氨壓縮機段間冷卻器在線堵漏創新技術及運行評價

樊雙新，邵 軍

（河南煤化集團中原大化公司，河南 濮陽 457004）

1 概 述

河南中原大化有限責任公司年產300kt合成氨裝置，是我國引進的具有上世紀八十年代國際先進水平的大型合成氨裝置。它以天然氣為原料，日產合成氨1 000t；采用UHDE－AMV低能耗工藝流程。在氨合成工序，混合氣中氨與未反應的氮氣、氫氣的分離是采用普通冷凍的方法。據在溫度相同、壓力相同的條件下，氣氨的液化溫度比氮氣、氫氣都要高，更加容易冷凍下來這一特性，利用溫度較低的液氨作為氣氨的冷凍劑，將氣氨冷凝，而后與未液化的氮氣、氫氣分離。這樣一來，作為冷凍劑的液氨的溫度，直接影響到合成工序混合氣中氣氨的含量；冷凍劑溫度的增高，直接影響到合成塔入口的氨凈值，增加了氣氨分壓，降低了合成塔的轉化率。

2 冷凍回路工藝流程簡介

我公司采用的氨壓縮機裝置為兩級氨冷的冷凍循環，選用了2MCL528單缸兩段離心式壓縮機，由HG32／20背壓式蒸汽透平（09MT01）驅動。來自第一氨冷器（08E005）的氣氨和來自第二氨冷器（08E006）及氣體冷卻器（10E004）的氣氨，分別進入氨壓縮機（09K001）一段的吸入側，經一段壓縮入段間冷卻器（09E005）冷卻后再與從氨閃蒸槽（09D001）來的氣氨匯合，于42℃、0.908MPa進入09K001的二段吸入側，壓縮至1.56MPa、100℃，經水冷器（09E002A／B），氣氨液化為液氨，入氨收集器（09D002），然后流經換熱器（09E003A／B）。氨閃蒸槽（09D001）及產品氨加熱器（09E004）液氨與來自閃蒸槽（08D001）的冷氨進行換熱，使之冷卻減壓降溫，重新作為冷凍劑送往第一、二氨冷器（08E005、08E006）和氣體冷卻器（10E004）使用，構成冷凍循環回路（如圖1所示）。

3 事故描述

作為氨壓縮機（又稱冰機）一段出口到二段入口之間的段間冷卻器（09E005），是一套至關重要的換熱設備。氨壓縮機一段出口來的氣氨入中間冷卻器（09E005）冷卻后再與從氨閃蒸槽（09D001）來的氣氨匯合后進入09K001二段吸入側。09E005換熱效果的好壞，直接影響到氨壓縮機二段入口溫度。氨壓縮機入口氣氨溫度增高，不但增加氨壓縮機的功耗，而且使氨壓縮機二段出口氨產品的溫度也有所增高，降低氨壓縮機的做功效率。我公司09E005采用的是浮頭式換熱器，氣氨走殼程，循環水走管程。在今年設備開車運行正常以后，發現09E005入口溫度T09004為64.9℃，出口溫度T09007為59.7℃，進出口溫差不大；背壓式蒸汽透平（09MT01）的蒸汽消耗在138t／h左右，冷凍回路整體冷量不足，合成塔入口氨凈值明顯下降，合成塔瞬時氨產量也有明顯下降等。設備檢修人員現場檢測查漏，發現09E005的換熱管有5根泄漏，造成09E005換熱效率嚴重下降，T09004與T09007之間的溫差減小到了5.2℃；并且有大量的氨氣流入管程循環水中，隨循環水流進供水廠，造成供水廠HN3－N嚴重超標。09E005結構如圖2所示。

圖1 合成氨冷凍回路示意圖

圖2 09E005結構示意圖

4 在線堵漏

經過檢修人員檢測，發現09E005靠近循環水進出口側，上部有1根列管出現泄漏，下部有4根列管出現泄漏。由于設備正處于正常生產狀態，09E005氣氨側根本無法交出檢修，給檢修工作帶來了巨大的困難。為了保證生產的正常進行，決定對09E005進行在線 “微創手術”（即在線堵漏），這樣，既避免了停車檢修的難題，又能夠滿足正常生產的要求。其中，對于上部出現的1根泄漏列管，采取如下處理措施（如圖3）。

首先，對上部列管的漏點進行確認，用一根直徑略微大于列管的套管與之進行銜接，套管與列管之間利用粘合膠進行粘合，套管上部接有一根引氨管線；另外，在循環水回水側管壁上開一孔，放入一根接引管線，利用螺母使其與銜接套管上部的引氨導管相連接，由此可以將換熱器泄漏的氣氨直接引到換熱器外部；循環水回水側管壁上開孔處外接有一道閥門進行控制，利用膠管將氣氨引至廢氨槽內進行回收。銜接套管后面接有一根壓制彈簧，彈簧的另一側與循環水側法蘭蓋相連接，當循環水法蘭蓋安裝回去時，可以擠壓彈簧，對于銜接套管起到一定的固定作用。利用同樣的原理和方法，下部4根泄漏的列管也進行 “微創手術”，其處理措施如圖4所示。

圖3 換熱器上部漏管處理示意圖

下部4根泄漏列管銜接部分與上部漏管的處理原理和方法基本一致，只是增加了一個引氨匯總管，將4根泄漏列管引出的氣氨進行匯總，然后經引氨匯總管將氣氨引出換熱器；同樣地，在循環水上水側管壁上開孔，循環水上水側管壁上開孔處外接有一道閥門進行控制，利用膠管將氣氨引至廢氨槽內進行回收（制取氨水），這樣，不僅保護了環境，而且可為公司帶來不少的經濟效益。

圖4 換熱器下部漏管處理示意圖

5 在線堵漏后運行評價

氨壓縮機（09K001）二段入口溫度（T09007）由59.7℃下降到41.2℃（如表1）。入口溫度的降低，使得氨壓縮機入口單位體積內的氨分子量增加，氨壓縮機的做功效率得到明顯提高，蒸汽透平（09MT01）在相同條件下耗汽量（F09004）減少1.34t／h（如表1），一天能夠減少高壓蒸汽消耗30t左右。由于氨壓縮機做功效率顯著提高，冷凍回路的冷凍溫度T08008由－9.1℃降至－9.6℃（如表1），合成塔氨凈值有顯著增加，瞬時氨產量也有所提高（如表2）。就環境保護方面而言，循環水中NH3—N由4 868×10－6下降至86×10－6，很大程度上減輕了環保壓力，也減少了氣氨的損失。從經濟方面來說，氨壓縮機每天能減少高壓蒸汽消耗30t左右，每天能夠節省6 300元；而合成塔氨凈值的增加，直接提高了合成塔的氨產量，據統計每天大約能夠多產近20t液氨，直接經濟效益為5.8萬元。

經過對09E005進行有針對性的在線堵漏，

表1 09E005堵漏前后冷凍回路相關數據的變化

表2 09E005堵漏前后合成塔運行數據

6 結 語

氨壓縮機段間冷卻器（09E005）在線堵漏項目的成功實施，既保證了裝置的安全穩定運行，又增加了公司的經濟效益，環境保護方面也得到了較大提高。該堵漏技術簡單易行且原理簡單，但是微創堵漏技術是在氣氨環境下進行作業的，具有一定的危險性。