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空压机表冷器循环水系统改造小结

[日期:2016-12-12] 来源:《氮肥信息》2016年第11期  作者: [字体: ]


吉林石化公司化肥厂30t/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20036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7080 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。20112015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/h79 t/h79 t/h80 t/h82 t/h;排汽压力55 kPa60 kPa76 kPa91 kPa91 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,2015715,管线对接完成,充水试压确认无漏点,空压机表冷器新增循环水上水管线投用。

     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216″阀门控制加入空压机表冷器E1301的循环水量,216″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/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)

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