吉林石化公司化肥厂30万t/a合成氨装置（以减压渣油为原料）由德国林德公司总承包，空分单元采用林德技术，气化单元采用德士古部分氧化技术，净化单元采用林德低温甲醇洗及液氮洗技术，合成单元采用卡萨利氨合成技术。装置于2003年6月建成投产后，增加了抽氢气、合成气2套装置，为丁辛醇及东部生产装置提供合成气、氢气，氢气生产能力24000 m3/h，合成气生产能力25000 m3/h，为全公司原料与产品的平衡作出了贡献，优化了公司产品结构，提升了经济效益。
空压机是合成氨装置中的重要设备，但实际生产中，空压机表冷器存在真空度偏低的问题，尤其是在夏季，制约了空压机的安全、稳定运行。经排查，主要原因是空压机表冷器循环水量不足。为此，在不影响装置运行的基础上，对全装置循环冷却水重新进行有效、合理地分配，从而增强了空压机表冷器的换热效果，提高了空压机表冷器的真空度，最终确保了合成氨装置的安全、稳定运行。
1.空压机简介
空压机（RIK100-5）为空分装置提供压缩空气，空压机设计消耗高压蒸汽95 t/h，抽出中压蒸汽74.8 t/h，空压机表冷器（E1301）凝汽46.5 t/h。由动力二厂来的9.0 MPa的高压蒸汽进入空压机透平做功，在透平中部抽出4.0 MPa的中压蒸汽，末端有表冷器（E1301），通过空压机高压阀控制进入空压机透平的蒸汽量，低压阀控制去表冷器的负荷，末端设计有低压蒸汽注汽（低压蒸汽注汽26 t/h），由于注汽效果不佳，正常开车后没有进行注汽。本空压机为离心式压缩机，五级叶轮，四段压缩，前三段为单级压缩，四段为两级压缩，机组内设置6台浮头式换热器作为段间冷却器，机组采用水平剖分式壳体，入口设置自清洗过滤器及导流叶片调整其入口流量。
空压机由EHNK40/56蒸汽透平驱动。EHNK40/56蒸汽透平由意大利新比隆公司制造，属抽汽、注汽、凝汽式蒸汽透平，采用多级蒸汽膨胀，喷嘴配汽；转子为锻造件，除了控制段外，其余叶片为反作用式的，缸体为轴向剖分式，均匀整体锻造而成；调速器为WOODWARD 505E电子调速器，配有高、低压蒸汽控制阀及紧急主汽阀。喷嘴腔设置5组喷嘴配汽。
2.运行中存在的问题
（1）空压机表冷器循环水量不足。循环水先经过合成系统换热器E1101换热后，再到空压机表冷器E1301进行换热，但由于E1101设计在10 m高框架上方，导致去E1301的循环水压力低、温度高（入E1101的循环水压力在0.48 MPa左右，而入E1301的循环水压力只有0.27 MPa左右，入E1301的循环水温度升高5 ℃左右），严重影响空压机表冷器的换热效果。空压机表冷器设计循环水量5000 m3/h，专业厂家实测其循环水量只有3000 m3/h左右，远低于设计指标，由此导致空压机表冷器排汽压力偏高，设计指标为23 kPa，实际生产中夏季最高达到92 kPa；排汽温度设计为60 ℃，而实际上最高达到135 ℃，导致空压机蒸汽耗量偏高，同时也影响空压机的正常运行。
（2）空压机蒸汽耗量偏高。合成氨装置中的冰机采用背压式蒸汽透平，进多少高压蒸汽将抽出多少中压蒸汽，但该冰机从2003年运行到2015年，由于做功能力逐年下降，耗汽量也逐年增大，达70～80 t/h（设计指标是67 t/h）。因中压蒸汽用户用量是一定的，冰机透平抽出中压蒸汽量偏高，则空压机透平抽出中压蒸汽量就会相对偏少（空压机透平抽汽量起到平衡整个蒸汽管网的作用），为维持空压机转速的恒定，去空压机表冷器的负荷就相对偏大，造成空压机表冷器排汽压力、温度偏高，导致空压机蒸汽耗量偏高。
（3）夏季空压机正常运行受到影响。空压机从2003年运行到2015年，做功能力逐年下降，特别是夏季，由于气温高，循环水温度也相应偏高，最高达31 ℃，导致空压机表冷器的换热效果差，排汽压力、温度偏高，空压机正常运行受到严重影响，且空压机蒸汽耗量偏高。2011—2015年历年来夏季高温天气下空压机相关运行数据如下：循环水温度29 ℃、29 ℃、30 ℃、30 ℃、31 ℃；耗汽量75 t/h、79 t/h、79 t/h、80 t/h、82 t/h；排汽压力55 kPa、60 kPa、76 kPa、91 kPa、91 kPa；排汽温度87 ℃、90 ℃、111 ℃、134 ℃、135 ℃。
可以看出，上述原因导致空压机表冷器排汽压力偏高，最高达92 kPa（设计指标只有23 kPa），排汽温度偏高，最高达135 ℃（正常指标在80 ℃以内），空压机运行工况逐年恶化，2015年夏季空压机各项运行指标更是达到极限，采取相应措施解决问题已经势在必行。
3.解决方案
空压机、冰机服役时间长，其做功能力下降，目前没有好的办法解决；夏季气温高，属于改变不了的自然现象；循环水系统倒是可以改造，可以增加循环水系统的供水能力，但实际费用较高。从项目实施的难易程度、经济性及项目实施后可达到的效果，综合进行了研究与分析，最终决定对空压机表冷器循环水系统进行改造，即从装置循环水上水总管引出一股循环水，并进入空压机表冷器循环水上水管，以增强空压机表冷器的换热效果，提高空压机表冷器的真空度，确保空压机的安全、稳定运行，从而保证合成氨装置的安全、稳定运行。
（1）理论依据。合成氨装置循环水系统设计有2台循环水泵，额定流量为18000 m3/h，而实际循环水流量为16000 m3/h，还有2000 m3/h的富余量。合成氨装置循环水分为三部分——西部、中部、东部，经测试，供东部循环水换热器的循环水恰好有2000 m3/h的富余量，且供合成氨装置东部循环水端头离空压机表冷器很近，便于施工，投资省，可以实施此项技改。原设计空压机表冷器的循环水量为5000 m3/h，而实测量只有3000 m3/h；合成单元换热器E1101入口循环水压力0.48 MPa，循环水再到空压机表冷器，其压力降到0.27 MPa，而空压机表冷器回水压力为0.17 MPa，因此，空压机表冷器增加2000 m3/h的循环水量不会影响E1101的换热效果。
（2）解决措施。2015年公司利用三年一大修的机会，装置循环水停用期间，在空压机表冷器2条循环水上水总管处分别甩出16″阀门；在合成氨装置100机组厂房东南角，将合成氨装置循环水上水总管挖出，甩出24″阀门；大修结束后，车间立即上报项目相关材料与备件，6月破土动工，材料与备件到货后立即铺设沿途管线，
4.取得的成效
新增循环水上水管线投用后，循环水总管甩出的24″阀门全开，用2个16″阀门控制加入空压机表冷器E1301的循环水量，2个16″阀门各开1/4阀位，空压机表冷器排汽压力由70 kPa降到57 kPa，排汽温度由105 ℃降到85 ℃，空压机高压蒸汽耗量由82 t/h降到79 t/h，空压机运行工况得到了优化。按节约高压蒸汽3 t/h、年运行8000 h、蒸汽价格150元/t计算，全年的节汽效益为3×8000×150÷10000=360万元。
5.结束语
随着化工产品市场形势的日益严峻，挖掘装置自身的潜力，优化其运行工况，降低其能源消耗，是每个生产技术人员都应深思的问题。我厂合成氨装置空压机表冷器新增一股循环水后，提高了空压机表冷器的换热效果，取得了可观的经济效益。
(吉化化肥厂 胡日东 肖锋 郭慎行，等)