如何提高氢氮气压缩机运行效率

曹 磊，徐 迅

（浙江晋巨化工公司，浙江衢州324004）

如何提高氢氮气压缩机运行效率

曹 磊，徐 迅

（浙江晋巨化工公司，浙江衢州324004）

氢氮气压缩机是合成氨生产中的关键设备之一，为气体输送或化学反应提供动力，氢氮气压缩机的运行效率决定着氨合成过程中成本的主要因素。分析合成氨装置运行中，造成氢氮气压缩机打气量低的原因，并采取相应措施，提高氢氮气压缩机的打气量，达到提高合成氨产量的目的。

水封改造；低位热能；提压降温；节能

1 引言

氢氮气压缩机在向大型、节能、提高产品的可靠性和运行效率、降低能耗、改进生产工艺方法等方面发展。随着氮肥行业生产规模的扩大，用户对压缩机的能量消耗、效率更加关心。我公司从2008年节能降耗改造以来，氢氮气压缩机的规模和能力有了提升。

高压机的运行效率主要与一段进口的压力、温度和高压机的运转周期有直接关系。

2 技术改造方案

2.1 提高煤气进口总管压力

经过指标调整后，高压机一进总管压力由原4.0～8.5 kPa调整到5～13 kPa，实际由于管道阻力和吸气量影响，6M50进口压力12.0 kPa左右。

根据厂家提供的计算书，高压机进口压力在12 kPa下，压缩机轴功率为4767.93 kW，电机功率4911～5483 kW。如果6M50进口压力控制在10～10.5 kPa，电机功率可控制在5000 kW以内，目前电机的额定功率为5000 kW，能够满足。

2.2 通过改造降低煤气进口温度

6M50压缩机4、5、6段水冷器上段余热的回收改造，压缩机4、5、6段排气温度达到150℃，通过水冷器上排换热改造，换热获得85～90℃热水供应低位热能装置使用，通过溴化锂机组，冷却水来冷却压缩机一段进口煤气温度，以提高压缩机的打气量。

3 改造的关键技术和创新点

3.1 高压机进口一进水封改造

（1）经测算，一进压力以13 kPa为基数，每升高1 kPa，一进气量约增加600 m3/h。

（2）提高高压机进口压力（最高至14 kPa），以保证一进温度升高时打气量不随之下降。根据高压机进口气体温度设置一进压力指标，使打气量既不下降，同时高压机也不超负荷运行。

3.2 通过低位热能的热源改造

（1）利用了压缩机段间热水，夏季热水外排，冬季热水回收。既满足了低位热能机组的热源问题，也解决了现有循环水装置热负荷过高问题。

（2）通过原有的管路进行技改，不增加设备及动力消耗，主要需增加高压机去机组热水管道，单台压缩机4、5段水冷器上排热水出口管，新安装管线约130 m，一次底漆和保温及安装等费用控制在10万元以内。实现了压缩机5、6段热水两路接收，避免因低位热能装置热源需要，而对影响水冷换热效率，影响压缩机稳定运行及后系统打气量平衡问题。

（3）由于热水经过机组后，温度还有70℃，当气温较高时，会导致合成循环水系统蒸发散热负荷增加。车间通过外排这部分热水，可以降低循环水进水温度，以实现节水，生产控本降耗。

由于机组设计的热源采用低品位热水（85～90℃）作为热源，如将热水型机组改为蒸汽型机组，需要机组拆卸返厂改造。通过改造发生器和加装冷凝水分离器，改造费用预计在30～50万元，占该机组投资的50%，本次改造，减少了设备返厂改造的投资费用。

本次利用高压机5、6段水冷器热源改造后，未增加动力消耗；机组热水进口温度可以维持在80～85℃，冷水温差在3～4℃。高压机煤气进口温度在25～26℃以下，可以满足项目改造目标。

低位热能装置在高温季节使用后，可以降低高压机由于一段进气温度高，引起的2、3段出口温度超标问题：一方面可以延长气阀的使用寿命，避免油污在气阀阀片上由于高温结垢的问题；另外一方面，可减轻循环水系统的热量负荷，降低循环水温度。经过测算高压机二出温度在一进温度在25℃以上时，2段、3段出口温度均有上升4～5℃，对整个循环水系统的温升也会影响2℃以上，造成合成的水冷器、冰机冷凝器的冷却水温度高，改用清江水。

4 提高压缩机的运转率

4.1 压缩机气阀攻关改造

根据我车间统计数据：车间共计13台高压压缩机，2007年到2008年间，其中因连杆大头瓦磨损引起高压机振动停车占9%；因活塞环磨损，打气量下降停车占5%；因活塞杆断裂停车1%；因水冷气效果差停车占5%；因填料漏气严重停车7%；其他零件磨损占23%；因气阀失效停车占50%。平均使用寿命为3周。

通过分析，影响气阀寿命的因素有：阀片、弹簧、开启高度、气量的大小及每段气缸油水分离器的效果。

原因分析后，将气阀的弹簧加粗，弹簧力增加，弹簧的材质提高。将改造后的气阀投入生产，气阀使用寿命大大提高。

在后续慢慢摸索中，发现气阀的开启高度对气阀的寿命印象也较大，通过分析，气阀的开启高度越高，气阀回座密封时被气缸内碳渣等卡住的概率越大。起初，开启高度有检修指标3.5～4 mm，气阀的开启高度影响压缩比及气量，但仔细分析，压缩比主要影响因素在于活塞与气缸的余隙，及气阀在气缸内安装时靠近活塞端的距离来说印象较小；并且，二出气阀数量较多（其它二出气阀开启高度不变），我们把气阀的开启高度放在3～3.5之间，取最小。这样以来大大提高了气阀寿命，现在使用寿命超过半年，部分超过9个月。

气阀改造后推广：2010年我车间新上2台6M50高压机，2012年增加一台6M50压缩机，气阀从开车起，3段气阀阀片就是断裂，3天气阀就失效。我们将气阀弹簧孔的分布形式进行改进，并增加2只定位销，现在使用寿命超过半年以上。

4.2 做好双包机制

为了使压缩机长周期，满负荷运行，运转率高而降低能耗，注重抓紧平时的维护保养工作，坚持双包机制。压缩机操作人员的职责主要是按规定指标严格操作，保持各摩擦部位有良好的润滑和冷却条件，根据运转情况和各段压力变化，及时发现和判断故障，与有关人员迅速加以处理。维修包机工每天上岗巡回检查，发现故障隐患及时处理，防患于未然。

4.3 实行计划检修制

压缩机要做到计划检修，每月一小修，每年一大修，无故障也要计划性检修。如气阀、活塞环易坏，漏气，则降低了设备的效率，从而增加了电耗。因此，对于压缩机这些部位要重点加强检修和记录，每个月小修期间计划性的对于各段阀门进行拆检，开车前对于气阀及压盖进行试漏检查。

5 具体改造内容及实施过程

5.1 一进安全水封和隔离水封加高

2013年3月，通过现场确认和测量，将#1～7高压机一进隔离水封高度分别从1300 mm加高至1500 mm，在一进总管压力在13 kPa下，可以提压生产条件。

5.2 修改高压机一段进口总管压力控制指标

2013年4～12月，通过理论计算和生产厂家对接，根据现有压缩机运行的数据参数，进行反复计算验证后，进行尝试提压，分阶段从8 kPa提压至9 kPa、10 kPa、11 kPa、12 kPa、13 kPa，期间对于高压机各项指标参数进行对比分析，满足压缩机设计指标，各段平衡力及轴功率均在可控范围内。

6 结语

从氢氮气压缩机的一系列改造后的运行状况分析来看，效果是明显的。

（1）6M50压缩机经一系列的改造优化后的运行状况看，效果是明显的，从开车的1个月运行周期，到目前平均45天，最高60天的运行周期有明显提升，它的长周期运行，对我公司的节能降耗工作作出了较大贡献；

（2）对于6M50的水封改造及一进煤气的提压降温后，压缩机的气量同比上升了500～1000 m3/h，压缩机的能力提升，高压机电耗下降10～15度/吨氨；

（3）解决了低位热能装置先天设计上的热源不足问题，提高了煤气的换热效率温度2℃。

［1］吴德荣.化工工艺设计手册［M］.北京：化工工业出版社，2009：964-975.

［2］杨德林.大型合成氨装置原料气压缩机的控制方案［J］.中氮肥，2012，6：47-48.

［3］董立新.往复压缩机工艺管道振动分析及消减措施［J］.压缩机技术，2012，5：56-59.

［4］杵杨波.氢氮压缩机改造为二氧化碳压缩机的开发利用［J］.中氮肥，2013，5：35-37.

22.储气罐应安装在气源系统的什么部位?

答：气源系统中，储气罐一般都安装在后部冷却器之后，这样可防止油蒸汽和液态水在罐内的聚集，以尽可能降低安全隐患和提高气源其它设备的工作效果；另外，存储在罐内的空气温度较低也可以缩小本体容积。

在大部分场合，储气罐都安装在干燥器的前面，以便利用储气罐具有的降温除水和稳压作用，使干燥器的负荷得以降低，并且使进入干燥器的空气压力比较稳定，这对干燥器运行是很有利的。

但储气罐安装在干燥器前面也有如下缺点：若罐内有大量冷凝水积聚，液态水会随气流进入干燥器，增加其运行负载。另外，储气罐内壁若长期处于潮湿环境极易生锈，这不仅会影响本体的使用寿命，而且锈蚀剥落物会随气流进入下游设备造成诸多不利影响。为了避免上述情况的发生，对储气罐及时排污是非常重要的。

在与螺杆压缩机等连续供气设备连用时，储气罐可安装在干燥器的后面，此时进入储气罐的空气是干燥的，罐内无凝结水产生，这就避免了前述的一些缺陷。但这样的布置方式也有缺点：首先，干燥器的进气温度接近于后部冷却器的出口温度，这比有储气罐作缓冲时要高许多，而且后部冷却器出口气流所携带的液态水有可能直接进入干燥器，使其运行负荷增加。另外气流在通过干燥器、过滤器等净化设备后，会产生较大的压降，使进入储气罐的空气压力降低。

由上所述，储气罐具体的安装位置应在系统设计时比较各种因素确定。

Methods of Improving Operating Efficiency of Hydrogen Nitrogen Compressor

CAO Lei，XU Xun
（Zhejiang Jinju Chemical Co.，Ltd.，Quzhou 324004，China）

Hydrogen nitrogen compressor is one of the key equipments in synthetic ammonia production，which can provide power for gas pumping and chemical reaction，the operating efficiency of hydrogen nitrogen compressor is the main factor determining the cost of ammonia synthesis process.In this paper，the reason of causing low capacity of hydrogen nitrogen compressor in the process of synthetic ammonia unit operating is analyzed and the corresponding measure of increasing the capacity is adopted to achieve the purpose of improving the production of synthetic ammonia.

water seal transformation；low level heat；pressure increased and temperature lowered；energy-saving

TH45

B

1006-2971（2014）06-0030-03

曹磊（1982-），男，工程师，2004年毕业于武汉工程大学，现在浙江晋巨化工公司工作。E-m a i l：c l_0404198@z j j h g.c o m

2014-05-19