M-547/24氮氢压缩机技术改造总结
韩承志，韦小吉，覃韧东
（广西柳州化工股份有限公司，广西 柳州545002）
［摘 要］M-547/24氮氢压缩机（低压机）因原设计使用工况与实际工况存在一定差异，在并入系统的运行过程中，出现了一系列问题，结合故障现象进行分析与探讨，并阐述其解决措施。
［关键词］氮氢压缩机；进口压力低；进口温度高；气阀堵塞；活塞环磨损；气阀阀片断裂；改造
［中图分类号］TQ 113.25+1.3 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2015）
广西柳州化工股份有限公司一氨厂400 kt/a合成氨扩建一期项目中，共引进了1台M-547/24型氮氢压缩机（简称低压机）、3台3DⅡ型氮氢压缩机和1台H22-Ⅲ型氮氢压缩机。低压机是上海吴烃化工厂自行研发的六排六列平衡型压缩机组，它与2台3DⅡ型氮氢压缩机配合，为氨合成塔输送约33 000 m3/h的气量，年产合成氨约70 kt；1台H22-Ⅲ型氮氢压缩机对应系统年产合成氨22 kt。低压机的开停，直接影响了超过3台H22-Ⅲ型氮氢压缩机的负荷，会使系统产生较大波动，并造成一定的气耗、电耗损失，低压机能否安全、稳定、高效运行，直接影响一氨厂的年度总氨生产任务的完成。因此，保证低压机安全、稳定、高效运行尤为重要。低压机于2011年6月22日投产以来，出现了诸多问题，通过逐步的技术改造和管理创新，低压机的运行得到优化，已慢慢步入平稳状态，为公司完成年度总氨生产任务提供了有力保障。
1 低压机的生产任务及工艺流程
低压机的主要生产任务是将净化半脱塔送来的约7.0 kPa的半水煤气经4段压缩至2.1 MPa左右，再送往变换、变压吸附工序。
主要工艺流程：半脱塔送来的半水煤气经降温进入低压机水封槽与前水分离器，初步分离杂质与水分后，进入一段进口缓冲器，再分别进入一段A、B、C缸进行压缩，压力提高至0184 MPa；出口气体依次进入一段出口缓冲器、水冷器、油水分离器，分离完油水后的气体经二段进口缓冲器进入二段气缸进行压缩，压力提高至050 MPa；出口气体依次进入二段出口缓冲器、水冷器、油水分离器，然后经三段进口缓冲器进入三段气缸压缩，提压至108 MPa；出口气体依次通过三段出口缓冲器、冷却器、油水分离器，再经四段进口缓冲器进入四段气缸，提压至220 MPa；出口气体经缓冲冷却并分离油水后送往净化系统加压变换工序。
2 低压机投运后的主要问题及解决措施
2.1 一段缸进口压力低
低压机投运2个月后发现，尽管一段半水煤气总管压力较高，平均为9.8 kPa，但到了低压机一段进口缓冲器，压力却下降厉害，平均为4.8 kPa。由此造成低压机打气量下降，而且在总管压力波动较大时，低压机还容易因进口压力过低发生跳车（压力低跳联锁为≤1.5 kPa）。为摸清半水煤气水冷器进口至一段进口缓冲器之间各点阻力分布情况，分厂对低压机一段进口前的各台设备阻力进行了多次测量，各相关设备的平均阻力分别为：半水煤气水冷器10 kPa、氨冷器前水分离器1 kPa、氨冷器后水分离器1 kPa、水封槽6 kPa、一段前水分离器32 kPa。
测量数据表明，低压机一段缸进口压力低的主要原因是一段前水分离器阻力过大。通过查阅一段前水分离器设计图纸发现，该分离器的螺旋通道横截面积过小（比一段进口管的横截面积小0.11 m2）。分厂针对分离器的结构特点，制定了如下改造方案：在分离器的螺旋通道内筒壁特定位置割开4个长方形孔洞（200 mm×300 mm），对气体进行分流，以降低设备阻力，而前水分离器仍能保持较好的分离效果，可满足一段进口水气分离的要求。
2011年8月，利用一次低压机停车更换气阀的机会，对一段前水分离器按预定方案进行改造。低压机重启运行正常后，一段进口缓冲器处的压力明显升高，经测量，一段前水分离器的阻力由原来的32 kPa降至10 kPa（其他相关设备阻力未发生变化）。改造后，前水分离器的分离效果仍可满足生产需要，低压机运行至今一段气缸从未出现过带水现象，且打气量明显提高。
2.2 一段进口温度高
由于一段进口半水煤气采用循环水进行冷却，低压机一段进口温度冬季平均值为32 ℃，夏季平均值为38 ℃。一段进口温度过高，不仅严重影响低压机的打气量，而且会使半水煤气中的大部分水分在一段压缩、冷却后以油水的形式在一段分离器内分离下来，使一段分离器的液位迅速上涨，若不及时排放，还有发生低压机二段气缸带液的危险。
为提高低压机的打气量，分厂经研究后决定，将半水煤气水冷器改为半水煤气氨冷器。氨冷器设计冷却气量为48 000 m3/h，进口温度为50 ℃，出口温度为15 ℃。氨冷器为列管式换热器，考虑到半水煤气中的煤粉、泡沫等杂质较多，为避免杂质累积堵塞管道造成氨冷器阻力增大，氨冷器换热列管选用φ32 mm×3.5 mm的无缝钢管，总换热面积为200 m2。
2012年4月，半水煤气氨冷器投用后，低压机一段进口半水煤气温度可轻易控制在15~20 ℃，氨冷器出口气体中的含水量大大降低（由原来的5.2%左右降至2.0%左右），有效气体成分提高，按低压机打气量547 m3/min计算，低压机四段出口气量夏季时约增加2 800 m3/h，冬季时约增加1 500 m3/h，低压机生产能力显著提高。按平均增加打气量2 150 m3/h、吨氨气耗3 500 m3、年运行350 d计算，全年可增加总氨产量2150÷3500×350×24=5 160 t。
2.3 一段进口气阀堵塞严重
低压机运行一段时间以来，其一段出口压力一直徘徊在0.16~0.14 MPa，离设计指标（0184 MPa）尚存在一定差距。一段进口气阀全部换新重启后，一段出口压力可达0.175 MPa，运行约24 h后，一段出口压力缓慢降至0.165 MPa左右；运行1周后，进一步降至0.140 MPa左右，打气量比刚开车时减少约12%，严重影响低压机的生产能力及运行的安全稳定性。因此，基本上每隔15 d就要对低压机一段进口气阀进行一轮大面积的更换，最严重时（曾因电除尘问题，一段半水煤气中的粉尘、硫泡沫等杂质含量剧增）曾被迫每周大面积更换一次。对分厂的总氨产量造成严重影响，使半水煤气消耗和电力消耗明显增加，同时还增加了维修所需人力物力的消耗（每次更换气阀约45个，同时参与换阀的约20人）。
总结多次换阀的经验和深入研究后发现，一段气阀堵塞的主要原因有3个：① 一段半水煤气气质差（粉尘、硫膏等杂质多）；② 一段进口气阀的进气环道多（共8道），环道之间间隙小，可供杂质积聚的表面积大，杂质粘附堵塞后气体流通面积明显变小；③ 一段进口气阀阀挡密封面凹槽较浅，积聚的杂质稍多就会填满凹槽，导致阀片密封面不平整，严重影响阀片的密封效果，造成气阀泄漏。
为解决气阀堵塞严重的问题，分厂决定将低压机一段进口气阀改用新型防污气阀。根据半水煤气杂质多的特点，将新型防污气阀阀片形式由网状改为环状，进气环道由原来的8道减少为6道，同时加深了密封面凹槽。
为测试新型防污阀的效果，2012年6月13日，先将低压机一段A缸进口10个气阀全部换为新型防污气阀，B缸、C缸进口仍沿用原有气阀，并通过测试一段出口压力下降情况，以及进口气阀的泄漏情况来判断气阀的堵塞情况。测试时要求当班岗位人员每小时对一段A、B、C 3个气缸的各进口气阀压盖进行测温：先在每个进口压盖中心划定一个测温点，再利用测温枪进行定点测温，若气阀压盖温度有非正常升高情况，则表明该气阀出现了泄漏。经过15 d的连续测试，A缸的各进口气阀均未出现泄漏，而B缸、C缸的多个进口气阀则出现了不同程度的泄漏，具体情况见表1。与此同时，低压机一出压力下降的趋势也有所放缓：运行24 h后，一出压力由0175 MPa降至0170 MPa；1周后，一出压力降至0.155 MPa；15 d后，一出压力降至0.145 MPa。测试结果表明，新型防污气阀的运行情况十分理想。
更多内容请见《中氮肥》2015年第3期