氨冰機系統排液管線的改造

吳 濤，李發軍，呂世興

(兗礦新疆煤化工有限公司 新疆烏魯木齊 831500)

兗礦新疆煤化工有限公司600 kt/a醇氨聯產項目的氣體凈化采用低溫甲醇洗工藝，配置1套NK25/28/25凝汽式3 256 kW汽輪機離心式氨冰機系統為低溫甲醇洗系統提供冷凍量。但僅此套冰機系統在夏季或低溫甲醇洗系統開車過程中無法滿足冷量要求，所以氨合成系統NK32/36/16凝汽式7 381 kW汽輪機離心式氨冰機系統的一段入口氣氨全部來自低溫甲醇洗系統，氣氨經加壓冷凝成液氨后同時向低溫甲醇洗系統和氨合成系統提供所需冷量，以保證生產運行。

1 工藝流程與主要設備

1.1 工藝流程

來自低溫甲醇洗系統5臺氨冷器的氣氨(-0.01 MPa、<-20.0 ℃、21 470 m3/h，標態)經一段入口分離器分離夾帶的液氨后進入氨冰機離心式壓縮機一段進行壓縮，出一段壓縮的氣氨(0.37 MPa、69.3 ℃)與來自氨合成系統二級氨冷器的氣氨(0.17 MPa、-10.0 ℃)一并進入二段入口分離器分離夾帶的液氨后進入壓縮機二段進行壓縮，出二段壓縮的氣氨(0.58 MPa、109.8 ℃)經氣體冷卻器降溫后與來自氨合成系統一級氨冷器的氣氨(0.57 MPa、11.7 ℃)一并進入三段入口分離器分離夾帶的液氨后進入壓縮機三段進行壓縮，出三段壓縮的氣氨(1.62 MPa、118.9 ℃)經三段出口冷卻器降溫后進入水冷器降溫冷凝，得到的液氨經液氨儲罐、省功器閃蒸降壓后供低溫甲醇洗系統和氨合成系統各氨冷器使用，省功器閃蒸出的氣氨進入三段入口分離器，液氨儲罐、水冷器內不凝氣送至氨吸收塔。

一段、二段和三段入口分離器設置降溫副線，降溫用液氨來自液氨儲罐。氨冰機系統設有防喘振系統，氣源由壓縮機三段出口冷卻器后管線引出，通過3只防喘振調節閥分別進入一段、二段和三段入口分離器，以保障壓縮機入口氣量，防止壓縮機出現喘振現象。3臺入口分離器分別設置液氨放氨閥，利用壓力差，三段入口分離器中的液氨放入二段入口分離器，二段入口分離器中的液氨放入一段入口分離器；利用高位差，將一段入口分離器中的液氨放入中間氨罐，再用屏蔽式液氨泵將液氨輸送至液氨儲罐。液氨排放流程如圖1所示。

圖1 液氨排放流程

1.2 主要設備

離心式氨壓縮機：型號MCL525+3MCL528，機殼采用水平剖分結構；8級葉輪，首級葉輪直徑52 cm，葉輪背靠背排列，中間加氣；正常轉速10 405 r/min，最大轉速10 926 r/min，跳車轉速11 799 r/min，臨界區域3 030～4 830 r/min，最低調節轉速7 804 r/min；最高工作壓力1.70 MPa。

汽輪機：凝汽式，型號NK32/36/16型；正常轉速10 405 r/min，最大轉速10 926 r/min，跳車轉速11 799 r/min，最低調節轉速7 804 r/min；蒸汽消耗量28.8 t/h，工作蒸汽壓力3.8 MPa、溫度400 ℃，排氣壓力-0.085 MPa。

液氨儲罐：內徑Ф 2 800 mm，容積60.4 m3；設計壓力2.5 MPa，最高工作壓力1.7 MPa，設計溫度50 ℃；材質Q345R，三類壓力容器。

省功器：內徑Ф 2 800 mm，容積55.5 m3；設計壓力2.5 MPa，最高工作壓力1.7 MPa，設計溫度50 ℃；材質Q345R，三類壓力容器。

中間氨罐：內徑Ф 1 200 mm，容積5.4 m3；設計壓力2.5 MPa，最高工作壓力1.7 MPa，設計溫度-50 ℃；材質09MNiDR，二類壓力容器。

一段入口分離器：內徑Ф 2 000 mm，容積10.7 m3；設計壓力為2.50 MPa，最高工作壓力為0.07 MPa，設計溫度-50 ℃；材質09MNiDR，二類壓力容器。

屏蔽式液氨泵：流量2.5～3.5 m3/h，功率13 kW，揚程246 m，轉速1 450 r/min；整體保冷，不能盤車。

2 氨冰機系統存在的問題

(1)低溫甲醇洗系統至氨冰機系統一段入口分離器管線設計存在缺陷，存在U形管低點，可能存在積液現象。

(2)一段入口分離器管線壓力低(負壓)、溫度低(-38 ℃)，低溫甲醇洗系統的氨冷器加液氨速度過快或液位控制不當，造成氣氨帶液進入一段入口分離器，一旦一段入口分離器液位過高，其出口氣氨就會出現帶液現象，使液氨進入壓縮機缸體內。

(3)在低溫甲醇洗系統開車過程中，若系統負荷提升過快、冷量需求過大，經常會出現帶液現象。

(4)氨冰機系統屏蔽式液氨泵不能盤車，葉輪易卡澀，故障率較高，進而影響冰機系統運行負荷。另外，啟動氨泵前需進行排氣，現場存在氨污染問題。

3 自力式排液流程的管線改造

3.1 氨泵加壓法排液流程

一段入口分離器出現帶液氨時，控制室操作人員先通過放液閥將液氨送至中間氨罐，然后通知現場人員關閉一段入口分離器與中間氨罐間的氣相連通閥，關閉放液閥；現場操作人員稍開氨泵出口回流閥，用泵出口管排氣閥排氣，觀察到排氣管出液后關閉排氣閥；然后啟動氨泵，出口壓力超過液氨儲罐壓力后，緩慢打開出口閥向液氨儲罐排液氨。如果一段入口分離器繼續帶液，則需重新打開入口分離器與中間氨罐氣相連通閥，開啟放氨閥放液，然后關閉氣相連通閥再排液。如果不關閉氣相連通閥，中間氨罐形成負壓，氨泵將直接跳車。從上述操作流程可看出，采用氨泵加壓法排液過程十分繁瑣。

3.2 自力式排液的設想與理論分析

2017年8月系統進行停車大修，對利用冰機系統自身壓力建立壓力差進行排液的技術方案進行了分析，得出如下結論。

(1)正常運行時，氨冰機系統一段入口分離器與中間氨罐均為負壓；液氨儲罐壓力與三段壓縮出口壓力一致，均為高壓；省功器閃蒸減壓后的壓力低于液氨儲罐壓力。所以，與排液相關的設備間存在壓力差。

(2)一段入口分離器與中間氨罐間有氣相連通管線和放液管線；中間氨罐的泵出口至液氨儲罐有排液管線；省功器與中間氨罐均有預留法蘭口，兩者可通過設置閥門和配管連接。所以，設備間流程相通。

(3)一段入口分離器至中間氨罐氣相管、放液管間均設有控制閥門，當中間氨罐需向液氨儲罐排液時，一段入口分離器與中間氨罐間可以隔離；排液完畢后，把中間氨罐的泵出口閥、中間氨罐底部排液閥關閉，使液氨儲罐與中間氨罐之間、中間氨罐與省功器之間得以隔離；然后開啟中間氨罐與一段分離器間的氣相閥，打開一段入口分離器放液閥，進行下一輪排液。所以，各設備之間能夠相互隔離。

根據分析結論，利用冰機系統自身壓力進行自力式排液的設想是完全可行的。

3.3 排液管線改造

利用2017年8月系統停車大修機會，將中間氨罐底部預留法蘭口作為排液口，增設5.0 MPa、DN 50 mm截止閥2只；把省功器頂部預留法蘭口作為進液口，增設5.0 MPa、DN 80 mm閘閥1只；2臺設備之間用DN 25 mm管線連通。改造后的自力式排液流程如圖2所示。

圖2 自力式排液流程

4 自力式排液的應用

4.1 操作方案

氨冰機系統發生帶液現象時，控制室首先向調度室匯報，然后根據帶液情況適當降低氨壓縮機一段入口負荷，以保證氨壓縮機穩定運行。然后立即通知現場操作人員進行自力式排液，其操作方法如下：①現場打開一段入口分離器與中間氨罐間的氣相連通閥1，使兩者間的壓力一致(均為負壓)；②控制室人員打開一段入口分離器放液閥2將液氨放入中間氨罐內，如帶液嚴重、液位過高，現場打開放液閥2的旁路閥進行快速放液；③待中間氨罐內的液氨液位達到95%以上時停止放液，關閉放液閥2和其旁路閥，關閉氣相連通閥1；④現場確認一段入口分離器與中間氨罐間的氣相連通閥1關閉、放液閥2和旁路閥關閉后，打開液氨泵出口回流閥4，用泵出口管總閥3控制，使液氨儲罐內的氣氨壓力與中間氨罐進行均壓，直至兩者壓力相等；⑤現場打開省功器頂部的排液閥6(可以保持常開狀態)，打開中間氨罐底部排液閥5進行排液；⑥中間氨罐的液位降至5%時，關閉排液閥5和泵出口管總閥3，重新打開一段入口分離器與中間氨罐間氣相連通閥1，打開放液閥2排液，直至帶液氨現象消除。

注意事項：①排液時，中間氨罐處于高壓，當完成一次排液后再次進行一段入口分離器內液氨排放時，必須緩慢打開一段入口分離器與中間氨罐間的氣相連通閥1，防止較高壓力的氣體進入一段入口分離器負壓區而造成入口壓力的大幅波動，進而影響低溫甲醇洗氨冷器氣氨總管壓力和系統溫度；②進行自力式排液時，嚴禁打開一段入口分離器與中間氨罐的氣相連通閥1，嚴禁打開放液閥2放液，否則將使中間氨罐內的液氨倒吸入一段入口分離器；③控制室與現場密切聯系，相互確認準備就緒后再進行操作。

4.2 應用實踐

2018年1月17日，室外環境溫度較低(-20 ℃)，氨冰機系統單獨運行氨合成系統的1臺冰機。因低溫甲醇洗系統負荷波動，低溫甲醇洗系統的氨冷器加氨量控制不當，造成氨冰機系統一段入口分離器帶液氨，液位達到97%。崗位操作人員立即將液氨排入中間氨罐，然后進行自力式排液。因首次采用此方法排液，所以現場操作人員比較謹慎，特別是在對中間氨罐進行均壓時，泵出口總閥開度較小，均壓速度較慢；排液時，排液閥沒有完全打開，排液速度較慢；一罐液氨排放完畢進行一段入口分離器與中間氨罐均壓時，氣相連通閥1的開度也是緩慢增大。因此，第1次采用自力式排液用時較長，在10 min左右，但操作取得成功。

2018年3月4日，在生產系統短停后恢復生產的過程中，為了向低溫甲醇洗系統提供更多的冷量，先啟動氨合成冰機系統。冰機系統正常運行后，低溫甲醇洗系統為了盡快接氣開車，氨冷器加液氨速度過快，使氨冷器液位過高，造成液氨隨氨冷器氣流帶入氨冰機系統一段入口氣氨總管并進入一段入口分離器。由于出現持續帶液現象且量較大，造成一段壓縮出口物料溫度由69 ℃降至0 ℃，對壓縮機運行構成嚴重危害，一段壓縮被迫大幅減量運行以控制帶液量。發現帶液氨后，控制室操作人員立即對一段入口分離器進行放液，然后由現場操作人員進行自力式排液。因帶液嚴重，所以均壓、排液時閥門全部打開，排液速度加快，效果明顯。尤為突出的是，在進行高壓向負壓區均壓時，一段入口氣氨壓力很穩定，未造成氣氨總管壓力波動。采用自力式排液，不僅保證了氨冰機系統的正常運行，沒有影響低溫甲醇洗系統的開車進度，而且降低了電耗，杜絕了氣氨排放對環境的污染，效果顯著。

5 結語

盡管自力式排液的效果顯著，但通過實際應用，還存在如下幾個問題需改進。

(1)一段入口分離器與中間氨罐的氣相連通閥在框架三層平臺，設計為手動控制，而中間氨罐的泵出口閥和排液閥均在二層平臺，閥門操作很不方便。為此，擬將氣相連通閥改為自動調節閥，以實現遠程操作。

(2)設計配管時選用管徑DN 25 mm偏小，影響了排液速度。下一步考慮將管道管徑更換為DN 40 mm，以提高排液速度。