合成氨廠大型離心壓縮機組運行總結(jié)

孟少林

(安徽昊源化工集團有限公司， 安徽阜陽 236056)

1 概述

安徽昊源化工集團有限公司(簡稱昊源化工)始建于1970年，現(xiàn)已發(fā)展成為集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的綜合性化工企業(yè)，目前主要產(chǎn)品產(chǎn)能為年產(chǎn)1 500 kt總氨、1 500 kt尿素、600 kt甲醇、20 kt嗎啉、150 kt二甲醚、30 kt異丙胺、1 000 t二甘醇胺以及30 MW余熱發(fā)電等。

昊源化工自2011年開工建設年產(chǎn)180 kt合成氨、300 kt尿素原料路線改造項目和200 kt原料路線改造項目。兩期項目都采用了先進的HT-L粉煤加壓氣化技術(shù),寬溫耐硫變換工藝,低溫甲醇洗脫硫、脫碳，液氮洗工藝，離心式壓縮機組和低壓氨合成裝置等國產(chǎn)技術(shù)。兩期項目分別于2013年4月和2014年4月開車穩(wěn)定運行至今。

壓縮機組由2BCL529+3BCL459/A型大型離心式壓縮機和NKS40/36型多級冷凝式汽輪機組成，壓縮機與汽輪機由膜片聯(lián)軸器聯(lián)接，汽輪機、壓縮機高低壓缸安裝在公用鋼底座上；整個機組采用潤滑油站供油；壓縮機的軸端密封采用成都一通密封股份有限公司生產(chǎn)的干氣密封，原動機采用杭州汽輪機股份有限公司生產(chǎn)的汽輪機。

2 工作原理

2.1 離心式壓縮機的工作原理

在蒸汽透平的驅(qū)動下，離心式壓縮機的主軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，氣體自軸向進入，葉輪流道中的氣體受葉輪作用隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，并以很高的速度被離心力甩出葉輪，進入流通面積逐漸擴大的擴壓器中，此時氣體的速度降低而壓力提高，然后由彎道導入下級，導流器再把從彎道來的氣體按一定方向均勻地導入下級葉輪繼續(xù)壓縮，通過一級一級地提高壓力，直到額定的壓力要求。壓力提高的同時介質(zhì)氣體的溫度也升高,設置段間冷卻器來降低壓縮氣體的溫度，盡量減少壓縮功。

離心式壓縮機的具有排氣均勻，氣流無脈沖、無油，性能曲線平坦，操作范圍較寬，氣體流量大，故障率低，日常維護工作量小，運行周期長等特點[1-3]。

3 主要設計參數(shù)

3.1 新鮮氣

新鮮氣的基本組成為H2(摩爾分數(shù),下同)：74.981%，N2：25.009%，CH4：0.002%，Ar:0.008%。

新鮮氣參數(shù):流量為67 987 m3/h(標態(tài)) ,壓力約為2.931 MPa,溫度為30 ℃。

3.2 循環(huán)氣

循環(huán)氣來自合成裝置，主要為氫氣、氮氣及少量未被冷凝分離的氨氣。

循環(huán)氣的組分為H2：71.56%，N2：23.88%，CH4：0.123%，Ar：1.10%，NH3：3.25%。

循環(huán)氣參數(shù)：流量為182 013 m3/h(標態(tài)),壓力約為14.160 MPa,溫度為28 ℃ 。

3.3 混合氣

經(jīng)過壓縮機一段、二段壓縮后的新鮮氣和循環(huán)氣混合后進入壓縮機循環(huán)段。

混合氣體的組分為H2：72.54%，N2：24.20%，CH4：0.09%，Ar：0.87%，NH3：2.30%。

混合氣體參數(shù)：流量為250 000 m3/h(標態(tài)),壓力為14.160 MPa,溫度為52 ℃。

4 工藝流程

4.1 工藝流程圖

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

4.2 工藝流程簡介

來自液氮洗工序壓力為2.928 MPa、溫度為30 ℃、流量為67 987 m3/h(標態(tài)) 的新鮮合成氣與氨合成工段閃蒸槽來的壓力為3.2 MPa、溫度為-7.6 ℃、流量約100 m3/h(標態(tài)) 的閃蒸氣匯合后進入合成氣壓縮機K-2301低壓缸壓縮至8.166 MPa、113.5 ℃，出口氣經(jīng)段間冷卻器E-2301冷卻到40 ℃進入高壓缸繼續(xù)壓縮至14.098 MPa，在高壓缸內(nèi)同來自氨合成崗位壓力為14.098 MPa、溫度為28 ℃、流量為182 013 m3/h(標態(tài)) 的循環(huán)氣匯合，通過壓縮機循環(huán)段壓縮至壓力15.145 MPa、溫度61.4 ℃、流量約250 000 m3/h(標態(tài))后送到氨合成崗位。在段間冷卻器E-2301出口引一條回流線路通過FV231020回低壓缸入口；循環(huán)段出口設一條回流線路經(jīng)防喘振冷卻器E-2303冷卻后(40 ℃)，以兩股分別通過FV231024、FV231026回到合成氣壓縮機高壓缸進口和循環(huán)段進口，保證壓縮機安全運行。

5 主要設備

5.1 靜止設備

靜止設備的名稱、型號或規(guī)格、換熱面積、數(shù)量、設計參數(shù)等見表1。

5.2 運轉(zhuǎn)設備

運轉(zhuǎn)設備的名稱、型號或規(guī)格、壓力、溫度、數(shù)量、功率、轉(zhuǎn)速、流量、揚程等見表2和表3。

6 運行參數(shù)

6.1 新鮮氣

新鮮氣的基本組成為H2：75.381%，N2：4.600 9%，CH4：0.002%，Ar：0.008%。

表1 靜止設備情況

表2 離心壓縮機和汽輪機的情況

表3 油泵和水泵的情況

新鮮氣參數(shù):流量為70 391 m3/h(標態(tài)),壓力為2.794 MPa,溫度為28.4 ℃。

6.2 循環(huán)氣

循環(huán)氣的組分為H2：71.9%，N2：23.6%，CH4：0.1%，Ar：1.1%，NH3：3.3%。

循環(huán)氣參數(shù)：流量為166 802 m3/h(標態(tài)),壓力為11.117 MPa,溫度為33.3 ℃。

6.3 混合氣

混合氣體的組分為H2：73.0%，N2：23.6%，CH4：0.1%，Ar：0.7%，NH3：2.6%。

循環(huán)氣參數(shù)：流量為166 802 m3/h(標態(tài)),壓力為11.117 MPa,溫度為33.3 ℃。

7 存在的問題及改進措施

(1) 由于該機組為昊源化工的第一臺離心式合成氣壓縮機，所以從項目設計開始即受到高度重視，在設計初期就結(jié)合公司的實際情況對運行工況進行了優(yōu)化。離心式壓縮組的汽輪機抽氣系統(tǒng)一般采用射汽抽氣器方式，因所用裝置蒸汽系統(tǒng)余量不多,通過設計改進，將射汽抽氣器改為射水抽氣器。射水抽氣器不僅結(jié)構(gòu)緊湊、運行可靠，且運行維護費用低，目前該系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

(2) 運行調(diào)試過程中，由于壓縮機的密封使用干氣密封，運行時需要有穩(wěn)定的氮氣作為保障，但設計時沒有考慮到整個系統(tǒng)開車初期氮氣壓力的不穩(wěn)定性，以致剛開車因氮氣管網(wǎng)壓力突然降低導致聯(lián)鎖動作，造成兩次停車。針對這一情況，技術(shù)人員采取在干氣密封進口管線上加裝一臺20 m3的氮氣緩沖罐來穩(wěn)定密封氣壓力。改造后裝置運行非常穩(wěn)定，證明該緩沖罐的配置非常有必要，在一年多的時間里已避免多次停車，在最大程度上保證了機組的長周期穩(wěn)定運行。

(3) 目前昊源化工兩套航天爐合成氨系統(tǒng)全部投入了運行，為保證裝置的運行穩(wěn)定，和避免任何一套裝置在前工段出現(xiàn)問題時引起停車，在兩套合成氣壓縮機組前增設了一根DN150的串聯(lián)閥。這樣在前工段較大幅度減量或停車時，可以通過串聯(lián)閥門相互串氣，來確保機組及合成系統(tǒng)能夠維持短期運行，以減少不必要的停車損失。技術(shù)改進前后的對比見表4。

表4 技術(shù)改進前后的對比及經(jīng)濟分析

8 結(jié)語

通過對系統(tǒng)工藝優(yōu)化和改造，提高了機組運行的穩(wěn)定性，延長了運行周期。自裝置開車以來，昊源化工合成氣壓縮機系統(tǒng)各項指標均達到或優(yōu)于設計要求，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。裝置自開車至今整體機組運行平穩(wěn)、無污染、噪音小、運行及維護費用較低，能夠保證長周期、安全穩(wěn)定運行。