現場實測質量流量為88 t/h的充裝能力下，計算得出液氨輸送泵和液氨輸送泵A的出口總管流速為4.99 m/s,1#裝車鶴管流速為5.67 m/s，2#裝車鶴管流速為6.80 m/s, 3#裝車鶴管流速為7.48 m/s?？偣芰魉俸?#裝車鶴管流速均大于規定，無法滿足GB/T 51246—2017要求。

2.3 充裝時間不夠影響裝車效率

規定充裝時間為每天06:00：00—24:00：00，目前最大有效充裝時間為15 h。根據現場測試，在充裝時間、管道流速均滿足GB/T 51246—2017要求的條件下，充裝最大質量流量為1 200 t/d；計算出3條液氨充裝線的充裝總質量流量最大為80 t/h, 僅為2臺液氨輸送泵設計總量的86.95%，遠遠達不到設計要求。若延長充裝時間，會嚴重影響裝車效率，影響客戶的滿意度。

3 優化改造及效果

通過對現有充裝能力的現場實測數據分析，在原充裝流程下，暫不考慮總管流速及小鶴管流速，3條液氨充裝線的最大充裝能力可以達到設計值的97.82%，無法滿足設計能力的要求，且充裝流速過快也存在一定的安全隱患。在滿足GB/T 51246—2017要求的流速下，3條液氨充裝線的充裝能力僅能達到設計值的86.95%，更遠遠達不到設計要求。綜上所述，在現有設備條件、運行模式下，充裝總能力無優化空間，延時充裝會影響裝車效率和客戶滿意度，因此只能通過優化液氨充裝管網設計，擴大充裝總管來達到提升液氨充裝能力的目的。

由于部分管線流速達到相關規范控制指標，且存在3條液氨充裝線充裝能力不均衡問題，在不增加充裝鶴位的情況下，通過改變總管直徑、優化管道走向及優化充裝線來實現液氨充裝流程優化改造，可以適當提升液氨充裝能力。

優化后的液氨充裝流程見圖2。

對比圖2和圖1可以看出，優化路徑有2點：(1) 將4臺液氨輸送泵出口總管的管徑由DN100改為DN150，通過增大總管直徑來提高充裝流量，并優化管道走向，減少管件(如彎頭)從而減少管道壓降；(2) 將1#、2#、3#液氨充裝線單獨與液氨加熱器A出口總管相接，同時將1#充裝線鶴位及鶴管管路進行局部優化，減少阻力。

優化改造后，3條液氨充裝線的充裝速度相當，在正常充裝能力下，液氨充裝總管流速達到2.27 m/s，小鶴管流速達到6.80 m/s，滿足GB/T 51246—2017中液體物料裝卸車總管道的介質流速不大于4.5 m/s、小鶴管出口流速不得大于7 m/s的要求。

4 結語

通過優化液氨充裝流程，改變管徑，優化管道走向及充裝線，既保證了充裝能力及充裝效率，又滿足了充裝規范對流速的要求，大大降低了操作人員的勞動強度，同時提升了客戶滿意度，為公司產品銷售打下了良好的品牌基礎。