董仲美
（灵谷化工集团有限公司，江苏 宜兴214213）
［摘 要］ 简介灵谷化工集团有限公司大化肥分公司450 kt/a合成氨装置合成气压缩机组凝汽系统的流程及其主要作用，针对2016年5月份以来合成气压缩机组表冷器真空度低、排汽温度偏高、汽轮机蒸汽消耗偏高的问题，从机组负荷、真空系统的严密性、蒸汽抽气器工作状态、冷却水系统运行状况等方面进行分析与排查，最终确认循环冷却水水量不足是造成合成气压缩机组表冷器真空度低的主要原因。增设1台小表冷器并入系统后，合成气压缩机组表冷器真空度恢复到设计值，蒸汽消耗也降低4 t/h，有效地保证了合成氨装置的安全、稳定、长周期、优质运行。
［关键词］ 合成气压缩机组；凝汽系统；表冷器；真空度低；原因分析；应对措施；技改效果
［中图分类号］ TK269+.1［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2020）01-0024-02
灵谷化工集团有限公司大化肥分公司450 kt/a合成氨装置（二期）采用KBR深冷净化工艺，由中国成达工程有限公司进行详细工程设计，装置于2015年11月开车并顺利打通流程。其合成气压缩机组由日本三菱重工压缩机有限公司（简称MCO）制造，配套汽轮机（103JT）型号为5CL-5BD，属中压凝汽式汽轮机，驱动蒸汽采用3.8 MPa、420 ℃过热蒸汽，设计（表冷器）真空度为-81 kPa，排汽温度为60.1 ℃。
1 合成气压缩机组凝汽系统简介
合成气压缩机组凝汽系统如图1（实线部分），主要包括表冷器、凝结水泵、两级抽气器、辅助抽气器及相关管道和阀门。两级抽气器与辅助抽气器均为蒸汽抽气器，采用压力0.5 MPa、温度220 ℃的过热蒸汽作为抽气介质。
凝汽系统的主要作用是：在汽轮机排汽口建立并维持高度真空，使进入汽轮机的蒸汽膨胀后达到尽可能低的压力，增加蒸汽可用焓降，提高蒸汽利用效率，并将汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水，通过凝结水泵送出循环利用。运行期间，如果表冷器真空度下降，将引起排汽压力升高，蒸汽的焓降变小，直接导致汽轮机蒸汽消耗增加，机组运行效率下降；由于排汽压力升高，排汽温度也随之升高，可能引起表冷器列管胀口松弛，破坏表冷器的严密性，并且相应的排汽容积流量减少，对汽轮机末几级叶片工作不利；如果仍需保持合成气压缩机组负荷不变，汽轮机进汽量势必增大，造成汽轮机轴向推力增大和叶片过负荷。因此，表冷器真空度的好坏直接影响着整个合成气压缩机组的热经济性和安全性。
2 合成气压缩机组表冷器运行状况
2015年11月系统开车，合成气压缩机组表冷器运行状况良好，真空度在-84 kPa左右，排汽温度为57 ℃，蒸汽消耗为74 t/h。但自2016年5月开始，合成气压缩机组表冷器真空度不断下降，由-82 kPa降至-65 kPa，排汽温度达72.9 ℃，机组蒸汽耗量达 80.2 t/h，较同等负荷下多消耗蒸汽5～7 t/h。可以看出，表冷器真空度的下降严重地影响了合成氨装置的负荷及整个系统运行的经济性。
3 表冷器真空度下降的原因分析
正常生产中，影响机组表冷器真空度的因素主要有机组负荷、真空系统的严密性、蒸汽抽气器工作状态、冷却水系统运行状况等，为此我们逐一进行了排查，具体如下。
3.1 机组负荷
随着合成氨装置负荷增大，汽轮机负荷增大，汽轮机蒸汽耗量相应增加，表冷器冷凝负荷也随之增大。查阅合成氨装置的负荷，发现其负荷一直维持在100%；随着表冷器真空度的降低，为维持同等生产负荷，蒸汽耗量相应增加，进而使凝汽系统负荷增大，凝汽负荷的增大又影响表冷器的真空度。为验证负荷方面的影响，将合成氨装置负荷降至90%，表冷器真空度略有好转。可见，机组负荷对表冷器真空度有一定影响，但不是表冷器真空度下降的主要原因。
3.2 真空系统的严密性
机组运行过程中，如果与表冷器相连的设备、管道、仪表、阀门、法兰等处漏入空气，表冷器真空度就会下降。运行期间真空系统查漏的方法不多，并且常规方法查漏效果也不理想。针对这种情况，对可能的漏点采取胶带封堵，但表冷器真空度并没有好转。同时，如果空气漏入真空系统，空气分压的升高会使蒸汽分压下降，凝结水温度低于排汽压力下对应的饱和温度，即会出现过冷现象，而查阅机组表冷器设计参数，设计过冷度为0 ℃，实际运行过冷度为1 ℃，故据机组凝结水过冷度分析基本上可以排除真空系统漏入空气这一因素。
3.3 蒸汽抽气器的工作状态
正常工况下，汽轮机排汽进入表冷器壳程，与列管内的循环冷却水进行换热，在此过程中蒸汽凝结为水，由于其体积缩小，壳程内形成真空，少量的不凝气由两级抽气器不断抽出，以维持机组的真空度。如果不能及时地将表冷器内的不凝气抽走，不凝气会在表冷器内积存，一方面空气会在列管表面构成传热不良的空气膜，降低传热效果，增加传热端差；另一方面，由于凝汽器内的蒸汽混合物中空气成分的增加，会导致凝结水产生过冷现象。针对这一可能因素，通过投用辅助抽气器观察表冷器真空度的变化——如果表冷器真空度出现好转，则说明两级抽气器工作不正常，反之则工作正常。辅助抽气器投用后，表冷器真空度初期有好转的趋势，但随着时间的延长，表冷器真空度又恢复为原值，表明两级抽气器工作状态正常。2016年6月12日系统检修时拆检两级抽气器，没有发现问题，验证了此前的判断。
3.4 冷却水系统的运行状况
冷却水系统较常出现的故障有冷却水中断、冷却水量不足和冷却水温度高。由于本次表冷器真空度是一个缓慢降低的过程（不是突然发生），可以排除冷却水中断这一因素；查阅机组真空度下降期间冷却水的温度，表冷器冷却水进口温度低于设计值，冷却水温度高这一因素也可以排除。
更多内容详见《中氮肥》2020年第1期