合成氨廠大型離心壓縮機組運行總結

孟少林

(安徽昊源化工集團有限公司， 安徽阜陽 236056)

1 概述

安徽昊源化工集團有限公司(簡稱昊源化工)始建于1970年，現已發展成為集研發、生產、銷售于一體的綜合性化工企業，目前主要產品產能為年產1 500 kt總氨、1 500 kt尿素、600 kt甲醇、20 kt嗎啉、150 kt二甲醚、30 kt異丙胺、1 000 t二甘醇胺以及30 MW余熱發電等。

昊源化工自2011年開工建設年產180 kt合成氨、300 kt尿素原料路線改造項目和200 kt原料路線改造項目。兩期項目都采用了先進的HT-L粉煤加壓氣化技術,寬溫耐硫變換工藝,低溫甲醇洗脫硫、脫碳，液氮洗工藝，離心式壓縮機組和低壓氨合成裝置等國產技術。兩期項目分別于2013年4月和2014年4月開車穩定運行至今。

壓縮機組由2BCL529+3BCL459/A型大型離心式壓縮機和NKS40/36型多級冷凝式汽輪機組成，壓縮機與汽輪機由膜片聯軸器聯接，汽輪機、壓縮機高低壓缸安裝在公用鋼底座上；整個機組采用潤滑油站供油；壓縮機的軸端密封采用成都一通密封股份有限公司生產的干氣密封，原動機采用杭州汽輪機股份有限公司生產的汽輪機。

2 工作原理

2.1 離心式壓縮機的工作原理

在蒸汽透平的驅動下，離心式壓縮機的主軸帶動葉輪旋轉，氣體自軸向進入，葉輪流道中的氣體受葉輪作用隨葉輪一起旋轉，并以很高的速度被離心力甩出葉輪，進入流通面積逐漸擴大的擴壓器中，此時氣體的速度降低而壓力提高，然后由彎道導入下級，導流器再把從彎道來的氣體按一定方向均勻地導入下級葉輪繼續壓縮，通過一級一級地提高壓力，直到額定的壓力要求。壓力提高的同時介質氣體的溫度也升高,設置段間冷卻器來降低壓縮氣體的溫度，盡量減少壓縮功。

離心式壓縮機的具有排氣均勻，氣流無脈沖、無油，性能曲線平坦，操作范圍較寬，氣體流量大，故障率低，日常維護工作量小，運行周期長等特點[1-3]。

3 主要設計參數

3.1 新鮮氣

新鮮氣的基本組成為H2(摩爾分數,下同)：74.981%，N2：25.009%，CH4：0.002%，Ar:0.008%。

新鮮氣參數:流量為67 987 m3/h(標態) ,壓力約為2.931 MPa,溫度為30 ℃。

3.2 循環氣

循環氣來自合成裝置，主要為氫氣、氮氣及少量未被冷凝分離的氨氣。

循環氣的組分為H2：71.56%，N2：23.88%，CH4：0.123%，Ar：1.10%，NH3：3.25%。

循環氣參數：流量為182 013 m3/h(標態),壓力約為14.160 MPa,溫度為28 ℃ 。

3.3 混合氣

經過壓縮機一段、二段壓縮后的新鮮氣和循環氣混合后進入壓縮機循環段。

混合氣體的組分為H2：72.54%，N2：24.20%，CH4：0.09%，Ar：0.87%，NH3：2.30%。

混合氣體參數：流量為250 000 m3/h(標態),壓力為14.160 MPa,溫度為52 ℃。

4 工藝流程

4.1 工藝流程圖

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

4.2 工藝流程簡介

來自液氮洗工序壓力為2.928 MPa、溫度為30 ℃、流量為67 987 m3/h(標態) 的新鮮合成氣與氨合成工段閃蒸槽來的壓力為3.2 MPa、溫度為-7.6 ℃、流量約100 m3/h(標態) 的閃蒸氣匯合后進入合成氣壓縮機K-2301低壓缸壓縮至8.166 MPa、113.5 ℃，出口氣經段間冷卻器E-2301冷卻到40 ℃進入高壓缸繼續壓縮至14.098 MPa，在高壓缸內同來自氨合成崗位壓力為14.098 MPa、溫度為28 ℃、流量為182 013 m3/h(標態) 的循環氣匯合，通過壓縮機循環段壓縮至壓力15.145 MPa、溫度61.4 ℃、流量約250 000 m3/h(標態)后送到氨合成崗位。在段間冷卻器E-2301出口引一條回流線路通過FV231020回低壓缸入口；循環段出口設一條回流線路經防喘振冷卻器E-2303冷卻后(40 ℃)，以兩股分別通過FV231024、FV231026回到合成氣壓縮機高壓缸進口和循環段進口，保證壓縮機安全運行。

5 主要設備

5.1 靜止設備

靜止設備的名稱、型號或規格、換熱面積、數量、設計參數等見表1。

5.2 運轉設備

運轉設備的名稱、型號或規格、壓力、溫度、數量、功率、轉速、流量、揚程等見表2和表3。

6 運行參數

6.1 新鮮氣

新鮮氣的基本組成為H2：75.381%，N2：4.600 9%，CH4：0.002%，Ar：0.008%。

表1 靜止設備情況

表2 離心壓縮機和汽輪機的情況

表3 油泵和水泵的情況

新鮮氣參數:流量為70 391 m3/h(標態),壓力為2.794 MPa,溫度為28.4 ℃。

6.2 循環氣

循環氣的組分為H2：71.9%，N2：23.6%，CH4：0.1%，Ar：1.1%，NH3：3.3%。

循環氣參數：流量為166 802 m3/h(標態),壓力為11.117 MPa,溫度為33.3 ℃。

6.3 混合氣

混合氣體的組分為H2：73.0%，N2：23.6%，CH4：0.1%，Ar：0.7%，NH3：2.6%。

循環氣參數：流量為166 802 m3/h(標態),壓力為11.117 MPa,溫度為33.3 ℃。

7 存在的問題及改進措施

(1) 由于該機組為昊源化工的第一臺離心式合成氣壓縮機，所以從項目設計開始即受到高度重視，在設計初期就結合公司的實際情況對運行工況進行了優化。離心式壓縮組的汽輪機抽氣系統一般采用射汽抽氣器方式，因所用裝置蒸汽系統余量不多,通過設計改進，將射汽抽氣器改為射水抽氣器。射水抽氣器不僅結構緊湊、運行可靠，且運行維護費用低，目前該系統運行穩定。

(2) 運行調試過程中，由于壓縮機的密封使用干氣密封，運行時需要有穩定的氮氣作為保障，但設計時沒有考慮到整個系統開車初期氮氣壓力的不穩定性，以致剛開車因氮氣管網壓力突然降低導致聯鎖動作，造成兩次停車。針對這一情況，技術人員采取在干氣密封進口管線上加裝一臺20 m3的氮氣緩沖罐來穩定密封氣壓力。改造后裝置運行非常穩定，證明該緩沖罐的配置非常有必要，在一年多的時間里已避免多次停車，在最大程度上保證了機組的長周期穩定運行。

(3) 目前昊源化工兩套航天爐合成氨系統全部投入了運行，為保證裝置的運行穩定，和避免任何一套裝置在前工段出現問題時引起停車，在兩套合成氣壓縮機組前增設了一根DN150的串聯閥。這樣在前工段較大幅度減量或停車時，可以通過串聯閥門相互串氣，來確保機組及合成系統能夠維持短期運行，以減少不必要的停車損失。技術改進前后的對比見表4。

表4 技術改進前后的對比及經濟分析

8 結語

通過對系統工藝優化和改造，提高了機組運行的穩定性，延長了運行周期。自裝置開車以來，昊源化工合成氣壓縮機系統各項指標均達到或優于設計要求，取得了良好的經濟和社會效益。裝置自開車至今整體機組運行平穩、無污染、噪音小、運行及維護費用較低，能夠保證長周期、安全穩定運行。