氨增压机105J1节能技术研究及应用

许茂深

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

中海石油化学股份有限公司二期年产450kt合成氨装置，是由美国KBR（Kellogg ＆Brown Root）公司总承包，采用KBR公司深冷净化技术设计而成。该工艺具有节能、易操作和较强的贫气处理能力等特点。装置至今已运行335d（本轮周期），打破了2008年的313d长周期记录。

合成冷冻回路有一台高压电机驱动的氨增压机105J1，长期处于备用（运行）状态，若按330d／a计算，105J1电机用电量约为484.6× 104kW·h／a，电费每年约268万元。而根据KBR的设计，正常生产时105J1应处于停运状态；但现实情况是，停运后若遇到尿素装置突发停车，将瞬间退回62.5t／h的氨，冷冻系统无足够能力储存退回的氨，故105J1在实际生产中一直处于运行状态。如何实现105J1停运而又不影响合成装置的稳定运行呢？

1 外送氨工艺流程简介

富岛二期合成装置氨产品向外界输送主要有两条线：尿素装置正常生产时，热氨产品通过输送到尿素装置，氨增压机105J1处于热备用状态；尿素装置停车时，冷氨产品通过送到氨罐，需105J1为系统提供必要的冷量。若尿素装置停车，系统产氨累积在149D中，工艺人员通过关闭去149D热氨（管线），提高105J1的负荷，增大到氨罐的冷氨输送量，以达到平衡系统产氨的目的。

二期合成装置外送氨系统流程示意如图1。

图1 外送氨系统流程示意

2 105J1停运可行性分析

合成装置向外输送液氨有两条线路，一条送尿素装置（热氨），另外一条送氨罐（冷氨）。氨增压机105J1主要作用是，为合成装置产氨送氨罐时提供冷量，若合成装置产氨不送氨罐，105J1便可停下；尿素装置正常生产时，可通过对合成或尿素装置负荷的调整，维持尿素装置的用氨量大于或等于合成装置的产氨量，停止合成装置向氨罐送氨，可停下105J1；若尿素装置处于非正常工况，既尿素的用氨量远小于合成的产氨量，此时可启动105J1，实现合成产氨外送氨罐。由以上分析可知，105J1停运，在工艺上可行。

实际生产中，105J1停运后带来的一个主要问题是，尿素装置突发停车后合成装置产氨的储存。尿素装置突发停车，若确保合成装置稳定运行，就必须把合成产氨储存或者外送出去，此时已不具备外送条件，必须暂时把产氨储存起来，及时打通冷氨流程，而105J1启动、冷氨泵冷泵等流程的打通共需约50min，而冷冻系统储存不了该时间内系统产氨；可以通过液氨受槽149D扩容或建新储罐与冷冻系统一起储存，确保装置稳定运行，很好地解决此问题。

3 方案SWOT（优势、劣势、机会、威胁）分析

氨增压机105J1节能降耗技术改造最终确定为两个方案：149D扩容方案或新增149D1方案。

149D扩容方案（方案一） 工艺流程维持原设计流程不变，仅增加氨受槽的容积即增加热氨储量，洗涤段维持不变。扩容149D，设计直径2 600mm、长度18 000mm，MAXLL 2 300mm，MINLL 300mm，空筒容积95.5m3，有效容积75m3，可增加氨停留时间40min。

新增149D1方案（方案二） 工艺流程做较大调整，新增149D1以储存32.25t的热氨，且该设备的气、液相与120CF2的气、液相相连，新增149D1容积按55m3（55m3×581kg／m3＝31.9t）计算，直径3 000mm，高度9 000mm，MAXLL 8 000mm，MINLL 0mm，可增加氨停留时间29min。

两个方案从工艺原理、工艺运行以及设备制造等方面论证均可行，具体分析如下。

3.1 工艺分析

149D扩容方案 本方案只是设备容积扩大，设备安装标高不变，保持热氨泵入口压力不变，容积扩大后维持操作温度不变，闪蒸量不变，对整个工艺系统影响甚微。本方案不新增任何仪表控制系统，操作简便。

新增149D1方案 尿素装置停车后，热氨由149D送到149D1中，温度由40℃降至14.7℃，闪蒸量为7.2%（设计院核算），105J设计功率可以满足此工艺工况，但因尿素304J高压氨泵机封为水密封，304J最小流量返回到合成装置120CF2中，在2009年曾出现2次304J返氨带水事故，造成105J负荷大幅度增加，对机组造成了一定的损伤；若两种工况叠加（尿素装置停车及304J返氨带水），会对机组造成更大损坏。

总体上讲，新增149D1，并增加多组调节阀，105J的运行负荷也增加，且增加了操作难度。

3.2 投资分析

149D扩容方案 由于只是替换原底部氨受槽，且汽提段利旧，设备材料仍采用16MnDR，故设备投资少。预计设备投资45万元RMB。其余改造如下。

（1）钢结构工作量：合成框架EL106500平台上设备操作重量增加较大，须复核合成框架的钢柱，且设备的支撑梁要增大。

（2）管道改造量：由于设备增大，设备接口位置变化，管道局部稍有变化，管道改造量小，也不需额外增加阀门。

（3）仪表：设备本体的液位计量程增加，远传液位控制不变，只需更换就地液位计即可，不涉及其他仪表投资。

新增149D1方案 本方案由于新增149D1，设备材料仍采用16MnDR，估计设备投资42万元RMB。

（1）钢结构工作量：改造量大，需新增或改造至少3条管线。

（2）仪表：①新增149D1就地液位计和远传液位计及相关变送器、电缆；②新增149D1气相出口压力调节阀及相关变送器、电缆；③新增149D1入口HIC调节阀及相关变送器、电缆；④新增149D1液相HIC调节阀及相关变送器、电缆；⑤控制室DCS需增加卡件，且调整组态；⑥新增压力容器149D1，应增设安全阀。仅仪表项目投资高达40万RMB。

3.3 建设安装分析

149D扩容方案 设备前期制作完成，大修更换。日常运行中完成步行梯位置更换、管线预制以及框架的制作；大修期间完成设备更换、管线焊接等。据设计院核算施工所需时间，在大修期间可以完成所有技改施工；经吊装人员核算，100t吊车吊装无问题。

新增149D1方案 大修之前可以完成设备的地基建设、设备安装、仪表安装等，大修占用时间少，但现场没有合适的安装位置。

3.4 改造后投用分析

149D扩容方案 若尿素装置突发停车，在半小时之内无需改变任何工艺操作，工艺人员在1h之内完成105J1启动、124J冷氨泵冷泵以及打通流程等工作，及时把冷氨送出。此方案操作人员调整余度大，人员需求少，系统运行稳定。

新增149D1方案 若尿素装置突发停车，需及时打通149D到149D1流程，控制好149D1压力，同时需压控人员对105J压缩机进行负荷调整，另一方面需压缩人员及时启动氨增压机105J1，并对124J冷氨泵冷泵；149D1闪蒸气（氨）进入120CF2后会影响到120CF2的压力以及温度，进而会影响到合成回路换热。此方案操作人员需求多，处理需及时，否则会造成对整个系统的影响。

3.5 小 结

从以上分析可知，149D扩容方案与新增149D1方案相比，前者具有工艺运行更稳定，投资成本更低，工艺操作更简单，日常维护费用低，现场位置易布置等优点，推荐使用方案一。

4 改造后节能及经济效益分析

自3月份改造以来，系统一直稳定运行。在扩容后的149D投用初期进行了实际演练，效果良好。现在105J1已停运，达到了预期目的，对公司节能降耗具有重要意义，本次改造总费用为175万，其中，135万为设备购置费用，占总费用的77%。经计算，年可节电484.6×104kW·h（电机电流64A、电压6 000V、功率因数0.92，年运行时间以330d计），合标煤1 958t（1kW·h电合标煤0.404 0kg）；电价以0.553元／（kW·h）计，每年可节约电费268万元，则7个多月即可收回投资。

总之，本改造项目根据工艺的特点，进行研究与分析，找出节能降耗的突破口，而又不影响到装置的稳定运行。