氨冷凍系統(tǒng)帶水原因分析及對(duì)策

郭曉宏

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

1 簡(jiǎn) 介

中海石油化學(xué)股份有限公司二期合成氨裝置采用KBR深冷凈化工藝，其冷凍系統(tǒng)由組合式氨冷器（120CF1／2）、氨受槽149D、冷氨收集槽152D、甲烷化爐出口氨冷器130C、冰機(jī)105J、氨升壓機(jī)105J1等設(shè)備組成。

合成塔出口工藝氣由組合式氨冷器通過(guò)兩級(jí)氨冷將氨冷下來(lái)，從兩級(jí)氨冷來(lái)的氣氨送至冰機(jī)105J。冰機(jī)也同時(shí)壓縮甲烷化出口氨冷器氣氨，氣氨最終被壓縮到約1 605kPa。壓縮后的氣氨在水冷器127C中冷凝，隨后送至氨受槽149D，然后送至尿素。冷凍系統(tǒng)設(shè)計(jì)為可在設(shè)計(jì)負(fù)荷下生產(chǎn)全部－33℃的冷氨產(chǎn)品，這通過(guò)在冷氨收集槽152D內(nèi)常壓閃蒸完成。從152D來(lái)的閃蒸氣由氨升壓機(jī)105J1壓縮，冷氨送至氨罐。流程簡(jiǎn)圖如圖1。

生產(chǎn)中冷凍系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)或者其他因素，有時(shí)不可避免地會(huì)帶水，微量的水對(duì)冷凍系統(tǒng)的影響比較小，只需定期對(duì)130C底部導(dǎo)淋進(jìn)行排放便能處理，但帶水嚴(yán)重就會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)比較大的影響。

圖1 氨冷凍系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

2 對(duì)系統(tǒng)的影響

2.1 對(duì)換熱器的影響

（1）對(duì)換熱效果的影響

查不同溫度和壓力下氨水的飽和濃度表（表1）知，同一壓力下，隨著氨水濃度降低，氨水飽和溫度會(huì)升高。

即冷凍系統(tǒng)中如果出現(xiàn)氨帶水，氨水濃度便降低（純氨濃度為100%），其飽和溫度將升高，從而使降低工藝介質(zhì)溫度的效果變差，達(dá)不到換熱目標(biāo)。

同時(shí)由于氨溶于水屬于放熱反應(yīng)，放出大量的熱，而氨通常是作為冷卻介質(zhì)，因而進(jìn)一步降低了換熱效率，同時(shí)氨水蒸發(fā)量變大。

表1 不同溫度和壓力下氨水的飽和濃度（質(zhì)量分率） %

（2）對(duì)液位的影響

氨水密度隨著濃度的升高而降低，即氨帶水時(shí)，密度會(huì)升高，從而導(dǎo)致差壓式液位計(jì)測(cè)量的換熱器液位比實(shí)際液位高。當(dāng)偏離比較大時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)氨水沒(méi)有淹沒(méi)換熱管的情況，導(dǎo)致?lián)Q熱效率進(jìn)一步降低。

2.2 對(duì)壓縮機(jī)的影響

由于氨蒸發(fā)量變大，導(dǎo)致105J功耗增大，同時(shí)由于氣氨中不可避免地會(huì)帶有水，水的分子量比氨的分子量大，進(jìn)一步導(dǎo)致105J功耗增大，出口溫度升高，而蒸汽耗量的增加又會(huì)影響到高壓蒸汽系統(tǒng)。

3 原因分析及對(duì)策

冷凍系統(tǒng)氨帶水有兩種情況，其一是工藝設(shè)計(jì)本身就會(huì)帶水，而其他情況則是非正常工況，需要避免，實(shí)際原因可能如下。

3.1 合成塔催化劑還原造成

二期合成氨裝置合成塔采用KBR臥式合成塔以及南京化學(xué)工業(yè)公司生產(chǎn)的A110－1預(yù)還原催化劑，其主要成分為氧化鐵，投入生產(chǎn)使用時(shí)需要進(jìn)行還原，隨著還原的進(jìn)行，就會(huì)有稀氨水出現(xiàn)。

對(duì)策 初期稀氨水送入公用工程中和池，氨濃度超過(guò)25%送入冷凍系統(tǒng)，并及時(shí)通過(guò)147D至152D將稀氨水直接送入氨罐，同時(shí)提高105J入口壓力，控制氨冷器溫度在0℃以上，避免工藝氣側(cè)出現(xiàn)結(jié)冰。

3.2 弛放氣回收系統(tǒng)帶入

二期合成氨裝置弛放氣回收系統(tǒng)采用水循環(huán)吸收弛放氣中的氨，然后利用中壓蒸汽蒸出氨，送至127C，回收到149D，因而不可避免會(huì)將微量水帶入冷凍系統(tǒng)。

對(duì)策 定期排放冷凍系統(tǒng)最低點(diǎn)130C底部的導(dǎo)淋，每次1h。

3.3 循環(huán)冷卻水漏入

正常情況下，由于冷凍系統(tǒng)氣氨壓力均大于循環(huán)水壓力，因而不可能出現(xiàn)循環(huán)水漏入冷凍系統(tǒng)的情況，只會(huì)出現(xiàn)氨漏入循環(huán)水中的情況。只有當(dāng)停車(chē)泄壓后或者檢修時(shí)，才可能出現(xiàn)循環(huán)水漏入冷凍系統(tǒng)的情況。

對(duì)策 定期做循環(huán)水側(cè)pH分析，監(jiān)測(cè)換熱器泄漏情況，同時(shí)在檢修時(shí)對(duì)換熱器進(jìn)行檢漏。

3.4 檢修后排水不盡

檢修后冷凍系統(tǒng)可能會(huì)進(jìn)水用于氨的置換，系統(tǒng)恢復(fù)之前，假如排放不干凈就可能有水積存。

對(duì)策 詳細(xì)考慮可能積水部位，對(duì)照積水部位表一一進(jìn)行確認(rèn)，并盡可能排放干凈。

3.5 泵機(jī)封沖洗水漏入

在正常生產(chǎn)時(shí)，水也可能會(huì)由泵的機(jī)封沖洗水帶入。

現(xiàn)象 2012年5月1日，裝置大修后尿素開(kāi)車(chē)，15：16合成送氨給尿素，15：21尿素開(kāi)氨泵，隨即尿素打開(kāi)返回閥，5：21：50 130C液位控制器LIC1009OP由65.06開(kāi)大至83.8，PV由66.04掉至53.67，130C壓力控制器PIC1114 OP由76.5開(kāi)至82.08，PV由0.35漲至0.4。由于蒸發(fā)量變大，而105J轉(zhuǎn)速為入口壓力控制，為了降低入口壓力，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速SI2660由9 743.6漲至9 919.41，同時(shí)130C工藝氣出口溫度TI1363由4.09到8.19，趨勢(shì)如圖2。

圖2 氨冷凍系統(tǒng)帶水工藝指標(biāo)異常趨勢(shì)圖

分析 這是一起典型的因尿素氨泵機(jī)封密封水泄漏至泵體，導(dǎo)致返回氨帶水的事故。因130C位于冷凍系統(tǒng)最低點(diǎn)，并且直接連接于氨泵返回管線(xiàn)上，因而最早表現(xiàn)出異常。

對(duì)策 立即打開(kāi)130C底部導(dǎo)淋排放，同時(shí)通知尿素及時(shí)投料并關(guān)閉返回閥。

4 總 結(jié)

對(duì)于合成氨裝置，氨冷凍系統(tǒng)帶水的情況通常難以避免，這就需要在設(shè)計(jì)之初就要充分考慮到帶水可能會(huì)給裝置帶來(lái)的影響。本裝置通過(guò)對(duì)氨冷凍系統(tǒng)帶水現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)分析、及時(shí)處理，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，為以后的設(shè)計(jì)及同類(lèi)型裝置提供借鑒。