提高往复式CO2压缩机打气量

O 位朋 乔洁 曹真真 温云（河南心连心化肥有限公司 河南 453731）

提高往复式CO2压缩机打气量

O 位朋 乔洁 曹真真 温云
（河南心连心化肥有限公司 河南 453731）

CO2压缩机是尿素生产过程中的关键设备之一，但往复式压缩机打气量会随着气温的变化发生较大波动。回收造气工段出废热锅炉的半水煤气低位余热，通过溴化锂冷水机组将其转化为冷水冷能，用于降低压缩机入口CO2温度。结果表明：160℃半水煤气温度降低至100℃，可将CO2温度从40℃降低至20℃，有效提高了压缩机打气量。

CO2；压缩机；打气量；半水煤气；余热回收；冷水机组

前言

目前，我公司CO2压缩机打气量已经无法满足尿素产能增加的需要，尤其在夏季高温时段，CO2压缩机已经处于满负荷运转状态，压缩机配套电机甚至出现长时间电流超标现象，且CO2压缩机没有备机，容易发生因压缩机故障导致尿素生产减量甚至停车的情况发生，给装置的长周期稳定运行带来隐患。

一般而言，提高往复式压缩机打气量有两种途径：①从设备本体角度考虑，通过扩缸的方式提高压缩机打气量，这也是我们通常采用的做法；②从工艺角度考虑，提高压缩机入口气体压力，降低压缩机入口气体温度，同样可以提高压缩机打气量。就公司实际来看，压缩机进口CO2来自脱碳岗位，压力一般比较稳定，不容易被提高，那么降低压缩机入口气体温度成为提高打气量的另一有效途径之一。

1.压缩机进口CO2温度统计与分析

我们在4-7月份对公司1#CO2压缩机入口温度、流量和电机功率进行了统计，统计结果详见表1。

表1 1#CO2压缩机运行数据统计表

从表1中4-7月份的压缩机运行统计数据来看，季节从春季逐渐过渡到夏季，气温逐渐走高，CO2压缩机入口CO2温度也逐渐升高，而压缩机打气量却逐渐降低，无法满足尿素生产需求，且压缩机电机实耗功率也在逐渐增加，到6月底，电机实耗功率已经达到额定功率（2200kW)，7月份开始进入夏季最高温时段，电机实耗功率最高达到2230kW，容易发生电机故障导致压缩机跳车。

CO2汽提尿素生产工艺对装置负荷大小的敏感性较强，正常情况下要求负荷在60%-110%之间操作，负荷过低将会导致系统停车。两台CO2压缩机供应一套尿素装置，且压缩机通常没有备机，一台压缩机停运后，整套尿素装置（50%的负荷）将无法正常操作，系统必须停车，产生不利影响。

2.实施方案

(1)技改思路

此次我们改造的思路是：通过回收生产装置低品位余热，通过热水型溴化锂冷水机组将其转化为冷水冷能，再用以降低压缩机入口CO2温度，提高压缩机打气量。每年5-9月份，气温较高，CO2入压缩机温度都维持在35℃以上，最高可达42℃，均需要冷却，以满足尿素生产对压缩机打气量的需求，且维持压缩机正常负荷稳定运转。

关于低品位余热开发，我们了解到，造气工段出废热锅炉半水煤气温度通常维持在160℃左右，仍有较大开发潜力。我们使用某公司生产的低温防腐热管余热回收装置，通入低温热水回收出废热锅炉的半水煤气余热，可将半水煤气温度从160℃降低至100℃，该设备低温不腐蚀，不结垢，使用寿命长，最大程度上回收了生产装置低位余热，且有效降低了半水煤气水洗装置的水耗和电耗，将入气柜半水煤气温度控制在理想范围内。吸收热量后的95℃高温热水通过溴化锂冷水机组将热能转化为另一侧低温冷水的冷能，用于CO2压缩机进口高温CO2气体的降温，最终可将CO2气体温度从40℃降低至20℃，甚至更低，提高了压缩机打气量，减轻了压缩机的运行负荷，使得尿素装置在夏季高温时段维持较高的产能。

(2)技改实施

本项目需要新增静止设备三台，在造气工段现有废热锅炉后串联一台低温防腐热管余热回收装置，在尿素车间CO2压缩机入口新增一台列管式换热器，一台溴化锂冷水机组。传动设备两台，一台热水循环泵和一台冷水循环泵，本次技改示意图如图1所示。

图1 改造工艺流程示意图

低温防腐热管余热回收装置副产95℃高温热水，热水通过热水循环泵输送至溴化锂冷水机组中，机组产生10 -15℃冷水，然后通过冷水循环泵输送至CO2压缩工段新增的列管式换热器管程，将壳程CO2气体冷却降温至20℃，进入压缩机进行压缩。

改造新增关键设备如图2、图3所示。

图2 新增低温防腐热管余热回收装置

图3 新增热水型溴化锂冷水机组

3.实施效果

技改项目设备安装于8月5日完成，然后进行了系统调试，8月12日正式投入运行，运行数据统计详见表2。

从上表可以看出：改造完成后，CO2压缩机打气量较7月份改造前提高926Nm3/h；压缩机电耗下降47kW；且压缩机更易操作控制，尿素夏季高温时段生产负荷稳定。

半水煤气出低温防腐热管余热回收装置后的温度可以维持在100℃左右，极大降低了造气水洗塔的负荷。

4.总结

通过项目的实施，回收了造气工段半水煤气低位余热，避免了较高品位余热的浪费，降低了水洗装置水耗、电耗和半水煤气入气柜温度；增加了尿素工段CO2压缩机的打气量，使尿素生产维持较高负荷；且压缩机电机功率可以控制在额定功率内，压缩机运行更加平稳，故障风险下降。

冬季气温低，CO2温度不再成为压缩机打量的限制条件，此时新增溴化锂机组将会停运，而新增的低温防腐热管余热回收装置可以继续运行，产生的高温热水计划用于生产区办公楼和职工食堂的供暖热源，节约供暖蒸汽消耗，实现余热资源利用的最大化。

5.思考

随着燃料煤价格逐渐上涨，尤其近几个月，燃料煤价格涨幅高达200元/吨，蒸汽成本更加高昂，蒸汽型溴化锂机组运行成本更高。合成氨生产装置余热较多，且品位多集中在120-70℃之间，多数未被开发利用，浪费较为严重。在目前尿素行业产能严重过剩、出现大面积亏损的背景下，开发和利用低品位余热，降低合成氨和尿素综合能耗，是企业保持竞争优势的有效途径之一。

目前，关于低温余热发电（有机郎肯循环ORC)的研究较多，但工程应用实例较少，且热电转化效率通常为9．0%，且投资较大，回收期长，运行稳定性差，热源出现流量或温度波动往往导致机组的停运。我们转变思路，回收余热，通过溴化锂冷水机组将热能转变成冷水冷能，然后用于生产中最需要降温冷却的地方，不失为一种好的选择。

[1]王玮,刘洋,孙文忠.往返式压缩机节能降耗技术分析[J].天然气技术与经济,2014,8(1):49-51.

[2]刘华.往复式CO2压缩机五段入口温度的优化[J].化肥设计,2012,50 (5):51-53.

[3]黄金豹,张玉泉,潘晓慧.热水型溴化锂机组在化工生产中的节能应用[J].节能与环保,2005,01:54-55.

[4]郁永章主编.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社, 2000年11月,32-65.

[5]於子方.合成氨行业节能技术综述[J].氮肥技术,2010,31(3):1-5.

9Improve the Capacity of Reciprocating Type CO2Compressor

Wei Peng, Qiao Jie, Cao Zhenzhen, Wen Yun
（He’nan Heart to Heart Fertilizer co ., LTD, Henan, 453731）

CO2compressor is one of the key equipment in urea production process, but the reciprocating compressor discharge will have greater fl uctuation as the change of temperature. Recycling gasifi cation section produce the semi-water gas low waste heat from waste heat boiler, besides, by the lithium bromide chiller to transform it into cold water and cold energy, which is used to reduce the temperature of CO2in the section of compressor entry. Results show that 160℃ semi-water gas temperature reduced to 100℃ and CO2temperature can be reduced from 40℃ to 20℃, which effectively improve the compressor discharge.

CO2；compressor；discharge；semi-water gas；recovery of waste heat；water chilling unit

表2 装置投运后CO2压缩机运行数据统计

A

位朋（1987～），男，河南心连心化肥有限公司，研究方向：压缩机等传动设备管理及研究。