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        合成氨廠大型離心壓縮機組運行總結

        2018-11-08 10:24:08孟少林
        氮肥與合成氣 2018年10期
        關鍵詞:離心式合成氣汽輪機

        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,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。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

        在蒸汽透平的驅動下,離心式壓縮機的主軸帶動葉輪旋轉,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,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 運轉設備

        運轉設備的名稱、型號或規(guī)格、壓力、溫度、數(shù)量、功率、轉速、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。射水抽氣器不僅結構緊湊、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。技術改進前后的對比見表4。

        表4 技術改進前后的對比及經(jīng)濟分析

        8 結語

        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。

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