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        合成氨廠大型離心壓縮機(jī)組運(yùn)行總結(jié)

        2018-11-08 10:24:08孟少林
        氮肥與合成氣 2018年10期
        關(guān)鍵詞:離心式合成氣汽輪機(jī)

        孟少林

        (安徽昊源化工集團(tuán)有限公司, 安徽阜陽(yáng) 236056)

        1 概述

        安徽昊源化工集團(tuán)有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)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(xiāo)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(kāi)工建設(shè)年產(chǎn)180 kt合成氨、300 kt尿素原料路線改造項(xiàng)目和200 kt原料路線改造項(xiàng)目。兩期項(xiàng)目都采用了先進(jìn)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(jī)組和低壓氨合成裝置等國(guó)產(chǎn)技術(shù)。兩期項(xiàng)目分別于2013年4月和2014年4月開(kāi)車(chē)穩(wěn)定運(yùn)行至今。

        壓縮機(jī)組由2BCL529+3BCL459/A型大型離心式壓縮機(jī)和NKS40/36型多級(jí)冷凝式汽輪機(jī)組成,壓縮機(jī)與汽輪機(jī)由膜片聯(lián)軸器聯(lián)接,汽輪機(jī)、壓縮機(jī)高低壓缸安裝在公用鋼底座上;整個(gè)機(jī)組采用潤(rùn)滑油站供油;壓縮機(jī)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(dòng)機(jī)采用杭州汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的汽輪機(jī)。

        2 工作原理

        2.1 離心式壓縮機(jī)的工作原理

        在蒸汽透平的驅(qū)動(dòng)下,離心式壓縮機(jī)的主軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn),氣體自軸向進(jìn)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(jìn)入流通面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器中,此時(shí)氣體的速度降低而壓力提高,然后由彎道導(dǎo)入下級(jí),導(dǎo)流器再把從彎道來(lái)的氣體按一定方向均勻地導(dǎo)入下級(jí)葉輪繼續(xù)壓縮,通過(guò)一級(jí)一級(jí)地提高壓力,直到額定的壓力要求。壓力提高的同時(shí)介質(zhì)氣體的溫度也升高,設(shè)置段間冷卻器來(lái)降低壓縮氣體的溫度,盡量減少壓縮功。

        離心式壓縮機(jī)的具有排氣均勻,氣流無(wú)脈沖、無(wú)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(hù)工作量小,運(yùn)行周期長(zhǎng)等特點(diǎn)[1-3]。

        3 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

        3.1 新鮮氣

        新鮮氣的基本組成為H2(摩爾分?jǐn)?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(biāo)態(tài)) ,壓力約為2.931 MPa,溫度為30 ℃。

        3.2 循環(huán)氣

        循環(huán)氣來(lái)自合成裝置,主要為氫氣、氮?dú)饧吧倭课幢焕淠蛛x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(biāo)態(tài)),壓力約為14.160 MPa,溫度為28 ℃ 。

        3.3 混合氣

        經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)一段、二段壓縮后的新鮮氣和循環(huán)氣混合后進(jìn)入壓縮機(jī)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(biāo)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(jiàn)圖1。

        圖1 工藝流程

        4.2 工藝流程簡(jiǎn)介

        來(lái)自液氮洗工序壓力為2.928 MPa、溫度為30 ℃、流量為67 987 m3/h(標(biāo)態(tài)) 的新鮮合成氣與氨合成工段閃蒸槽來(lái)的壓力為3.2 MPa、溫度為-7.6 ℃、流量約100 m3/h(標(biāo)態(tài)) 的閃蒸氣匯合后進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)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(jìn)入高壓缸繼續(xù)壓縮至14.098 MPa,在高壓缸內(nèi)同來(lái)自氨合成崗位壓力為14.098 MPa、溫度為28 ℃、流量為182 013 m3/h(標(biāo)態(tài)) 的循環(huán)氣匯合,通過(guò)壓縮機(jī)循環(huán)段壓縮至壓力15.145 MPa、溫度61.4 ℃、流量約250 000 m3/h(標(biāo)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(guò)FV231020回低壓缸入口;循環(huán)段出口設(shè)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(guò)FV231024、FV231026回到合成氣壓縮機(jī)高壓缸進(jìn)口和循環(huán)段進(jìn)口,保證壓縮機(jī)安全運(yùn)行。

        5 主要設(shè)備

        5.1 靜止設(shè)備

        靜止設(shè)備的名稱(chēng)、型號(hào)或規(guī)格、換熱面積、數(shù)量、設(shè)計(jì)參數(shù)等見(jiàn)表1。

        5.2 運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備

        運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的名稱(chēng)、型號(hào)或規(guī)格、壓力、溫度、數(shù)量、功率、轉(zhuǎn)速、流量、揚(yáng)程等見(jiàn)表2和表3。

        6 運(yùn)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(shè)備情況

        表2 離心壓縮機(jī)和汽輪機(jī)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(biāo)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(biāo)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(biāo)態(tài)),壓力為11.117 MPa,溫度為33.3 ℃。

        7 存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

        (1) 由于該機(jī)組為昊源化工的第一臺(tái)離心式合成氣壓縮機(jī),所以從項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)始即受到高度重視,在設(shè)計(jì)初期就結(jié)合公司的實(shí)際情況對(duì)運(yùn)行工況進(jìn)行了優(yōu)化。離心式壓縮組的汽輪機(jī)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(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn),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(yùn)行可靠,且運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低,目前該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

        (2) 運(yùn)行調(diào)試過(guò)程中,由于壓縮機(jī)的密封使用干氣密封,運(yùn)行時(shí)需要有穩(wěn)定的氮?dú)庾鳛楸U希O(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮到整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)車(chē)初期氮?dú)鈮毫Φ牟环€(wěn)定性,以致剛開(kāi)車(chē)因氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力突然降低導(dǎo)致聯(lián)鎖動(dòng)作,造成兩次停車(chē)。針對(duì)這一情況,技術(shù)人員采取在干氣密封進(jìn)口管線上加裝一臺(tái)20 m3的氮?dú)饩彌_罐來(lái)穩(wěn)定密封氣壓力。改造后裝置運(yùn)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(shí)間里已避免多次停車(chē),在最大程度上保證了機(jī)組的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行,為保證裝置的運(yùn)行穩(wěn)定,和避免任何一套裝置在前工段出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)引起停車(chē),在兩套合成氣壓縮機(jī)組前增設(shè)了一根DN150的串聯(lián)閥。這樣在前工段較大幅度減量或停車(chē)時(shí),可以通過(guò)串聯(lián)閥門(mén)相互串氣,來(lái)確保機(jī)組及合成系統(tǒng)能夠維持短期運(yùn)行,以減少不必要的停車(chē)損失。技術(shù)改進(jìn)前后的對(duì)比見(jiàn)表4。

        表4 技術(shù)改進(jìn)前后的對(duì)比及經(jīng)濟(jì)分析

        8 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)系統(tǒng)工藝優(yōu)化和改造,提高了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性,延長(zhǎng)了運(yùn)行周期。自裝置開(kāi)車(chē)以來(lái),昊源化工合成氣壓縮機(jī)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)要求,取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。裝置自開(kāi)車(chē)至今整體機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)、無(wú)污染、噪音小、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用較低,能夠保證長(zhǎng)周期、安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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