氨增壓機105J1節(jié)能技術研究及應用

許茂深

（中海石油化學股份有限公司，海南東方 572600）

中海石油化學股份有限公司二期年產450kt合成氨裝置，是由美國KBR（Kellogg ＆Brown Root）公司總承包，采用KBR公司深冷凈化技術設計而成。該工藝具有節(jié)能、易操作和較強的貧氣處理能力等特點。裝置至今已運行335d（本輪周期），打破了2008年的313d長周期記錄。

合成冷凍回路有一臺高壓電機驅動的氨增壓機105J1，長期處于備用（運行）狀態(tài)，若按330d／a計算，105J1電機用電量約為484.6× 104kW·h／a，電費每年約268萬元。而根據(jù)KBR的設計，正常生產時105J1應處于停運狀態(tài)；但現(xiàn)實情況是，停運后若遇到尿素裝置突發(fā)停車，將瞬間退回62.5t／h的氨，冷凍系統(tǒng)無足夠能力儲存退回的氨，故105J1在實際生產中一直處于運行狀態(tài)。如何實現(xiàn)105J1停運而又不影響合成裝置的穩(wěn)定運行呢？

1 外送氨工藝流程簡介

富島二期合成裝置氨產品向外界輸送主要有兩條線：尿素裝置正常生產時，熱氨產品通過輸送到尿素裝置，氨增壓機105J1處于熱備用狀態(tài)；尿素裝置停車時，冷氨產品通過送到氨罐，需105J1為系統(tǒng)提供必要的冷量。若尿素裝置停車，系統(tǒng)產氨累積在149D中，工藝人員通過關閉去149D熱氨（管線），提高105J1的負荷，增大到氨罐的冷氨輸送量，以達到平衡系統(tǒng)產氨的目的。

二期合成裝置外送氨系統(tǒng)流程示意如圖1。

圖1 外送氨系統(tǒng)流程示意

2 105J1停運可行性分析

合成裝置向外輸送液氨有兩條線路，一條送尿素裝置（熱氨），另外一條送氨罐（冷氨）。氨增壓機105J1主要作用是，為合成裝置產氨送氨罐時提供冷量，若合成裝置產氨不送氨罐，105J1便可停下；尿素裝置正常生產時，可通過對合成或尿素裝置負荷的調整，維持尿素裝置的用氨量大于或等于合成裝置的產氨量，停止合成裝置向氨罐送氨，可停下105J1；若尿素裝置處于非正常工況，既尿素的用氨量遠小于合成的產氨量，此時可啟動105J1，實現(xiàn)合成產氨外送氨罐。由以上分析可知，105J1停運，在工藝上可行。

實際生產中，105J1停運后帶來的一個主要問題是，尿素裝置突發(fā)停車后合成裝置產氨的儲存。尿素裝置突發(fā)停車，若確保合成裝置穩(wěn)定運行，就必須把合成產氨儲存或者外送出去，此時已不具備外送條件，必須暫時把產氨儲存起來，及時打通冷氨流程，而105J1啟動、冷氨泵冷泵等流程的打通共需約50min，而冷凍系統(tǒng)儲存不了該時間內系統(tǒng)產氨；可以通過液氨受槽149D擴容或建新儲罐與冷凍系統(tǒng)一起儲存，確保裝置穩(wěn)定運行，很好地解決此問題。

3 方案SWOT（優(yōu)勢、劣勢、機會、威脅）分析

氨增壓機105J1節(jié)能降耗技術改造最終確定為兩個方案：149D擴容方案或新增149D1方案。

149D擴容方案（方案一） 工藝流程維持原設計流程不變，僅增加氨受槽的容積即增加熱氨儲量，洗滌段維持不變。擴容149D，設計直徑2 600mm、長度18 000mm，MAXLL 2 300mm，MINLL 300mm，空筒容積95.5m3，有效容積75m3，可增加氨停留時間40min。

新增149D1方案（方案二） 工藝流程做較大調整，新增149D1以儲存32.25t的熱氨，且該設備的氣、液相與120CF2的氣、液相相連，新增149D1容積按55m3（55m3×581kg／m3＝31.9t）計算，直徑3 000mm，高度9 000mm，MAXLL 8 000mm，MINLL 0mm，可增加氨停留時間29min。

兩個方案從工藝原理、工藝運行以及設備制造等方面論證均可行，具體分析如下。

3.1 工藝分析

149D擴容方案 本方案只是設備容積擴大，設備安裝標高不變，保持熱氨泵入口壓力不變，容積擴大后維持操作溫度不變，閃蒸量不變，對整個工藝系統(tǒng)影響甚微。本方案不新增任何儀表控制系統(tǒng)，操作簡便。

新增149D1方案 尿素裝置停車后，熱氨由149D送到149D1中，溫度由40℃降至14.7℃，閃蒸量為7.2%（設計院核算），105J設計功率可以滿足此工藝工況，但因尿素304J高壓氨泵機封為水密封，304J最小流量返回到合成裝置120CF2中，在2009年曾出現(xiàn)2次304J返氨帶水事故，造成105J負荷大幅度增加，對機組造成了一定的損傷；若兩種工況疊加（尿素裝置停車及304J返氨帶水），會對機組造成更大損壞。

總體上講，新增149D1，并增加多組調節(jié)閥，105J的運行負荷也增加，且增加了操作難度。

3.2 投資分析

149D擴容方案 由于只是替換原底部氨受槽，且汽提段利舊，設備材料仍采用16MnDR，故設備投資少。預計設備投資45萬元RMB。其余改造如下。

（1）鋼結構工作量：合成框架EL106500平臺上設備操作重量增加較大，須復核合成框架的鋼柱，且設備的支撐梁要增大。

（2）管道改造量：由于設備增大，設備接口位置變化，管道局部稍有變化，管道改造量小，也不需額外增加閥門。

（3）儀表：設備本體的液位計量程增加，遠傳液位控制不變，只需更換就地液位計即可，不涉及其他儀表投資。

新增149D1方案 本方案由于新增149D1，設備材料仍采用16MnDR，估計設備投資42萬元RMB。

（1）鋼結構工作量：改造量大，需新增或改造至少3條管線。

（2）儀表：①新增149D1就地液位計和遠傳液位計及相關變送器、電纜；②新增149D1氣相出口壓力調節(jié)閥及相關變送器、電纜；③新增149D1入口HIC調節(jié)閥及相關變送器、電纜；④新增149D1液相HIC調節(jié)閥及相關變送器、電纜；⑤控制室DCS需增加卡件，且調整組態(tài)；⑥新增壓力容器149D1，應增設安全閥。僅儀表項目投資高達40萬RMB。

3.3 建設安裝分析

149D擴容方案 設備前期制作完成，大修更換。日常運行中完成步行梯位置更換、管線預制以及框架的制作；大修期間完成設備更換、管線焊接等。據(jù)設計院核算施工所需時間，在大修期間可以完成所有技改施工；經吊裝人員核算，100t吊車吊裝無問題。

新增149D1方案 大修之前可以完成設備的地基建設、設備安裝、儀表安裝等，大修占用時間少，但現(xiàn)場沒有合適的安裝位置。

3.4 改造后投用分析

149D擴容方案 若尿素裝置突發(fā)停車，在半小時之內無需改變任何工藝操作，工藝人員在1h之內完成105J1啟動、124J冷氨泵冷泵以及打通流程等工作，及時把冷氨送出。此方案操作人員調整余度大，人員需求少，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

新增149D1方案 若尿素裝置突發(fā)停車，需及時打通149D到149D1流程，控制好149D1壓力，同時需壓控人員對105J壓縮機進行負荷調整，另一方面需壓縮人員及時啟動氨增壓機105J1，并對124J冷氨泵冷泵；149D1閃蒸氣（氨）進入120CF2后會影響到120CF2的壓力以及溫度，進而會影響到合成回路換熱。此方案操作人員需求多，處理需及時，否則會造成對整個系統(tǒng)的影響。

3.5 小 結

從以上分析可知，149D擴容方案與新增149D1方案相比，前者具有工藝運行更穩(wěn)定，投資成本更低，工藝操作更簡單，日常維護費用低，現(xiàn)場位置易布置等優(yōu)點，推薦使用方案一。

4 改造后節(jié)能及經濟效益分析

自3月份改造以來，系統(tǒng)一直穩(wěn)定運行。在擴容后的149D投用初期進行了實際演練，效果良好。現(xiàn)在105J1已停運，達到了預期目的，對公司節(jié)能降耗具有重要意義，本次改造總費用為175萬，其中，135萬為設備購置費用，占總費用的77%。經計算，年可節(jié)電484.6×104kW·h（電機電流64A、電壓6 000V、功率因數(shù)0.92，年運行時間以330d計），合標煤1 958t（1kW·h電合標煤0.404 0kg）；電價以0.553元／（kW·h）計，每年可節(jié)約電費268萬元，則7個多月即可收回投資。

總之，本改造項目根據(jù)工藝的特點，進行研究與分析，找出節(jié)能降耗的突破口，而又不影響到裝置的穩(wěn)定運行。