如何提高氫氮氣壓縮機運行效率

曹 磊，徐 迅

（浙江晉巨化工公司，浙江衢州324004）

如何提高氫氮氣壓縮機運行效率

曹 磊，徐 迅

（浙江晉巨化工公司，浙江衢州324004）

氫氮氣壓縮機是合成氨生產(chǎn)中的關鍵設備之一，為氣體輸送或化學反應提供動力，氫氮氣壓縮機的運行效率決定著氨合成過程中成本的主要因素。分析合成氨裝置運行中，造成氫氮氣壓縮機打氣量低的原因，并采取相應措施，提高氫氮氣壓縮機的打氣量，達到提高合成氨產(chǎn)量的目的。

水封改造；低位熱能；提壓降溫；節(jié)能

1 引言

氫氮氣壓縮機在向大型、節(jié)能、提高產(chǎn)品的可靠性和運行效率、降低能耗、改進生產(chǎn)工藝方法等方面發(fā)展。隨著氮肥行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，用戶對壓縮機的能量消耗、效率更加關心。我公司從2008年節(jié)能降耗改造以來，氫氮氣壓縮機的規(guī)模和能力有了提升。

高壓機的運行效率主要與一段進口的壓力、溫度和高壓機的運轉(zhuǎn)周期有直接關系。

2 技術(shù)改造方案

2.1 提高煤氣進口總管壓力

經(jīng)過指標調(diào)整后，高壓機一進總管壓力由原4.0～8.5 kPa調(diào)整到5～13 kPa，實際由于管道阻力和吸氣量影響，6M50進口壓力12.0 kPa左右。

根據(jù)廠家提供的計算書，高壓機進口壓力在12 kPa下，壓縮機軸功率為4767.93 kW，電機功率4911～5483 kW。如果6M50進口壓力控制在10～10.5 kPa，電機功率可控制在5000 kW以內(nèi)，目前電機的額定功率為5000 kW，能夠滿足。

2.2 通過改造降低煤氣進口溫度

6M50壓縮機4、5、6段水冷器上段余熱的回收改造，壓縮機4、5、6段排氣溫度達到150℃，通過水冷器上排換熱改造，換熱獲得85～90℃熱水供應低位熱能裝置使用，通過溴化鋰機組，冷卻水來冷卻壓縮機一段進口煤氣溫度，以提高壓縮機的打氣量。

3 改造的關鍵技術(shù)和創(chuàng)新點

3.1 高壓機進口一進水封改造

（1）經(jīng)測算，一進壓力以13 kPa為基數(shù)，每升高1 kPa，一進氣量約增加600 m3/h。

（2）提高高壓機進口壓力（最高至14 kPa），以保證一進溫度升高時打氣量不隨之下降。根據(jù)高壓機進口氣體溫度設置一進壓力指標，使打氣量既不下降，同時高壓機也不超負荷運行。

3.2 通過低位熱能的熱源改造

（1）利用了壓縮機段間熱水，夏季熱水外排，冬季熱水回收。既滿足了低位熱能機組的熱源問題，也解決了現(xiàn)有循環(huán)水裝置熱負荷過高問題。

（2）通過原有的管路進行技改，不增加設備及動力消耗，主要需增加高壓機去機組熱水管道，單臺壓縮機4、5段水冷器上排熱水出口管，新安裝管線約130 m，一次底漆和保溫及安裝等費用控制在10萬元以內(nèi)。實現(xiàn)了壓縮機5、6段熱水兩路接收，避免因低位熱能裝置熱源需要，而對影響水冷換熱效率，影響壓縮機穩(wěn)定運行及后系統(tǒng)打氣量平衡問題。

（3）由于熱水經(jīng)過機組后，溫度還有70℃，當氣溫較高時，會導致合成循環(huán)水系統(tǒng)蒸發(fā)散熱負荷增加。車間通過外排這部分熱水，可以降低循環(huán)水進水溫度，以實現(xiàn)節(jié)水，生產(chǎn)控本降耗。

由于機組設計的熱源采用低品位熱水（85～90℃）作為熱源，如將熱水型機組改為蒸汽型機組，需要機組拆卸返廠改造。通過改造發(fā)生器和加裝冷凝水分離器，改造費用預計在30～50萬元，占該機組投資的50%，本次改造，減少了設備返廠改造的投資費用。

本次利用高壓機5、6段水冷器熱源改造后，未增加動力消耗；機組熱水進口溫度可以維持在80～85℃，冷水溫差在3～4℃。高壓機煤氣進口溫度在25～26℃以下，可以滿足項目改造目標。

低位熱能裝置在高溫季節(jié)使用后，可以降低高壓機由于一段進氣溫度高，引起的2、3段出口溫度超標問題：一方面可以延長氣閥的使用壽命，避免油污在氣閥閥片上由于高溫結(jié)垢的問題；另外一方面，可減輕循環(huán)水系統(tǒng)的熱量負荷，降低循環(huán)水溫度。經(jīng)過測算高壓機二出溫度在一進溫度在25℃以上時，2段、3段出口溫度均有上升4～5℃，對整個循環(huán)水系統(tǒng)的溫升也會影響2℃以上，造成合成的水冷器、冰機冷凝器的冷卻水溫度高，改用清江水。

4 提高壓縮機的運轉(zhuǎn)率

4.1 壓縮機氣閥攻關改造

根據(jù)我車間統(tǒng)計數(shù)據(jù)：車間共計13臺高壓壓縮機，2007年到2008年間，其中因連桿大頭瓦磨損引起高壓機振動停車占9%；因活塞環(huán)磨損，打氣量下降停車占5%；因活塞桿斷裂停車1%；因水冷氣效果差停車占5%；因填料漏氣嚴重停車7%；其他零件磨損占23%；因氣閥失效停車占50%。平均使用壽命為3周。

通過分析，影響氣閥壽命的因素有：閥片、彈簧、開啟高度、氣量的大小及每段氣缸油水分離器的效果。

原因分析后，將氣閥的彈簧加粗，彈簧力增加，彈簧的材質(zhì)提高。將改造后的氣閥投入生產(chǎn)，氣閥使用壽命大大提高。

在后續(xù)慢慢摸索中，發(fā)現(xiàn)氣閥的開啟高度對氣閥的壽命印象也較大，通過分析，氣閥的開啟高度越高，氣閥回座密封時被氣缸內(nèi)碳渣等卡住的概率越大。起初，開啟高度有檢修指標3.5～4 mm，氣閥的開啟高度影響壓縮比及氣量，但仔細分析，壓縮比主要影響因素在于活塞與氣缸的余隙，及氣閥在氣缸內(nèi)安裝時靠近活塞端的距離來說印象較?。徊⑶?，二出氣閥數(shù)量較多（其它二出氣閥開啟高度不變），我們把氣閥的開啟高度放在3～3.5之間，取最小。這樣以來大大提高了氣閥壽命，現(xiàn)在使用壽命超過半年，部分超過9個月。

氣閥改造后推廣：2010年我車間新上2臺6M50高壓機，2012年增加一臺6M50壓縮機，氣閥從開車起，3段氣閥閥片就是斷裂，3天氣閥就失效。我們將氣閥彈簧孔的分布形式進行改進，并增加2只定位銷，現(xiàn)在使用壽命超過半年以上。

4.2 做好雙包機制

為了使壓縮機長周期，滿負荷運行，運轉(zhuǎn)率高而降低能耗，注重抓緊平時的維護保養(yǎng)工作，堅持雙包機制。壓縮機操作人員的職責主要是按規(guī)定指標嚴格操作，保持各摩擦部位有良好的潤滑和冷卻條件，根據(jù)運轉(zhuǎn)情況和各段壓力變化，及時發(fā)現(xiàn)和判斷故障，與有關人員迅速加以處理。維修包機工每天上崗巡回檢查，發(fā)現(xiàn)故障隱患及時處理，防患于未然。

4.3 實行計劃檢修制

壓縮機要做到計劃檢修，每月一小修，每年一大修，無故障也要計劃性檢修。如氣閥、活塞環(huán)易壞，漏氣，則降低了設備的效率，從而增加了電耗。因此，對于壓縮機這些部位要重點加強檢修和記錄，每個月小修期間計劃性的對于各段閥門進行拆檢，開車前對于氣閥及壓蓋進行試漏檢查。

5 具體改造內(nèi)容及實施過程

5.1 一進安全水封和隔離水封加高

2013年3月，通過現(xiàn)場確認和測量，將#1～7高壓機一進隔離水封高度分別從1300 mm加高至1500 mm，在一進總管壓力在13 kPa下，可以提壓生產(chǎn)條件。

5.2 修改高壓機一段進口總管壓力控制指標

2013年4～12月，通過理論計算和生產(chǎn)廠家對接，根據(jù)現(xiàn)有壓縮機運行的數(shù)據(jù)參數(shù)，進行反復計算驗證后，進行嘗試提壓，分階段從8 kPa提壓至9 kPa、10 kPa、11 kPa、12 kPa、13 kPa，期間對于高壓機各項指標參數(shù)進行對比分析，滿足壓縮機設計指標，各段平衡力及軸功率均在可控范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

從氫氮氣壓縮機的一系列改造后的運行狀況分析來看，效果是明顯的。

（1）6M50壓縮機經(jīng)一系列的改造優(yōu)化后的運行狀況看，效果是明顯的，從開車的1個月運行周期，到目前平均45天，最高60天的運行周期有明顯提升，它的長周期運行，對我公司的節(jié)能降耗工作作出了較大貢獻；

（2）對于6M50的水封改造及一進煤氣的提壓降溫后，壓縮機的氣量同比上升了500～1000 m3/h，壓縮機的能力提升，高壓機電耗下降10～15度/噸氨；

（3）解決了低位熱能裝置先天設計上的熱源不足問題，提高了煤氣的換熱效率溫度2℃。

［1］吳德榮.化工工藝設計手冊［M］.北京：化工工業(yè)出版社，2009：964-975.

［2］楊德林.大型合成氨裝置原料氣壓縮機的控制方案［J］.中氮肥，2012，6：47-48.

［3］董立新.往復壓縮機工藝管道振動分析及消減措施［J］.壓縮機技術(shù)，2012，5：56-59.

［4］杵楊波.氫氮壓縮機改造為二氧化碳壓縮機的開發(fā)利用［J］.中氮肥，2013，5：35-37.

22.儲氣罐應安裝在氣源系統(tǒng)的什么部位?

答：氣源系統(tǒng)中，儲氣罐一般都安裝在后部冷卻器之后，這樣可防止油蒸汽和液態(tài)水在罐內(nèi)的聚集，以盡可能降低安全隱患和提高氣源其它設備的工作效果；另外，存儲在罐內(nèi)的空氣溫度較低也可以縮小本體容積。

在大部分場合，儲氣罐都安裝在干燥器的前面，以便利用儲氣罐具有的降溫除水和穩(wěn)壓作用，使干燥器的負荷得以降低，并且使進入干燥器的空氣壓力比較穩(wěn)定，這對干燥器運行是很有利的。

但儲氣罐安裝在干燥器前面也有如下缺點：若罐內(nèi)有大量冷凝水積聚，液態(tài)水會隨氣流進入干燥器，增加其運行負載。另外，儲氣罐內(nèi)壁若長期處于潮濕環(huán)境極易生銹，這不僅會影響本體的使用壽命，而且銹蝕剝落物會隨氣流進入下游設備造成諸多不利影響。為了避免上述情況的發(fā)生，對儲氣罐及時排污是非常重要的。

在與螺桿壓縮機等連續(xù)供氣設備連用時，儲氣罐可安裝在干燥器的后面，此時進入儲氣罐的空氣是干燥的，罐內(nèi)無凝結(jié)水產(chǎn)生，這就避免了前述的一些缺陷。但這樣的布置方式也有缺點：首先，干燥器的進氣溫度接近于后部冷卻器的出口溫度，這比有儲氣罐作緩沖時要高許多，而且后部冷卻器出口氣流所攜帶的液態(tài)水有可能直接進入干燥器，使其運行負荷增加。另外氣流在通過干燥器、過濾器等凈化設備后，會產(chǎn)生較大的壓降，使進入儲氣罐的空氣壓力降低。

由上所述，儲氣罐具體的安裝位置應在系統(tǒng)設計時比較各種因素確定。

Methods of Improving Operating Efficiency of Hydrogen Nitrogen Compressor

CAO Lei，XU Xun
（Zhejiang Jinju Chemical Co.，Ltd.，Quzhou 324004，China）

Hydrogen nitrogen compressor is one of the key equipments in synthetic ammonia production，which can provide power for gas pumping and chemical reaction，the operating efficiency of hydrogen nitrogen compressor is the main factor determining the cost of ammonia synthesis process.In this paper，the reason of causing low capacity of hydrogen nitrogen compressor in the process of synthetic ammonia unit operating is analyzed and the corresponding measure of increasing the capacity is adopted to achieve the purpose of improving the production of synthetic ammonia.

water seal transformation；low level heat；pressure increased and temperature lowered；energy-saving

TH45

B

1006-2971（2014）06-0030-03

曹磊（1982-），男，工程師，2004年畢業(yè)于武漢工程大學，現(xiàn)在浙江晉巨化工公司工作。E-m a i l：c l_0404198@z j j h g.c o m

2014-05-19