大型離心式氨透平機降低段間溫度的改造總結

何歡歡，周 翔，吳 培，劉 偉

（河南心連心化肥有限公司，河南新鄉 453731）

大型離心式氨透平機降低段間溫度的改造總結

何歡歡，周 翔，吳 培，劉 偉

（河南心連心化肥有限公司，河南新鄉 453731）

通過增設后置冷卻器對氨透平機降低段間溫度的技術改造，使氨透平機各段進口溫度降低，并使4.0 MPa蒸汽消耗降低約1.7 t/h。在保證設備安全穩定運行的情況下，節省了公司的生產成本。

離心式；氨透平機；段間溫度；改造

河南心連心化肥有限公司45·80原料結構調整項目氨透平工段采用由沈鼓集團制造的透平驅動離心式氨壓縮機，設備配套的密封裝置由約翰克蘭天津有限公司制造，汽輪機由杭州汽輪機股份有限公司制造。

離心式氨透平機與較常使用的活塞式壓縮機相比，有轉速高，氣量大，機械磨損小，易損件少，維護簡單，連續工作時間長，振動小，運行平穩，對基礎要求低的特點。在大氣量時，單位功率機組的質量輕、體積小，占地面積少，氣量可在較大范圍內無級調節，易于多級壓縮和節流，可以滿足某些化工流程的要求，易于實現自動化。在國家對化肥生產取消優惠電價的情況下，河南心連心化肥有限公司充分利用企業產生的富足蒸汽，采用經濟性較高的工業汽輪機直接拖動離心式透平壓縮機，對公司減少生產成本具有重要意義。

目前，氨透平機組已運行2a多時間，且整體運行穩定。但是由于場地限制，氨透平機各段入口分離器防喘振降溫管線距離設備較近，致使氨透平機在低負荷運行時，降溫液氨進入喘振回氣管線后氣化量小，導致各段入口分離器液位升高，增加機組帶液的風險，由于不能降低喘振回氣溫度，最終導致各段溫度升高，三段出口溫度最高達到175℃（機組的設計溫度指標＜150℃）。各段溫度超標，會造成段間密封、口環密封及干氣前梳齒密封損壞，甚至會造成氨透平機的動靜摩擦，導致設備損壞。為了能夠在機組低負荷運行時降低各段進口溫度，保證設備的安全運行，我公司進行了深入的探索。

1 工藝氣體流程

1.1工藝氣體主流程

由低溫甲醇洗工段氨冷器來的氣氨和氨合成工段兩級氨冷器來的氣氨分別經氨透平機一段、二段進口閃蒸分離器分離掉夾帶的液氨，后分別進入氨透平機一段、二段進行壓縮，經壓縮后的這兩部分氣氨匯合后直接進入氨透平機三段壓縮，三段壓縮后的氣氨經后冷器降溫后進入四段壓縮進口閃蒸分離器出口，經四級壓縮后直接進入蒸發冷進行降溫，將氣氨直接變成液氨，送入液氨中間槽。中間槽的液氨送入液氨閃蒸槽內，進一步降低液氨壓力和溫度。液氨閃蒸槽內的液氨一大部分進入本工段的第一過冷器內的管內，在過冷器內進行降溫后作為氨合成、低溫甲醇洗工段的冷卻液氨用，一少部分進入過冷器內的管外作為冷卻合成、低溫甲醇洗工段原料氨使用。在過冷器內蒸發出來的氣氨進入一級壓縮進口閃蒸分離器的進口。另一少部分的液氨進入第二過冷器內，作為冷卻合成送常壓氨庫液氨用氨。在第二過冷器內蒸發出來的氣氨同樣進入一級壓縮進口閃蒸分離器的進口。

1.2防喘振氣氨流程

由于氨合成、低溫甲醇洗工段在開停車過程中，特別是氨合成工段的升溫還原過程時間特別長，氣氨量過小同時又需要將氣氨及時消耗掉，此時的透平機因為氣量過小氨壓縮機容易產生喘振，所以在氨透平機內部流程中設置了防喘振管線。從四級壓縮后氣氨冷凝器前引氣氨送到三個閃蒸分離器進口管道上，以增加各段進口的氣氨量防止氨透平機喘振。由于防喘振引用的氣氨溫度過高，會引起氨透平機的溫度高造成氨壓縮機損壞，所以從液氨中間槽引液氨到防喘振氣動閥后，利用氨極易揮發同時帶走熱量的物理特性，降低氨透平機各級進口的氣氨溫度。

但在實際運行過程中，發現氨透平機在低負荷運行時，其各段溫度升高，三段出口溫度最高達到175℃。溫度升高，容易造成密封部件損壞，甚至造成氨透平機的動靜摩擦，導致設備損壞，嚴重影響機組的安全穩定運行。

2 改造方案

為解決機組低負荷運行時氨透平機各段進口溫度較高的問題，以氨透平機四段出口溫度控制在80℃左右（低于70℃存在氣氨液化，造成機組帶液的風險）的工藝條件為設計條件增設一臺后置冷卻器（原四段出口氣體溫度為130℃），保證設備的安全運行。其中，后置冷卻器換熱面積為70m2，工藝氣氨走管程，冷卻用水走殼程。所用冷卻水來自循環水崗位提供的0.45MPa，32℃的循環水。改造后工藝流程如下圖1所示。

3 改造前后正常工況下工藝對比分析

改造前后，氨透平機運行數據如下表1所示。

根據數據記錄可知，改造前后在氨透平機一、二段進口氣量、壓力變化不大，蒸發冷運行臺數相同的情況下：

（1）氨透平機一段進口溫度由改造前的-9.6℃降低為-17.1℃，溫度降低7.5℃，表明改造后氨透平機段間溫度得到了有效降低。

（2）機組轉速由8 260rmp降低為8 000rmp，轉速降低260 rmp；前軸承振動南由30.5μm降低為28.4 μm，振動降低了2.1 μm；氨透平機四段出口壓力由1.263MPa降低為1.103 MPa，四段出口壓力降低0.16MPa。有助于設備的維護，延長設備的使用壽命。

圖1　氨壓縮機部分工藝流程圖

（3）汽輪機所用4.0 MPa蒸汽流量由24.3 t/h降低為22.6 t/h，蒸汽消耗降低約1.7 t/h，每年可節約成本121.18萬元（蒸汽價格按90元/t計算，年運行時間為330d），具有很好的經濟效益。

（4）目前出后置冷卻器氣氨溫度控制在75-80 ℃，使蒸發冷負荷也隨之降低。

表1　改造前后氨透平機運行數據情況

4 結語

通過在離心式氨透平機四段出口增設一臺后置冷卻器進行技術改造，并合理優化相關工藝流程，使氨透平機各段進口溫度降低，并減少了汽輪機的蒸汽消耗。此種改造方式投資費用低，見效快，不僅保證了設備的安全穩定運行，同時節省了公司的生產成本，經濟社會效益顯著。

Reform Summary about Reducing Segmental Temperature of Large Centrifugal Ammonia Turbocompressor

He Huan-huan，Zhou Xiang，Wu pei，Liu Wei

Through adding one after-cooler，we have carried out the technical innovation about reducing the segmental temperature of the large centrifugal ammonia turbocompressor.The inlet temperature for each section of the centrifugal ammonia turbocompressor has fallen，and the consumption of 4.0MPa steam has reduced about 1.7t/h.The technical innovation has saved the production cost with devices running in safe and steady state.

centrifugal；ammonia turbocompressor；segmental temperature；reform

TQ113.26+6.4

A

1003-6490（2016）01-0001-02

2015-12-26

何歡歡，（1988—），女，碩士研究生，助理工程師，主要從事氨合成技術研究工作。