合成氨罐系统气氨压缩机更新改造总结

陈新振

(中海石油化学股份有限公司富岛有限公司， 海南东方 572600)

1 概述

中海石油化学股份有限公司富岛一期合成氨装置采用英国ICI-AMV合成氨工艺，以天然气为原料，设计生产能力为1 000 t/d。自1996年初引氨投用以来，合成氨罐系统的气氨压缩机为螺杆压缩冷凝机组，用来回收氨贮存系统因热辐射而蒸发出来的气氨。正常生产时,压缩机出来的液氨经过主装置至氨罐的液氨管线返回氨罐。气氨压缩机为单台设备，由于设备老化等原因,无法保证氨罐和送至氨罐液氨闪蒸出来的气氨被全部回收。大量的气氨通过氨火炬进行排放，会造成大量氨损失，同时还需使用天然气来燃烧放空的气氨，不利于节能降耗。若氨火炬熄灭，又会对环境造成影响，达不到环保的要求。同时长期高负荷运行导致了气氨压缩机近几年故障频发，检修次数增加，维护成本提高，备品备件消耗量增大。为了保证系统运行稳定，减少操作和维护，同时有利于节能减排，计划新增1台气氨压缩机。

2 氨罐区工艺流程

氨罐区是氨贮存装置，由2个氨罐组成。当尿素装置停车或氨产量超过尿素车间需要时，氨罐用于接受和贮存来自氨合成的液氨，2个氨罐的液位和压力是相同的。氨的贮存压力为50 Pa，贮存温度为-33.0 ℃，闪蒸的气氨被气氨压缩机压缩并被冷却水冷凝成液氨，然后返回氨罐，以此维持压力恒定[1]。经过合成氨装置外送液氨阀门,来自氨合成的液氨进入氨罐，2个氨罐进出口及气氨进出口都是相连通的，氨罐闪蒸的气氨通过气相管至旧气氨压缩机(81K002)，经压缩冷凝成液氨后回到氨罐。超出81K002处理能力的多余气氨被放空至氨火炬进行燃烧处理。改造后，气氨通过新气氨压缩机(81K001)与81K002，压缩冷凝成液氨后按原流程返回氨罐。工艺流程见图1，其中虚线为81K001改造流程[2]。

3 81K002及氨罐区主要工艺参数

81K002及氨罐区主要工艺参数分别见表1和表2[3]。

4 原因分析

4.1 输气能力不足

根据物料平衡查找，该系统设计气化氨质量流量为420 kg/h。根据氨罐区实际运行数据计算，当环境温度较高时，气化氨质量流量为500 kg/h，而与之配套的81K002的处理能力却只有385 kg/h。81K002的设计能力不足，不能保证氨罐气化氨完全被液化回收，导致多余气氨被送至火炬燃烧。

4.2 设备老化

从建厂投产至今，81K002已运行26 a，设备材质老化，物料泄漏情况时有发生，机组经常性被动停车检修，导致大量气氨被送去氨火炬放空燃烧。气氨压缩机老化腐蚀情况见图2和图3。

图2 气氨压缩机本体材质老化

4.3 原设计流程

原设计流程中，液氨输送泵出口液氨安全阀管线排放口连接在火炬。发生液氨泄漏至火炬事故时，液氨倒流至入口(入口未设计气液分离器)，导致压缩机跳车，气氨被大量放空，缩短压缩机使用寿命。

4.4 供油温度

原设计中，81K002油冷器冷却介质为循环冷却水，设计出口温度为80.2 ℃。长时间运行后，油冷器结垢，导致换热效率下降。氨罐区是独立单元，在循环水中断的情况下，油冷器缺少冷却介质，导致无法冷却润滑油，油泵出口油温高，使压缩机出口温度升高，排气压力也随之上升，压缩机作功下降。必要时，需要停车并清洗油冷器，此时气氨被放空。

4.5 驱动电机

81K002驱动电机不是防爆电机，在正常工作条件下会发热，如果转子线圈出现故障，可能会产生火花。同时，该装置设备老化严重，时常有气氨泄漏，电机外壳温度过高或未产生止火花时，可能会引发爆炸或起火。

4.6 控制仪表

81K002原设计PLC控制面板为按钮式，且PLC控制面板上所有参数监控仪表都是现场表，均采用仪表管接头连接。现场表缺点是容易损坏，显示不准确。连接口发生泄漏时，机组负荷控制存在本体机头负荷与PLC面板控制负荷仪表不对应情况，总控远程DCS控制不精确，气氨压缩机不能最大限度作功，导致气氨不能完全被压缩回收。81K002原设计联锁控制中，未设置机组停车动作时油泵自停逻辑。当压缩机联锁停车时，油泵继续运行，油分离器内的油被一直送至压缩机缸体内，导致油分离器内油被抽空，而压缩机缸体内集满油。在恢复开车时，要通过人力盘动压缩机，把油赶到出口分离器内才能恢复启动。当入口单向阀失效时，有大量润滑油倒流至入口气氨管线内，造成润滑油浪费。

5 81K001性能参数

为了彻底解决因81K002本身功率不足造成气氨不能完全被回收的问题，决定增加并联81K001以及将81K002作为紧急备用。81K001的主要工艺参数见表3[4]。

表3 81K001主要工艺参数

单台压缩冷凝机组配套辅助设备包括氨液分离器、冷凝器、贮液器等。

6 改造措施

6.1 防爆驱动电机

81K001驱动电机使用防爆电机。氨罐区是富岛一期装置的重大危险源之一，且压缩机就在氨罐区范围内。一旦发生氨气泄漏，防爆电机可以有效遏止电机产生火花，防止引发爆炸或起火，保证设备运行安全及生产人员的人身安全。对驱动电机增加多种安全保护联锁，包括电机A/B/C相绕组温度高高联锁停机保护、电机前后轴承温度高高联锁停机保护，同时增加主电机电流显示，实时对电机运行状态进行监控。

6.2 增加入口气液分离器

在81K001入口设计增加1台气液分离器，对来自氨罐的气氨进行气液分离，可以有效解决气氨带液现象。此装置可防止液氨倒灌至压缩机入口，损坏机组转子，同时防止气氨被长时间送至火炬放空。

6.3 油冷器

81K001油冷器通过氨制冷冷却润滑油，避免油冷器长时间运行导致的换热效率下降，以及压缩机作功不好导致的排气压力升高，也避免了清洗油冷器造成的气氨放空。

6.4 压缩机功率

81K001设计吸气能力为969 kg/h，远远大于81K002的吸气能力(385 kg/h)。氨罐气氨排放量为420 kg/h，理论上可以完全被吸入液化成液氨返回氨罐，达到技术改造目的。

6.5 安全环保

81K001设计增加了紧急泄氨器。当制冷系统发生意外事故时，贮氨器、蒸发器中的大量液氨被放出，同时开启连接的消防水阀，将液氨溶入水中，防止事故扩大。

6.6 控制仪表

81K001的控制面板采用隔爆型结构，安装有触摸屏、PLC、中间继电器、温度变送器等电气元件，可控制防爆自动型低压螺杆机组，实现启动、停止、压力指示、安全保护、能量调节等功能。

7 81K001运行试车过程

7.1 81K001油温高

81K001第一次试车时，供油温度高于65.0 ℃，达到供油联锁值，延时30 s后压缩机自动减载至零载。等待油温下降后重新加载机组负荷，运行15 min后，供油温度再次升高，连续出现多次。停机排查时发现，油冷器冷介质氨是从气氨冷却器底部引出，第一次试车时，由于冷却液氨量无法满足油冷器制冷，导致供油油温高。初步判断原因为水冷器换热效果不好，气氨冷凝不足，在水冷器内未建立液位，油冷器冷量不足，造成油温高。检查循环冷却水温度、压力、排气阀阀位，对油冷器、水冷器、氨储槽进行排惰气。

从81K002氨受槽处连接液氨管线至81K001气氨冷却器。在试车初期投用该管线引氨，以此来满足油冷器的液氨用量，保证供油油温小于65.0 ℃。该管线投用后效果显著，试车工作顺利进行。

7.2 机械附件泄漏

81K001试车过程中，设备附件及阀门多次出现泄漏故障。

联系厂家更换配件，并重新安装调试。维保人员对泄漏阀门及泄漏部位进行检修。

7.3 仪表调试

81K001入口吸气压力表量程较大，单位为Bar，且有回差;实际入口压力仅为3～6 kPa。联系厂家将入口吸气压力单位改为kPa，且将压力表改为小量程表后,在现场自动状态下调试。81K001原程序中，只有远程开停车功能，无远程调节功能。经综合考虑，只保留远程急停功能，增加远程调节功能[4]。

8 改造效果

改造前，氨罐压力趋势在24 h内无规则升高，超出氨罐放空阀压力设定6次，导致大量气氨被放空，单个氨罐液位24 h内下降1～2 mm。改造后，氨罐压力趋势平稳，氨罐放空阀在24 h内无放空，氨罐液位变化可忽略不计。经过计算，每天放空氨可减少0.2～0.4 t的损耗，全年(350 d)节约70～140 t液氨。

9 结语

增加并调试气氨压缩机后，氨罐放空的问题得到了解决，各参数都在设计指标范围内。此项改造不但保证了氨罐区运行的安全可靠，而且达到节能减排的目的。