朱 鑫

（河南晉開化工投資控股集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南開封 475000）

河南晉開化工投資控股集團(tuán)有限責(zé)任公司（簡稱晉開集團(tuán)）二分公司1200kt／a總氨項(xiàng)目（2×600kt／a合成氨裝置，2套裝置工藝路線完全相同）包括氣化 （4臺(tái)航天爐）、變換、低溫甲醇洗及液氮洗、氨合成 （含4臺(tái)合成氣壓縮機(jī)、4臺(tái)冰機(jī)，由陜鼓動(dòng)力提供壓縮機(jī)及其附件，由錦化機(jī)提供驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)）等工序。2012年11月一期合成氨裝置 （簡稱一期裝置，相應(yīng)的氨合成系統(tǒng)簡稱為一期系統(tǒng)）開始投料試車，2013年7月二期合成氨裝置 （簡稱二期裝置，相應(yīng)的氨合成系統(tǒng)簡稱為二期系統(tǒng)）開始投料試車，均一次試車成功，產(chǎn)出合格液氨產(chǎn)品；其中，氨合成工藝均采用瑞士卡薩利公司的專利技術(shù)工藝包，單期 （合成氨裝置）單塔 （氨合成塔）產(chǎn)能為600kt／a合成氨。

總體而言，2套合成氨裝置運(yùn)行狀況較好，但實(shí)際生產(chǎn)中因外部因素影響，以及一、二期系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行的特點(diǎn)，氨合成系統(tǒng)及壓縮工段也曾出現(xiàn)過諸多影響裝置安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行的問題，以下重點(diǎn)介紹近5a來針對(duì)出現(xiàn)的問題對(duì)氨合成系統(tǒng)所進(jìn)行的技術(shù)改造。

1 氨合成系統(tǒng)工藝流程簡介

來自合成氣壓縮機(jī) （K-23111）循環(huán)段的合成氣，經(jīng)熱氣氣換熱器 （E-25203）殼程與從鍋爐給水預(yù)熱器 （E-25202）來的合成氣換熱后進(jìn)入氨合成塔 （R-25201），入塔氣分為4路；溫度為438℃的出塔氣經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器 （E-25202）回收熱量后進(jìn)入熱氣氣換熱器 （E-25203）管程換熱，再經(jīng)水冷器 （E-25204）冷卻至40℃進(jìn)入冷氣氣換熱器 （E-25205）管程，在E-25205中與高壓氨分離器 （V-25201）來的冷氣換熱后依次進(jìn)入一級(jí)氨冷器 （E-25206）、二級(jí)氨冷器 （E-25207）降溫，之后進(jìn)入高壓氨分離器 （V-25201）進(jìn)行氣液分離；分離出的液氨排至中壓氨分離器 （V-25202），循環(huán)氣則經(jīng)冷氣氣換熱器 （E-25205）回收冷量后進(jìn)入合成氣壓縮機(jī) （K-23111）循環(huán)段，進(jìn)入下一輪循環(huán)。

中壓氨分離器 （V-25202）中的液氨經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量后去氨加熱器 （E-25209）的管程換熱，通過熱氨調(diào)節(jié)閥A（L V-252013 A）控制去液氨倉庫球罐的流量；當(dāng)生產(chǎn)冷氨時(shí)，經(jīng)過質(zhì)量流量計(jì)量后的一部分液氨可通過冷氨調(diào)節(jié)閥B（L V-252013 B）控制去冰機(jī)大儲(chǔ)槽的流量，這部分液氨通過一級(jí)氨冷器 （E-25206）、二級(jí)氨冷器 （E-25207）送往低壓氨分離器 （V-25203）中解吸，然后液氨通過氨泵 （P-25201 A／S）送至液氨倉庫大儲(chǔ)槽，氣氨則去低溫甲醇洗冰機(jī)。中壓氨分離器 （V-25202）的大部分閃蒸氣在凈化氣總管處與凈化氣匯合后送入合成氣壓縮機(jī)一段進(jìn)口。

氨冷器 （E-25206／E-25207）所需液氨由冷凍系統(tǒng)提供，液氨蒸發(fā)后形成的氣氨送回冷凍系統(tǒng)，形成閉路循環(huán)。

600kt／a合成氨裝置氨合成系統(tǒng)工藝流程簡圖見圖1。

圖1 600kt／a合成氨裝置氨合成系統(tǒng)工藝流程簡圖

2 改造措施

2.1 低壓氨分氣氨管線聯(lián)通

2.1.1 生產(chǎn)狀況

據(jù)卡薩利工藝包的設(shè)計(jì)，2臺(tái)低溫甲醇洗冰機(jī)匹配4臺(tái)氣化爐生產(chǎn)，但經(jīng)過對(duì)低溫甲醇洗冰機(jī)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，1臺(tái)低溫甲醇洗冰機(jī)已能匹配4臺(tái)氣化爐的生產(chǎn)負(fù)荷，如此能大幅降低生產(chǎn)消耗，有利于備機(jī)的檢修。但這種配備也存在一定的冷氨生產(chǎn)隱患，即若1＃低溫甲醇洗冰機(jī)運(yùn)行，則二期系統(tǒng)冷氨泵無法投用，若2＃低溫甲醇洗冰機(jī)運(yùn)行，則一期系統(tǒng)冷氨泵無法投用，若遇氨合成后工序大幅減量、裝車液氨量受控制、在運(yùn)低溫甲醇洗冰機(jī)對(duì)應(yīng)的冷氨泵不能正常使用時(shí)，均需要開啟備用低溫甲醇洗冰機(jī)對(duì)應(yīng)的冷氨泵。

2.1.2 改造措施

經(jīng)分析，上述冷氨生產(chǎn)中的隱患只需解決低壓氨分氣氨壓力方面的問題，即增加一、二期低壓氨分氣氨聯(lián)通管線 （引至1＃、2＃低溫甲醇洗冰機(jī)一段進(jìn)口氣液分離器切斷閥前，如圖2所示），當(dāng)需要開啟備用冰機(jī)對(duì)應(yīng)的冷氨泵時(shí)，打開氣氨管線聯(lián)通即可。經(jīng)申請(qǐng)變更工藝管線，于2014年6月實(shí)施了此項(xiàng)改造。

圖2 低壓氨分氣氨管線聯(lián)通示意圖

2.1.3 改造效果

改造后，一、二期系統(tǒng)4臺(tái)冷氨泵不受任何一臺(tái)低溫甲醇洗冰機(jī)運(yùn)行狀況的影響。曾出現(xiàn)后工序尿素裝置減產(chǎn)，富余大量液氨急需冷氨的工況，此時(shí)只有1＃低溫甲醇洗冰機(jī)運(yùn)行，于是4臺(tái)冷氨泵全開，從而避免了前工序減負(fù)荷，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)。

2.2 合成氣壓縮機(jī)增設(shè)新鮮氣聯(lián)通管線

2.2.1 生產(chǎn)狀況

原設(shè)計(jì)方案中，一、二期系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾，當(dāng)其中一套氨合成系統(tǒng)前工序出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)應(yīng)的氨合成工序需停車封塔處理。生產(chǎn)中，公司采用2臺(tái)合成氣壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)1套氨合成系統(tǒng)的配置，有時(shí)候由于前工序的負(fù)荷與合成氣壓縮機(jī)的負(fù)荷并不匹配，會(huì)導(dǎo)致合成氣壓縮機(jī)頻繁地開停，影響一、二期系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.2 改造措施

在一期裝置合成氣壓縮機(jī)總進(jìn)氣管和二期裝置合成氣壓縮機(jī)總進(jìn)氣管之間增設(shè)D N 200管線予以聯(lián)通，以有效解決前工序負(fù)荷的分配問題，保證一、二期裝置合成氣壓縮機(jī)的運(yùn)行不受（一期裝置或二期裝置）前工序開停車的影響，負(fù)荷可自由切換和調(diào)配。經(jīng)申請(qǐng)變更工藝管線，于2013年12月實(shí)施了此項(xiàng)改造。

2.2.3 改造效果

自2013年12月改造完成至今，此D N 200聯(lián)通管線保持常開狀態(tài)，遇一期裝置前工序斷氣源時(shí)，二期裝置氣源可供一期裝置合成氣壓縮機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行 （之前遇到此類情況一期裝置合成氣壓縮機(jī)及其后工序必須停車）；二期裝置前工序斷氣源時(shí)，一期裝置氣源可供二期裝置合成氣壓縮機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行 （之前遇到此類情況二期裝置合成氣壓縮機(jī)及其后工序必須停車），從而有效避免了頻繁地開停機(jī)組等，節(jié)省了大量的人力、物力、財(cái)力。

2.3 冰機(jī)干氣密封放空管線改造

2.3.1 生產(chǎn)狀況

原工藝設(shè)計(jì)中，1＃、2＃、3＃、4＃冰機(jī)干氣密封放空氣排至火炬管網(wǎng)，運(yùn)行中有一定的安全隱患，比如逢其余車間緊急放空、事故跳車、火炬管網(wǎng)帶水阻力增大等，均會(huì)導(dǎo)致一級(jí)密封氣和火炬管網(wǎng)壓差減小，而4臺(tái)冰機(jī)均有一級(jí)密封氣與火炬管網(wǎng)壓差聯(lián)鎖，極易因火炬管網(wǎng)因素而導(dǎo)致冰機(jī)聯(lián)鎖跳車；同時(shí)，由于火炬管網(wǎng)壓力方面的因素，開車時(shí)干氣密封啟機(jī)條件不易具備。

2.3.2 改造措施

1＃冰機(jī)干氣密封放空氣及二段進(jìn)口氣液分離器手動(dòng)放空，2＃冰機(jī)干氣密封放空氣及二段進(jìn)口氣液分離器手動(dòng)放空，3＃、4＃冰機(jī)干氣密封放空氣均接管至氨回收系統(tǒng) （如圖3所示）。經(jīng)申請(qǐng)變更工藝管線，于2014年3月實(shí)施了此項(xiàng)改造。

2.3.3 改造效果

改造后，有效避免了因火炬管網(wǎng)壓力突增導(dǎo)致一級(jí)密封氣和火炬管網(wǎng)壓差減小而觸發(fā)冰機(jī)聯(lián)鎖跳車；解決了停車后1＃、2＃冰機(jī)缸內(nèi)置換的排放問題；減少了廠房西側(cè)放空氣排放，減輕了對(duì)周邊環(huán)境的污染，環(huán)保效益巨大；3＃、4＃冰機(jī)干氣密封放空氣接管至氨回收系統(tǒng)，回收了大量放空氣 （氣氨），增加了氨水產(chǎn)量。

圖3 冰機(jī)干氣密封放空管線改造示意圖

2.4 合成氣壓縮機(jī)汽封漏汽冷凝液回收

2.4.1 生產(chǎn)狀況

合成車間4臺(tái)合成氣壓縮機(jī)都設(shè)置有汽封抽汽器，主要任務(wù)是回收汽輪機(jī)軸封漏汽并予以冷卻，冷卻后形成的冷凝液排至地溝。4臺(tái)合成氣壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)其驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)需投用汽封蒸汽，汽封蒸汽為調(diào)節(jié)氣閥漏汽，當(dāng)調(diào)節(jié)氣閥漏汽壓力過高、汽封用汽富余時(shí)，多余的蒸汽被汽封抽汽器抽走并冷凝，保守估計(jì)4臺(tái)合成氣壓縮機(jī)軸封漏汽約6t／h，此部分冷凝液直接排至廠房地溝，造成嚴(yán)重浪費(fèi)，而廠房油污中含氨物質(zhì)較多，一旦混雜冷凝液流入外排水管網(wǎng)，會(huì)造成外排水管網(wǎng)污染。

2.4.2 改造措施

合成車間從環(huán)保及降本增效方面考慮，決定對(duì)汽封漏汽冷凝液予以回收，將其回收至冷凝液管網(wǎng)或用作氨回收系統(tǒng)吸收液。此技改項(xiàng)目共設(shè)置2m3收集罐2臺(tái)、管道泵1臺(tái)，所集冷凝液送至蒸汽冷凝液管網(wǎng)；另設(shè)置冷凝液外送旁路，利用汽輪機(jī)組表冷器負(fù)壓將冷凝液自動(dòng)回吸至表冷器，再隨表冷器內(nèi)蒸汽冷凝液經(jīng)冷凝液泵送至外管網(wǎng)。經(jīng)申請(qǐng)變更工藝管線，于2015年6月實(shí)施了此項(xiàng)改造。

2.4.3 改造效果

改造后，合成氣壓縮機(jī)汽封漏汽冷凝液得到回收利用，年可節(jié)約脫鹽水43200t，脫鹽水價(jià)格按4元／t計(jì)，1a可節(jié)省脫鹽水費(fèi)用17.28萬元，有效節(jié)約了水資源，同時(shí)改善了廠容廠貌（保證廠房衛(wèi)生整潔），消除了外排水管網(wǎng)污染的隱患。

2.5 冰機(jī)中間儲(chǔ)槽液氨壓送管路改造

2.5.1 生產(chǎn)狀況

合成車間4臺(tái)冰機(jī)都設(shè)置有中間儲(chǔ)槽，主要負(fù)責(zé)收集各氣液分離器分離出的液氨，其液氨來源有以下幾部分。

（1）低溫甲醇洗冰機(jī)進(jìn)口氣液分離器來的液氨。主要源自凈化車間及空分車間氨冷器帶液，特別是凈化車間的氨冷器，加減負(fù)荷、系統(tǒng)開停車時(shí)帶液尤甚，出現(xiàn)過凈化車間氨冷器帶液導(dǎo)致低溫甲醇洗冰機(jī)聯(lián)鎖跳車的事故；其余源自噴氨閥和低壓氨分。

（2）氨合成冰機(jī)進(jìn)口氣液分離器來的液氨。主要源自合成氨冷器，特別是當(dāng)氨合成系統(tǒng)液氨純度不高時(shí)，由于液氨與水沸點(diǎn)不同，極易導(dǎo)致暴沸而帶液 （生產(chǎn)中已出現(xiàn)過很多次）。

上述氣液分離器來的液氨均由排氨閥排至中間儲(chǔ)槽，而后用屏蔽泵送至冷凝區(qū)液氨儲(chǔ)槽，這是設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的工藝流程。但設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)時(shí)并未想到冰機(jī)進(jìn)氣帶液會(huì)如此嚴(yán)重，且冷凝區(qū)液氨儲(chǔ)槽壓力較高，屏蔽泵需提高出口壓力至1.5MPa以上，而由于中間儲(chǔ)槽氣相連接低溫甲醇洗冰機(jī)一段，低溫甲醇洗冰機(jī)一段運(yùn)行壓力80kPa，導(dǎo)致屏蔽泵進(jìn)口汽蝕余量增大，故每次開啟屏蔽泵都需要關(guān)閉冰機(jī)一段氣相閥而用冰機(jī)二段氣相充壓，屏蔽泵冷泵排氣提壓需耗用較長時(shí)間，加之屏蔽泵外送流量較小，中間儲(chǔ)槽中3m3左右的液氨排氨至少需要40min，嚴(yán)重影響冰機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.5.2 改造措施

屏蔽泵開泵時(shí)間長、外送量小，冷泵排氣提壓危險(xiǎn)性高且不易操作，不能滿足緊急情況下生產(chǎn)所需，從快速、節(jié)能、安全的角度考慮，有必要對(duì)中間儲(chǔ)槽液氨壓送管路進(jìn)行改造。為此，合成車間考慮不采用屏蔽泵排氨至冷凝區(qū)液氨儲(chǔ)槽，而采用壓氨管線將一、二期裝置冷氨總管來液氨送至常壓儲(chǔ)槽，只需用冰機(jī)二段氣相提高中間儲(chǔ)槽壓力至0.4MPa即可快速壓氨至常壓儲(chǔ)罐，如此排氨速度快，既節(jié)省人力物力，又安全便捷。經(jīng)申請(qǐng)變更工藝管線，于2015年10月實(shí)施了此項(xiàng)改造。

2.5.3 改造效果

此次壓氨管線改造后 （原屏蔽泵已挪作它用），免去了屏蔽泵排氣、冷泵、提壓等諸多步驟，減少了現(xiàn)場氣氨排放，節(jié)省電機(jī)耗電，能快速處理冰機(jī)進(jìn)氣帶液的問題。

2.6 壓縮機(jī)組軸封蒸汽管網(wǎng)改造

2.6.1 生產(chǎn)狀況

合成車間現(xiàn)有8臺(tái)壓縮機(jī)組 （4臺(tái)合成氣壓縮機(jī)、4臺(tái)冰機(jī)），壓縮機(jī)組汽封采用1.5MPa蒸汽，實(shí)際生產(chǎn)中主要存在以下方面的問題。

（1）1.5MPa蒸汽管網(wǎng)處于公司蒸汽管網(wǎng)中后段，蒸汽壓力較低、品質(zhì)較差。若蒸汽壓力、溫度較低，會(huì)造成汽封帶水，導(dǎo)致汽輪機(jī)軸振動(dòng)，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行；而如果蒸汽品質(zhì)差，合成氣壓縮機(jī)汽封抽汽器會(huì)消耗過多的蒸汽，產(chǎn)生過多的冷凝液而形成浪費(fèi)，且會(huì)引起汽輪機(jī)真空度降低。

（2）1.5MPa蒸汽管網(wǎng)存在斷汽的風(fēng)險(xiǎn)，一旦中斷有造成機(jī)組跳車的風(fēng)險(xiǎn)。

2.6.2 改造措施

公司3.8MPa蒸汽管網(wǎng)供汽壓力、品質(zhì)較穩(wěn)定，若將其用作冰機(jī)汽封和合成氣壓縮機(jī)抽汽器汽源可解決上述問題。為此，合成車間考慮增加2條3.8MPa串1.5MPa蒸汽聯(lián)通管線 （如圖4所示）。經(jīng)申請(qǐng)變更工藝管線，于2014年12月實(shí)施了此項(xiàng)改造。

圖4 壓縮機(jī)組軸封蒸汽管網(wǎng)聯(lián)通示意圖

2.6.3 改造效果

（1）汽封蒸汽品質(zhì)提高后，節(jié)省了汽封抽汽器的蒸汽用量，減少了蒸汽消耗和開車暖管階段的疏水排放，有效提高了汽輪機(jī)的真空度，節(jié)省了更多的動(dòng)力蒸汽。

（2）機(jī)組汽封處于雙保險(xiǎn)狀態(tài)，有效避免了1.5MPa蒸汽中斷而造成機(jī)組跳車的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)束語

晉開集團(tuán)1200kt／a總氨項(xiàng)目投產(chǎn)以來，通過實(shí)施上述改造，一期系統(tǒng)與二期系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在了一起，部分生產(chǎn)負(fù)荷可以在合成車間內(nèi)部自由調(diào)配；一、二期裝置低壓氨分氣氨管線聯(lián)通實(shí)現(xiàn)了大流量液氨輸送，避免了系統(tǒng)減量；合成氣壓縮機(jī)一段進(jìn)口增設(shè)新鮮氣聯(lián)通管線實(shí)現(xiàn)了一期系統(tǒng)與二期系統(tǒng)的自由切換和氣量調(diào)配；而冰機(jī)干氣密封放空管線改造、合成氣壓縮機(jī)汽封漏汽冷凝液回收、冰機(jī)中間儲(chǔ)槽液氨壓送管路改造、壓縮機(jī)組軸封蒸汽管網(wǎng)改造等，則大大提高了氨合成系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，減少了人力成本，消除了部分三廢排放。簡言之，一系列技改措施的落實(shí)保證了合成氨裝置的穩(wěn)定、連續(xù)、高效運(yùn)行。