吉林石化公司化肥廠30萬t/a合成氨裝置（以減壓渣油為原料）由德國林德公司總承包，空分單元采用林德技術，氣化單元采用德士古部分氧化技術，凈化單元采用林德低溫甲醇洗及液氮洗技術，合成單元采用卡薩利氨合成技術。裝置于2003年6月建成投產后，增加了抽氫氣、合成氣2套裝置，為丁辛醇及東部生產裝置提供合成氣、氫氣，氫氣生產能力24000 m3/h，合成氣生產能力25000 m3/h，為全公司原料與產品的平衡作出了貢獻，優化了公司產品結構，提升了經濟效益。
空壓機是合成氨裝置中的重要設備，但實際生產中，空壓機表冷器存在真空度偏低的問題，尤其是在夏季，制約了空壓機的安全、穩定運行。經排查，主要原因是空壓機表冷器循環水量不足。為此，在不影響裝置運行的基礎上，對全裝置循環冷卻水重新進行有效、合理地分配，從而增強了空壓機表冷器的換熱效果，提高了空壓機表冷器的真空度，最終確保了合成氨裝置的安全、穩定運行。
1.空壓機簡介
空壓機（RIK100-5）為空分裝置提供壓縮空氣，空壓機設計消耗高壓蒸汽95 t/h，抽出中壓蒸汽74.8 t/h，空壓機表冷器（E1301）凝汽46.5 t/h。由動力二廠來的9.0 MPa的高壓蒸汽進入空壓機透平做功，在透平中部抽出4.0 MPa的中壓蒸汽，末端有表冷器（E1301），通過空壓機高壓閥控制進入空壓機透平的蒸汽量，低壓閥控制去表冷器的負荷，末端設計有低壓蒸汽注汽（低壓蒸汽注汽26 t/h），由于注汽效果不佳，正常開車后沒有進行注汽。本空壓機為離心式壓縮機，五級葉輪，四段壓縮，前三段為單級壓縮，四段為兩級壓縮，機組內設置6臺浮頭式換熱器作為段間冷卻器，機組采用水平剖分式殼體，入口設置自清洗過濾器及導流葉片調整其入口流量。
空壓機由EHNK40/56蒸汽透平驅動。EHNK40/56蒸汽透平由意大利新比隆公司制造，屬抽汽、注汽、凝汽式蒸汽透平，采用多級蒸汽膨脹，噴嘴配汽；轉子為鍛造件，除了控制段外，其余葉片為反作用式的，缸體為軸向剖分式，均勻整體鍛造而成；調速器為WOODWARD 505E電子調速器，配有高、低壓蒸汽控制閥及緊急主汽閥。噴嘴腔設置5組噴嘴配汽。
2.運行中存在的問題
（1）空壓機表冷器循環水量不足。循環水先經過合成系統換熱器E1101換熱后，再到空壓機表冷器E1301進行換熱，但由于E1101設計在10 m高框架上方，導致去E1301的循環水壓力低、溫度高（入E1101的循環水壓力在0.48 MPa左右，而入E1301的循環水壓力只有0.27 MPa左右，入E1301的循環水溫度升高5 ℃左右），嚴重影響空壓機表冷器的換熱效果�？諌簷C表冷器設計循環水量5000 m3/h，專業廠家實測其循環水量只有3000 m3/h左右，遠低于設計指標，由此導致空壓機表冷器排汽壓力偏高，設計指標為23 kPa，實際生產中夏季最高達到92 kPa；排汽溫度設計為60 ℃，而實際上最高達到135 ℃，導致空壓機蒸汽耗量偏高，同時也影響空壓機的正常運行。
（2）空壓機蒸汽耗量偏高。合成氨裝置中的冰機采用背壓式蒸汽透平，進多少高壓蒸汽將抽出多少中壓蒸汽，但該冰機從2003年運行到2015年，由于做功能力逐年下降，耗汽量也逐年增大，達70～80 t/h（設計指標是67 t/h）。因中壓蒸汽用戶用量是一定的，冰機透平抽出中壓蒸汽量偏高，則空壓機透平抽出中壓蒸汽量就會相對偏少（空壓機透平抽汽量起到平衡整個蒸汽管網的作用），為維持空壓機轉速的恒定，去空壓機表冷器的負荷就相對偏大，造成空壓機表冷器排汽壓力、溫度偏高，導致空壓機蒸汽耗量偏高。
（3）夏季空壓機正常運行受到影響�？諌簷C從2003年運行到2015年，做功能力逐年下降，特別是夏季，由于氣溫高，循環水溫度也相應偏高，最高達31 ℃，導致空壓機表冷器的換熱效果差，排汽壓力、溫度偏高，空壓機正常運行受到嚴重影響，且空壓機蒸汽耗量偏高。2011—2015年歷年來夏季高溫天氣下空壓機相關運行數據如下：循環水溫度29 ℃、29 ℃、30 ℃、30 ℃、31 ℃；耗汽量75 t/h、79 t/h、79 t/h、80 t/h、82 t/h；排汽壓力55 kPa、60 kPa、76 kPa、91 kPa、91 kPa；排汽溫度87 ℃、90 ℃、111 ℃、134 ℃、135 ℃。
可以看出，上述原因導致空壓機表冷器排汽壓力偏高，最高達92 kPa（設計指標只有23 kPa），排汽溫度偏高，最高達135 ℃（正常指標在80 ℃以內），空壓機運行工況逐年惡化，2015年夏季空壓機各項運行指標更是達到極限，采取相應措施解決問題已經勢在必行。
3.解決方案
空壓機、冰機服役時間長，其做功能力下降，目前沒有好的辦法解決；夏季氣溫高，屬于改變不了的自然現象；循環水系統倒是可以改造，可以增加循環水系統的供水能力，但實際費用較高。從項目實施的難易程度、經濟性及項目實施后可達到的效果，綜合進行了研究與分析，最終決定對空壓機表冷器循環水系統進行改造，即從裝置循環水上水總管引出一股循環水，并進入空壓機表冷器循環水上水管，以增強空壓機表冷器的換熱效果，提高空壓機表冷器的真空度，確�？諌簷C的安全、穩定運行，從而保證合成氨裝置的安全、穩定運行。
（1）理論依據。合成氨裝置循環水系統設計有2臺循環水泵，額定流量為18000 m3/h，而實際循環水流量為16000 m3/h，還有2000 m3/h的富余量。合成氨裝置循環水分為三部分——西部、中部、東部，經測試，供東部循環水換熱器的循環水恰好有2000 m3/h的富余量，且供合成氨裝置東部循環水端頭離空壓機表冷器很近，便于施工，投資省，可以實施此項技改。原設計空壓機表冷器的循環水量為5000 m3/h，而實測量只有3000 m3/h；合成單元換熱器E1101入口循環水壓力0.48 MPa，循環水再到空壓機表冷器，其壓力降到0.27 MPa，而空壓機表冷器回水壓力為0.17 MPa，因此，空壓機表冷器增加2000 m3/h的循環水量不會影響E1101的換熱效果。
（2）解決措施。2015年公司利用三年一大修的機會，裝置循環水停用期間，在空壓機表冷器2條循環水上水總管處分別甩出16″閥門；在合成氨裝置100機組廠房東南角，將合成氨裝置循環水上水總管挖出，甩出24″閥門；大修結束后，車間立即上報項目相關材料與備件，6月破土動工，材料與備件到貨后立即鋪設沿途管線，
4.取得的成效
新增循環水上水管線投用后，循環水總管甩出的24″閥門全開，用2個16″閥門控制加入空壓機表冷器E1301的循環水量，2個16″閥門各開1/4閥位，空壓機表冷器排汽壓力由70 kPa降到57 kPa，排汽溫度由105 ℃降到85 ℃，空壓機高壓蒸汽耗量由82 t/h降到79 t/h，空壓機運行工況得到了優化。按節約高壓蒸汽3 t/h、年運行8000 h、蒸汽價格150元/t計算，全年的節汽效益為3×8000×150÷10000=360萬元。
5.結束語
隨著化工產品市場形勢的日益嚴峻，挖掘裝置自身的潛力，優化其運行工況，降低其能源消耗，是每個生產技術人員都應深思的問題。我廠合成氨裝置空壓機表冷器新增一股循環水后，提高了空壓機表冷器的換熱效果，取得了可觀的經濟效益。
(吉化化肥廠 胡日東 肖鋒 郭慎行，等)