氨储罐小冰机效率下降原因分析及改进措施
侯 松
（中海石油化学股份有限公司，海南 东方 572600）
［摘 要］ 针对合成氨装置液氨储罐配套小冰机系统出现的效率下降问题，结合小冰机系统的工作原理及检修情况，分析小冰机效率下降的原因，并提出相应的改进措施，保证了小冰机的安全、稳定运行。
［关键词］ 氨罐；小冰机；效率下降；原因分析；改进措施
［中图分类号］ TQ 113.26+6.6 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2017）02-0014-03
1 概 述
中海石油化学股份有限公司（以下简称中海化学）二期合成氨装置采用美国KBR工艺，生产能力为1 500 t/d。装置自2003年10月投产以来，总体运行稳定，能耗低。其中的氨储罐小冰机系统主要由氨储罐、小冰机、氨泵和氨火炬组成（见图1），是合成氨装置的一个重要系统。
图1 氨储罐小冰机系统流程示意
合成氨装置液氨储罐的温度为-33 ℃，远低于环境温度（所在地年平均气温25 ℃），正常生产时，氨储罐中的液氨受热后会部分蒸发成气氨，小冰机系统通过螺杆式压缩机做功将蒸发的气氨压缩，被压缩后的气氨分别进入水冷器和节能器冷却成液氨，之后再返回氨储罐，避免其放空对环境产生污染。如果小冰机系统出现故障，气氨则无法正常回收，随着氨储罐内气氨的积聚，氨储罐压力就会升高，当压力高于放空阀PV2003的设定值时，放空阀就会打开，气氨将排放至氨火炬燃烧。因此，小冰机系统运行状况的好坏直接决定氨储罐气氨是否放空，而气氨放空将会直接造成企业经济损失和周边环境污染。
2 故障现象及判断
合成氨装置生产管理系统（WPKS）显示：2012年全年PV2003阀打开的次数超过100次，阀门平均开度为3.5%，每次打开时间约为4 h。据PV2003阀设计参数得知，其最大流通量为44 300 kg/h，可调比（R）为25，由公式Q=QmaxR（1/L-1）（式中：l/L为阀门开度，Q为流量，Qmax为最大流量，R为可调比）计算得：2012年PV2003阀放空的气氨量至少为100×4×44300×25（0.035-1）=793 325 kg。
小冰机设计氨处理量为901 m3/h，换算成质量流量约为683.9 kg/h。LIC2015是经小冰机处理返回氨储槽液氨的液位控制阀，其开度反映经小冰机处理后的液氨流量。2012年全年LIC2015的平均开度为15.5%。据阀门设计参数表，其最大流通量为5 650 kg/h，其可调比（R）为30，由公式Q=QmaxR（1/L-1）计算得LIC2015阀位为15.5%时流通氨量为5650×30（0.155-1）=319.1 kg/h。即经小冰机处理的气氨液化后返回氨储罐的流量只有319.1 kg/h，仅为设计值的46.6%，表明小冰机的效率即气氨处理能力下降十分严重。
大量的气氨放空既给企业造成巨大的经济损失，也对环境造成一定的污染。所以，如果能够解决小冰机系统存在的问题，及时将氨储罐蒸发出的气氨予以回收，保证PV2003阀一直处于关闭状态，则每年至少可减少793 325 kg的气氨排放。为此，公司专门成立了《提升小冰机气氨处理能力》的技术攻关小组，经过不懈努力，终于解决了小冰机效率下降的问题。
3 故障原因分析及排查
查询历史数据，2006—2007年小冰机的气氨处理能力是完全可以满足生产需要的，2 a间放空阀PV2003从未打开过；但到了2012年，小冰机的工况发生了改变，在气温最高的4—10月份，小冰机负荷几乎一直保持在100%，但放空阀PV2003却频繁打开。
通过比较，2006—2007年与2012年的4—10月月平均气温都在30 ℃以上，并没有发生太大的变化。由此表明，放空阀PV2003的打开不是受环境温度的影响，而是小冰机经过长年的运行后气氨处理能力下降造成的。经分析，小冰机系统效率下降可能有以下几方面的原因。
3.1 小冰机负荷调节油温度高
通过比较2007年和2012年的小冰机运行数据发现，小冰机的负荷调节油温度由60 ℃涨至66 ℃。小冰机负荷调节油温度上升，在油气混合压缩的过程中热量会传递给气氨，造成压缩机出口气氨温度升高，导致通过出口水冷凝器液化的气氨量下降，从而造成小冰机系统气氨处理量下降。于是我们将小冰机系统停运，更换新的润滑油后重启小冰机系统，系统负荷调节油温度降至60 ℃，但观察2周时间后发现，在系统负荷100%的情况下，放空阀PV2003仍然频繁打开，表明负荷调节油温度高不是造成小冰机效率下降的原因。
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