合成氨厂大型离心压缩机组运行总结

2018-11-08孟少林

氮肥与合成气 2018年10期

孟少林

(安徽昊源化工集团有限公司，安徽阜阳 236056)

1 概述

安徽昊源化工集团有限公司(简称昊源化工)始建于1970年，现已发展成为集研发、生产、销售于一体的综合性化工企业，目前主要产品产能为年产1 500 kt总氨、1 500 kt尿素、600 kt甲醇、20 kt吗啉、150 kt二甲醚、30 kt异丙胺、1 000 t二甘醇胺以及30 MW余热发电等。

昊源化工自2011年开工建设年产180 kt合成氨、300 kt尿素原料路线改造项目和200 kt原料路线改造项目。两期项目都采用了先进的HT-L粉煤加压气化技术,宽温耐硫变换工艺,低温甲醇洗脱硫、脱碳，液氮洗工艺，离心式压缩机组和低压氨合成装置等国产技术。两期项目分别于2013年4月和2014年4月开车稳定运行至今。

压缩机组由2BCL529+3BCL459/A型大型离心式压缩机和NKS40/36型多级冷凝式汽轮机组成，压缩机与汽轮机由膜片联轴器联接，汽轮机、压缩机高低压缸安装在公用钢底座上；整个机组采用润滑油站供油；压缩机的轴端密封采用成都一通密封股份有限公司生产的干气密封，原动机采用杭州汽轮机股份有限公司生产的汽轮机。

2 工作原理

2.1 离心式压缩机的工作原理

在蒸汽透平的驱动下，离心式压缩机的主轴带动叶轮旋转，气体自轴向进入，叶轮流道中的气体受叶轮作用随叶轮一起旋转，并以很高的速度被离心力甩出叶轮，进入流通面积逐渐扩大的扩压器中，此时气体的速度降低而压力提高，然后由弯道导入下级，导流器再把从弯道来的气体按一定方向均匀地导入下级叶轮继续压缩，通过一级一级地提高压力，直到额定的压力要求。压力提高的同时介质气体的温度也升高,设置段间冷却器来降低压缩气体的温度，尽量减少压缩功。

离心式压缩机的具有排气均匀，气流无脉冲、无油，性能曲线平坦，操作范围较宽，气体流量大，故障率低，日常维护工作量小，运行周期长等特点[1-3]。

3 主要设计参数

3.1 新鲜气

新鲜气的基本组成为H2(摩尔分数,下同)：74.981%，N2：25.009%，CH4：0.002%，Ar:0.008%。

新鲜气参数:流量为67 987 m3/h(标态) ,压力约为2.931 MPa,温度为30 ℃。

3.2 循环气

循环气来自合成装置，主要为氢气、氮气及少量未被冷凝分离的氨气。

循环气的组分为H2：71.56%，N2：23.88%，CH4：0.123%，Ar：1.10%，NH3：3.25%。

循环气参数：流量为182 013 m3/h(标态),压力约为14.160 MPa,温度为28 ℃ 。

3.3 混合气

经过压缩机一段、二段压缩后的新鲜气和循环气混合后进入压缩机循环段。

混合气体的组分为H2：72.54%，N2：24.20%，CH4：0.09%，Ar：0.87%，NH3：2.30%。

混合气体参数：流量为250 000 m3/h(标态),压力为14.160 MPa,温度为52 ℃。

4 工艺流程

4.1 工艺流程图

工艺流程见图1。

图1 工艺流程

4.2 工艺流程简介

来自液氮洗工序压力为2.928 MPa、温度为30 ℃、流量为67 987 m3/h(标态) 的新鲜合成气与氨合成工段闪蒸槽来的压力为3.2 MPa、温度为-7.6 ℃、流量约100 m3/h(标态) 的闪蒸气汇合后进入合成气压缩机K-2301低压缸压缩至8.166 MPa、113.5 ℃，出口气经段间冷却器E-2301冷却到40 ℃进入高压缸继续压缩至14.098 MPa，在高压缸内同来自氨合成岗位压力为14.098 MPa、温度为28 ℃、流量为182 013 m3/h(标态) 的循环气汇合，通过压缩机循环段压缩至压力15.145 MPa、温度61.4 ℃、流量约250 000 m3/h(标态)后送到氨合成岗位。在段间冷却器E-2301出口引一条回流线路通过FV231020回低压缸入口；循环段出口设一条回流线路经防喘振冷却器E-2303冷却后(40 ℃)，以两股分别通过FV231024、FV231026回到合成气压缩机高压缸进口和循环段进口，保证压缩机安全运行。

5 主要设备

5.1 静止设备

静止设备的名称、型号或规格、换热面积、数量、设计参数等见表1。

5.2 运转设备

运转设备的名称、型号或规格、压力、温度、数量、功率、转速、流量、扬程等见表2和表3。

6 运行参数

6.1 新鲜气

新鲜气的基本组成为H2：75.381%，N2：4.600 9%，CH4：0.002%，Ar：0.008%。

表1 静止设备情况

表2 离心压缩机和汽轮机的情况

表3 油泵和水泵的情况

新鲜气参数:流量为70 391 m3/h(标态),压力为2.794 MPa,温度为28.4 ℃。

6.2 循环气

循环气的组分为H2：71.9%，N2：23.6%，CH4：0.1%，Ar：1.1%，NH3：3.3%。

循环气参数：流量为166 802 m3/h(标态),压力为11.117 MPa,温度为33.3 ℃。

6.3 混合气

混合气体的组分为H2：73.0%，N2：23.6%，CH4：0.1%，Ar：0.7%，NH3：2.6%。

循环气参数：流量为166 802 m3/h(标态),压力为11.117 MPa,温度为33.3 ℃。

7 存在的问题及改进措施

(1) 由于该机组为昊源化工的第一台离心式合成气压缩机，所以从项目设计开始即受到高度重视，在设计初期就结合公司的实际情况对运行工况进行了优化。离心式压缩组的汽轮机抽气系统一般采用射汽抽气器方式，因所用装置蒸汽系统余量不多,通过设计改进，将射汽抽气器改为射水抽气器。射水抽气器不仅结构紧凑、运行可靠，且运行维护费用低，目前该系统运行稳定。

(2) 运行调试过程中，由于压缩机的密封使用干气密封，运行时需要有稳定的氮气作为保障，但设计时没有考虑到整个系统开车初期氮气压力的不稳定性，以致刚开车因氮气管网压力突然降低导致联锁动作，造成两次停车。针对这一情况，技术人员采取在干气密封进口管线上加装一台20 m3的氮气缓冲罐来稳定密封气压力。改造后装置运行非常稳定，证明该缓冲罐的配置非常有必要，在一年多的时间里已避免多次停车，在最大程度上保证了机组的长周期稳定运行。

(3) 目前昊源化工两套航天炉合成氨系统全部投入了运行，为保证装置的运行稳定，和避免任何一套装置在前工段出现问题时引起停车，在两套合成气压缩机组前增设了一根DN150的串联阀。这样在前工段较大幅度减量或停车时，可以通过串联阀门相互串气，来确保机组及合成系统能够维持短期运行，以减少不必要的停车损失。技术改进前后的对比见表4。