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)