王加速
（安徽六国化工股份有限公司，安徽 铜陵244000）
［摘 要］ 安徽六国化工股份有限公司300 kt/a合成氨装置合成系统采用卡萨利低压氨合成工艺，氨合成系统于2012年12月投产，不久后即实现达标达产，但局部存在一些问题，如水冷器或氨冷器泄漏及（夏季）换热效果差、氨压缩机一段进口气氨流量不足、氨压缩机三段进口气氨压力高且流量超设计值、氨冷冻系统弛放气排量大且氨含量偏高等，后通过一系列优化改进，上述问题得到有效解决，保证了系统的安、稳、长、满、优运行，实现了节能减排、降耗增效。
［关键词］氨合成系统；氨压缩机系统；水冷器泄漏；氨冷器换热效果差；氨冷冻系统弛放气排量大；原因分析；优化改进
［中图分类号］TQ113.28 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）05-0021-04
0 引 言
安徽六国化工股份有限公司（简称六国化工）氮肥厂300 kt/a合成氨装置合成系统采用卡萨利低压氨合成工艺包（设计操作压力14.5 MPa），氨合成系统主要设备有氨合成塔、蒸汽过热器、废热锅炉、水冷器、热交换器、氨冷器、氨分离器等；氨压缩机由重庆通用工业（集团）有限责任公司制造，氨压缩机系统主要设备有汽轮机、氨压缩机、氨冷凝器、氨分离器、段间水冷器等，其主要作用是为低温甲醇洗和氨合成系统提供冷量。六国化工氨合成系统于2012年12月投产，不久后即实现达标达产，但局部还存在一些问题，如水冷器或氨冷器泄漏及（夏季）换热效果差、氨压缩机一段进口气氨流量不足、氨压缩机三段进口气氨压力高且流量超设计值、氨冷冻系统弛放气排量大且氨含量偏高等问题，后通过一系列优化改进解决了上述问题，保证了系统的稳定、优质运行。以下对有关情况作一介绍。
1 氨合成系统及氨压缩机系统工艺流程简介
1.1 氨合成系统工艺流程
液氮洗系统来的新鲜工艺气进入合成气压缩机一段、二段压缩，压缩机二段出口气与来自冷交换器的循环气经压缩机循环段压缩后进入合成回路，在热交换器中被来自锅炉给水预热器的工艺气加热后进入氨合成塔进行氨合成反应；氨合成塔出口气依次经蒸汽过热器、废热锅炉、水冷器、热交换器回收热量，之后进入氨冷器、氨冷分离器进行冷凝、分氨，分氨后的气相返回合成气压缩机循环段，分离出的液氨送往氨储槽。
1.2 氨压缩机系统工艺流程
低温甲醇洗系统氨冷器来的气氨，经氨压缩机一段入口分离器气液分离后进入一段压缩；氨合成系统第一氨冷器来的气氨经气液分离后与氨压缩机一段出口气氨混合后进入二段压缩；压缩机二段出口气氨经段间水冷器冷却后，与来自氨合成系统第二氨冷器经气液分离后的气氨混合，混合后的气氨抽出一部分送六国化工磷酸二铵装置，其余进入氨压缩机三段压缩；三段出口气氨进入2台氨冷器冷凝、冷却，再经氨冷分离器分氨后送往氨储槽。
2 氨合成系统运行问题及优化改进
2.1 水冷器泄漏
2.1.1 问题描述
2014年3月以后，氨压缩机二段和三段流量、压力逐渐升高，虽经提高氨压缩机转速来降低二段、三段入口压力，但压力还是逐渐升高——二段、三段流量分别由14.5 t/h、43.0 t/h增至17.5 t/h、50.0 t/h，二段、三段入口压力分别由0.15 MPa、0.40 MPa增至0.17 MPa、0.55 MPa，氨压缩机转速由9 950 r/min增至10 200 r/min，氨压缩机三段出口压力1.90 MPa（指标为1.70 MPa）；若进一步提高氨压缩机转速，会造成压缩机出口超压，危及设备的安全运行，氨合成系统只能降负荷维持运行，产氨量由43 t/h降至38 t/h。
2.1.2 原因分析
全面分析与查找，发现合成回路水冷器管程泄漏，壳程循环水中含有大量的氨，循环水系统受到氨污染；同时，由于大量高温合成气进入水冷器壳程，循环水温度、pH、电导率均升高，腐蚀加剧致漏点增大，水冷器换热效果变差，系统热负荷后移至第一、第二氨冷器，第一、第二氨冷器中液氨大量蒸发为气氨，造成氨压缩机二段、三段进口气氨流量与压力增加，氨压缩机负荷增大。
2.1.3 优化改进
2014年6月系统大修期间将水冷器整体更换，并将水冷器列管材质由碳钢升级为不锈钢。系统重启后，水冷器运行状况良好，氨压缩机恢复正常运行，至今水冷器列管再未出现过泄漏现象。
2.2 氨冷器泄漏及（夏季）换热效果差
2.2.1 问题描述及原因分析
2台氨冷器壳程设计压力2.2 MPa、工作压力1.7 MPa，管程循环水进口、出口温度设计值分别为33 ℃、43 ℃，设计循环水流量1 106 m3/h；2台氨冷器换热面积均为2 958 m2，列管材质均为Q345D。2012年12月，合成氨装置原始开车，当时是冬天，环境温度较低，氨冷器循环水进口温度24 ℃，2台氨冷器换热效果较好，系统氨产量逐渐达到设计值41.9 t/h，氨压缩机及氨冷器工艺指标均在设计范围内；2013年6月以后，气温逐渐升高，氨冷器循环水进口温度升至35 ℃，氨冷器换热效果变差，氨压缩机一段、二段、三段入口流量和压力增加，氨压缩机高压缸出口气氨不能全部冷凝，出口压力升至1.90 MPa后还在继续上升，为防止超压，系统被迫降负荷运行，氨产量降至38 t/h。
氨压缩机一段进口气氨来自低温甲醇洗系统，夏季环境温度高，低温甲醇洗系统需要更多冷量来稳定工艺指标，氨冷器负荷增大，即需要更多的液氮蒸发为气氨，使得氨压缩机一段进口流量、压力增加；同时，氨合成系统水冷器因进口循环水温度较高（约36 ℃，超过设计值33 ℃）而换热效果下降，后续第一、第二氨冷器热负荷增大，致使氨压缩机二段、三段进口气氨流量和压力增加；再者，氨压缩机段间水冷器因进口循环水温度较高（约36 ℃，超过设计值33 ℃）而换热效果下降，且段间水冷器列管材质为16MnDR，易腐蚀结垢而出现泄漏，部分氨泄漏至循环水中，其换热效果进一步下降，导致氨压缩机高压缸出口气氨不能充分冷凝而致超压。
2.2.2 优化改进
更多内容详见《中氮肥》2024年第5期