大型離心式氨透平機(jī)降低段間溫度的改造總結(jié)

何歡歡 ， 周　翔 ， 吳　培 ， 劉　偉

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)　453731)

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大型離心式氨透平機(jī)降低段間溫度的改造總結(jié)

何歡歡 ， 周翔 ， 吳培 ， 劉偉

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)453731)

摘要：通過(guò)增設(shè)后置冷卻器對(duì)氨透平機(jī)降低段間溫度的技術(shù)改造，使氨透平機(jī)各段進(jìn)口溫度降低，并使4.0 MPa蒸汽消耗降低約1.7 t/h。在保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：離心式 ； 氨透平機(jī) ； 段間溫度 ； 改造

0前言

離心式氨透平機(jī)與較常使用的活塞式壓縮機(jī)相比，有轉(zhuǎn)速高、氣量大、機(jī)械磨損小、易損件少、維護(hù)簡(jiǎn)單、連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)、振動(dòng)小、運(yùn)行平穩(wěn)、對(duì)基礎(chǔ)要求低的特點(diǎn)。在大氣量時(shí)，單位功率機(jī)組的質(zhì)量輕、體積小，占地面積少，氣量可在較大范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，易于多級(jí)壓縮和節(jié)流，可以滿足某些化工流程的要求，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在國(guó)家對(duì)化肥生產(chǎn)取消優(yōu)惠電價(jià)的情況下，河南心連心化肥有限公司充分利用企業(yè)產(chǎn)生的富足蒸汽，采用經(jīng)濟(jì)性較高的工業(yè)汽輪機(jī)直接拖動(dòng)離心式透平壓縮機(jī)，對(duì)公司減少生產(chǎn)成本具有重要意義。

目前，氨透平機(jī)組已運(yùn)行2年多時(shí)間，且整體運(yùn)行穩(wěn)定。但是由于場(chǎng)地限制，氨透平機(jī)各段入口分離器防喘振降溫管線距離設(shè)備較近，致使氨透平機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，降溫液氨進(jìn)入喘振回氣管線后氣化量小，導(dǎo)致各段入口分離器液位升高，增加機(jī)組帶液的風(fēng)險(xiǎn)，由于不能降低喘振回氣溫度，最終導(dǎo)致各段溫度升高，三段出口溫度最高達(dá)到175 ℃(機(jī)組的設(shè)計(jì)溫度指標(biāo)<150 ℃)。各段溫度超標(biāo)，會(huì)造成段間密封、口環(huán)密封及干氣前梳齒密封損壞，甚至?xí)斐砂蓖钙綑C(jī)的動(dòng)靜摩擦，導(dǎo)致設(shè)備損壞。為了能夠在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)降低各段進(jìn)口溫度，保證設(shè)備的安全運(yùn)行，進(jìn)行了深入地探索。

1工藝氣體流程

1.1工藝氣體主流程

由低溫甲醇洗工段氨冷器來(lái)的氣氨和氨合成工段兩級(jí)氨冷器來(lái)的氣氨分別經(jīng)氨透平機(jī)一段、二段進(jìn)口閃蒸分離器分離掉夾帶的液氨，后分別進(jìn)入氨透平機(jī)一段、二段進(jìn)行壓縮，經(jīng)壓縮后的這兩部分氣氨匯合后直接進(jìn)入氨透平機(jī)三段壓縮，三段壓縮后的氣氨經(jīng)后冷器降溫后進(jìn)入四段壓縮進(jìn)口閃蒸分離器出口，經(jīng)四級(jí)壓縮后直接進(jìn)入蒸發(fā)冷進(jìn)行降溫，將氣氨直接變成液氨，送入液氨中間槽。中間槽的液氨送入液氨閃蒸槽內(nèi)，進(jìn)一步降低液氨壓力和溫度。液氨閃蒸槽內(nèi)的液氨一大部分進(jìn)入本工段的第一過(guò)冷器內(nèi)的管內(nèi)，在過(guò)冷器內(nèi)進(jìn)行降溫后作為氨合成、低溫甲醇洗工段的冷卻液氨用，一少部分進(jìn)入過(guò)冷器內(nèi)的管外作為冷卻合成、低溫甲醇洗工段原料氨使用。在過(guò)冷器內(nèi)蒸發(fā)出來(lái)的氣氨進(jìn)入一級(jí)壓縮進(jìn)口閃蒸分離器的進(jìn)口。另一少部分的液氨進(jìn)入第二過(guò)冷器內(nèi)，作為冷卻合成送常壓氨庫(kù)液氨用氨。在第二過(guò)冷器內(nèi)蒸發(fā)出來(lái)的氣氨同樣進(jìn)入一級(jí)壓縮進(jìn)口閃蒸分離器的進(jìn)口。

1.2防喘振氣氨流程

由于氨合成、低溫甲醇洗工段在開停車過(guò)程中，特別是氨合成工段的升溫還原過(guò)程時(shí)間特別長(zhǎng)，氣氨量過(guò)小同時(shí)又需要將氣氨及時(shí)消耗掉，此時(shí)的透平機(jī)因?yàn)闅饬窟^(guò)小氨壓縮機(jī)容易產(chǎn)生喘振，所以在氨透平機(jī)內(nèi)部流程中設(shè)置了防喘振管線。從四級(jí)壓縮后氣氨冷凝器前引氣氨送到三個(gè)閃蒸分離器進(jìn)口管道上，以增加各段進(jìn)口的氣氨量防止氨透平機(jī)喘振。由于防喘振引用的氣氨溫度過(guò)高，會(huì)引起氨透平機(jī)的溫度高造成氨壓縮機(jī)損壞，所以從液氨中間槽引液氨到防喘振氣動(dòng)閥后，利用氨極易揮發(fā)同時(shí)帶走熱量的物理特性，降低氨透平機(jī)各級(jí)進(jìn)口的氣氨溫度。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)氨透平機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，其各段溫度升高，三段出口溫度最高可達(dá)到175 ℃。溫度升高，容易造成密封部件損壞，甚至造成氨透平機(jī)的動(dòng)靜摩擦，導(dǎo)致設(shè)備損壞，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2改造方案

為解決機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)氨透平機(jī)各段進(jìn)口溫度較高的問(wèn)題，以氨透平機(jī)四段出口溫度控制約80 ℃(低于70 ℃存在氣氨液化，造成機(jī)組帶液的風(fēng)險(xiǎn))的工藝條件為設(shè)計(jì)條件增設(shè)一臺(tái)后置冷卻器(原四段出口氣體溫度為130 ℃)，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。其中，后置冷卻器換熱面積為70 m2，工藝氣氨走管程，冷卻用水走殼程。所用冷卻水來(lái)自循環(huán)水崗位提供的0.45 MPa、32 ℃的循環(huán)水。改造后工藝流程如圖1所示。

圖1　氨壓縮機(jī)部分工藝流程圖

3改造前后正常工況下工藝對(duì)比分析

改造前后，氨透平機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　改造前后氨透平機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)情況

根據(jù)數(shù)據(jù)記錄可知，改造前后氨透平機(jī)一二段進(jìn)口氣量、壓力變化不大，蒸發(fā)冷運(yùn)行臺(tái)數(shù)相同情況下：①氨透平機(jī)一段進(jìn)口溫度由改造前的-9.6 ℃降低為-17.1 ℃，溫度降低7.5 ℃，表明改造后的氨透平機(jī)段間溫度得到了有效降低。②機(jī)組轉(zhuǎn)速由8 260 r/min降低為8 000 r/min，轉(zhuǎn)速降低260 r/min；前軸承振動(dòng)南由30.5 μm降低為28.4 μm，振動(dòng)降低了2.1 μm；氨透平機(jī)四段出口壓力由1.263 MPa降低為1.103 MPa，四段出口壓力降低0.16 MPa。有助于設(shè)備的維護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。③汽輪機(jī)所用4.0 MPa蒸汽流量由24.3 t/h降低為22.6 t/h，蒸汽消耗降低約1.7 t/h，年可節(jié)約成本121.18萬(wàn)元(蒸汽按90元/t計(jì)算，年運(yùn)行時(shí)間330 d)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。④目前出后置冷卻器氣氨溫度控制在75～80 ℃，使蒸發(fā)冷負(fù)荷也隨之降低。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在離心式氨透平機(jī)四段出口增設(shè)一臺(tái)后置冷卻器進(jìn)行技術(shù)改造，并合理優(yōu)化相關(guān)工藝流程，使氨透平機(jī)各段進(jìn)口溫度降低，并減少了汽輪機(jī)的蒸汽消耗。此種改造方式投資費(fèi)用低，見效快，不僅保證了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)節(jié)省了公司的生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。

中圖分類號(hào)：TQ050.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-3467(2016)03-0053-02

作者簡(jiǎn)介：何歡歡(1988-)，女，助理工程師，從事氨合成技術(shù)研究工作，電話：15249703647。

收稿日期：2016-02-07