曹栋
（四川泸天化股份有限公司，四川 泸州646300）
［摘 要］四川泸天化股份有限公司100 kt/a气头合成氨装置于1966年投产，1989年通过一系列改造将合成氨产能由100 kt/a提升至了150 kt/a，2003年采用丹麦托普索“双甲”（甲醇合成+甲烷化）工艺替代铜洗工艺新增甲醇产能45 kt/a。该合成氨装置一段炉原料空气系统有3台往复式空压机（K102A、K102B、K102D），已经连续服役30 a以上，实际生产中暴露出电气安全和运维成本高等方面的缺陷。经相关专业人员对技术经济指标的综合比较，决定选择1台国产五级压缩撬装整体齿轮离心式空压机（K102）进行更新（K102替换K102A、K102B，K102D留作备机）并配套国产四级异步电机驱动。K102于2023年9月27日正式投运，运行过程中其机械性能表现较好，达到预期要求，改造取得成功。
［关键词］气头合成氨装置；往复式空压机；运行问题；空压机选型；负荷调节优化；国产撬装整体齿轮离心式空压机；运行经济性；性能评价
［中图分类号］TH452 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）01-0028-05
0 引 言
四川泸天化股份有限公司（简称泸天化）合成车间老系统150 kt/a气头合成氨装置于1966年投产，原始设计产能为100 kt/a，其主生产工艺为天然气湿法脱硫、氧化锌精脱硫、烃类蒸汽二段转化、高低温变换、砷碱液脱碳（砷碱液脱碳工艺于1980年改为了热钾碱脱碳工艺）、铜洗、60 MPa氨合成（脱碳系统出口净化气先经氢氮气压缩机一段、二段提压至13 MPa，再经铜洗系统净化后去氢氮气压缩机三段、四段提压至60 MPa）。本套合成氨装置下游配套150 kt/a水溶液全循环法尿素装置。多年来，泸天化对本套合成氨装置进行了诸多优化改造，其中主要有两次扩产改造：1989年通过改造一段（转化）炉对流段部分盘管、更换并加大二段炉及二段炉出口增设4.5 MPa高压废锅（H111）、原往复式天然气压缩机和氨冰机（K402）改用4.5 MPa蒸汽驱动的离心式压缩机、脱碳系统由一段吸收一段再生改为两段吸收两段再生、原60 MPa氨合成系统改为13 MPa操作（将氢氮气压缩机的三段、四段改为循环段，降低氨合成压力至13 MPa）等将合成氨产能由100 kt/a提升至了150 kt/a；2003年采用丹麦托普索“双甲”（甲醇合成+甲烷化）工艺替代铜洗工艺（旨在进一步调整产品结构，实现联产甲醇），新增甲醇产能45 kt/a。
泸天化150 kt/a合成氨装置原有4台往复式空气压缩机（简称空压机，K102A、K102B、K102C、K102D），K102A/B为20世纪60年代产品，为有油润滑结构，采用非防爆同步电机驱动；K102C因服役状态太差早在20世纪90年代初已淘汰弃用；K102D为20世纪80年代末产品，为无油润滑结构，采用防爆电机驱动。现存3台空压机已连续服役30 a以上，实际生产中暴露出电气安全和运维成本高等方面的缺陷，鉴于空压机的不良状态（尤其是K102A、K102B），须进行升级改造，经相关专业人员对技术经济指标的综合比较，认为选择1台国产撬装整体齿轮离心式空压机（K102）进行更新（替换K102A、K102B，K102于邻近K102A、K102B的新位置安装；K102D作为备机保留）是切实可行的最佳技改方案。该技改方案新增压缩机需重点考虑选定负荷调节范围，并兼顾运行的经济性；项目实施过程中因为供货和制造方面的错误，历经了艰难曲折，最终通过供需双方的不懈努力，K102于2023年9月27日正式投运，其性能达到预期要求，改造取得成功。以下对有关情况作一介绍，以供交流。
1 空压机设备参数及系统运行模式
一段炉原料空气系统自1989年改造以来，一直主要由3台往复式空压机（K102A、K102B和K102D）联合运行供给，其中，K102A和K102B是20世纪60年代意大利新比隆公司制造的产品，K102D则是20世纪80年代末美国库伯公司制造的产品，其基本特性参数如表1。
由于泸天化150 kt/a合成氨装置2003年技改后联产甲醇，且经常承担“消化”四川泸天化绿源醇业有限责任公司400 kt/a甲醇装置返回高压氢气（甲醇合成弛放气经膜分离系统提取的氢气）的任务，3台空压机的运行负荷调节工况特别复杂，经统计，其典型工况下的合成气与工艺空气流量统计如表2[注：① 表中的“三机”、“双机”、“单机”指的是合成气压缩机（K401A/B/C）的运行台数；② “单甲”指为适应市场需求将转化气全部经过高变、低变以实现甲醇产量最低及氨产量最高，“双甲”指同时运行甲醇化系统与甲烷化系统，“低双甲”指甲醇化系统与甲烷化系统同时低负荷运行；③ “返氢”指400 kt/a甲醇装置弛放气经膜分离系统提取的氢气返回150 kt/a合成氨装置利用]。据K401A/B/C以单机、双机和三机运行工况的不同，3台往复式空压机主要以“K102A+K102D并联，K102B备用”或“K102A+K102B+K102D并联”的模式运行。
2 空压机运行问题
泸天化150 kt/a合成氨装置现存3台往复式空压机已经连续服役30 a以上，对标现代设备管理对化工机器的安全规定与技术进步要求，这一并联组合的空压机组群中，尤其是最老旧的K102A/B机组已暴露出较多不适应生产所需的缺陷与问题，主要体现在如下几个方面。
更多内容详见《中氮肥》2025年第1期