氨罐小冰機(jī)效率下降原因分析及改進(jìn)措施

侯 松

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

氨罐小冰機(jī)效率下降原因分析及改進(jìn)措施

侯 松

（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600）

針對合成氨裝置液氨儲罐配套設(shè)備小冰機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)的效率下降問題，結(jié)合小冰機(jī)系統(tǒng)的工作原理及檢修情況，分析小冰機(jī)效率下降的原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，保證了小冰機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

小冰機(jī)；效率下降；原因分析；改進(jìn)措施

中海石油化學(xué)股份有限公司（簡稱中海化學(xué)）二期合成氨裝置采用美國KBR工藝，生產(chǎn)能力為1 500 t/d。該裝置自2003年10月投產(chǎn)以來，總體運(yùn)行穩(wěn)定，能耗低。氨罐小冰機(jī)系統(tǒng)是合成氨裝置的一個重要系統(tǒng)，主要由氨罐、小冰機(jī)、氨泵和氨火炬組成，見圖1。

圖1 氨罐小冰機(jī)系統(tǒng)

合成氨裝置液氨儲罐的溫度為-33℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度（年平均25℃），氨罐中的液氨受熱，部分液氨蒸發(fā)成氣氨。正常生產(chǎn)時，小冰機(jī)系統(tǒng)通過螺桿式壓縮機(jī)做功將蒸發(fā)的氣氨壓縮，被壓縮后的氣氨分別進(jìn)入水冷器和節(jié)能器進(jìn)行冷卻成液氨后再返回氨罐，避免其放空對環(huán)境產(chǎn)生污染。如果小冰機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，氣氨則無法正常進(jìn)行回收，隨著氨罐內(nèi)氣氨的積聚，氨罐壓力就會升高。當(dāng)壓力高于放空閥PV2003的設(shè)定值時，閥門就會打開，氣氨將排放至氨火炬進(jìn)行燃燒。所以小冰機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行好壞，直接決定氨罐氣氨是否放空，而氣氨放空將會直接造成經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。

1 故障現(xiàn)象

根據(jù)合成氨裝置生產(chǎn)管理系統(tǒng)（WPKS）顯示，見圖2。2012年全年P(guān)V2003閥打開的次數(shù)超過100次。閥門的平均開度為3.5，每次打開時間約為4h。根據(jù)PV2003閥門設(shè)計參數(shù)得知，該閥最大流通量為44 300kg/h，其可調(diào)比為25，根據(jù)公式Q＝QmaxR（1/L-1）（l/L為閥門開度，Q表示流量，Qmax表示最大流量，R為可調(diào)比）計算得：PV2003在2012年至少放空的氣氨量為：100×2×44 300×25（0.035-1）＝793 334kg。

圖2 2012年P(guān)V2003閥門開關(guān)情況

小冰機(jī)的設(shè)計氨處理量為901m3（標(biāo)）/h，換算成質(zhì)量流量約為683.9kg/h。LIC2015是經(jīng)小冰機(jī)氨儲槽的液位控制閥，其閥門開度反應(yīng)出經(jīng)小冰機(jī)處理后的液氨流量。根據(jù)趨勢發(fā)現(xiàn)全年LIC2015的平均開度為32.5％。根據(jù)閥門設(shè)計參數(shù)表，該閥最大流量為836.2kg/h（對應(yīng)0.37Cv），則執(zhí)行Cv值為2.5對應(yīng)的最大流量5 650kg/h，設(shè)計壓差1.0MPa，其可調(diào)比為100，根據(jù)公式Q＝QmaxR（1/L-1）（l/L為閥門開度，Q表示流量，Qmax表示最大流量，R為可調(diào)比）計算得：LIC2015閥位為32.5％的流通氨量＝5 650×100（0.325-1）＝252.4kg/h。

由此可判斷經(jīng)小冰機(jī)處理的氣氨液化后返回氨罐的流量只有252.4kg/h，只為設(shè)計值的36.9％，說明小冰機(jī)的效率即氣氨處理能力下降十分嚴(yán)重。

大量的氣氨放空既給企業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，也對環(huán)境帶來一定的污染。所以如果能夠解決該系統(tǒng)存在的問題，及時將氨罐蒸發(fā)出的氣氨進(jìn)行回收，保證PV2003閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，則每年至少可以減少793 334kg的氣氨排放。為此，我部專門成立了《提升小冰機(jī)氣氨處理能力》的技術(shù)攻關(guān)小組，經(jīng)過不懈努力，終于解決了小冰機(jī)效率下降問題。

2 故障原因分析

通過查詢歷史數(shù)據(jù)，2006—2007年，小冰機(jī)的氣氨處理能力是完全可以滿足生產(chǎn)需要的。兩年間內(nèi)PV2003放空閥從未打開過。而到了2012年，小冰機(jī)的工況發(fā)生了改變，在氣溫最高的4—10月份，小冰機(jī)負(fù)荷幾乎一直保持在100％，但是氨罐放空閥PV2003仍然頻繁打開。

通過比較，200—2007年以及2012年的4—10月月平均氣溫都在30℃以上，并沒有發(fā)生太大的變化。由此說明PV2003放空閥的打開不是受環(huán)境溫度影響，而是由于小冰機(jī)經(jīng)過長年的運(yùn)行，氣氨的處理能力下降造成的。經(jīng)分析，小冰機(jī)系統(tǒng)效率下降可能有以下幾個方面的原因：

2.1 小冰機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)油油溫高

通過比較2007年和2012年的小冰機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)小冰機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)油油溫由60℃漲至66℃。小冰機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)油溫度上升，在油氣混合壓縮的過程中熱量傳遞給氣氨，造成壓縮機(jī)出口氣氨溫度升高，導(dǎo)致通過出口水冷凝器液化的氣氨量下降，從而造成小冰機(jī)系統(tǒng)氣氨處理量下降。

為此，我們將小冰機(jī)系統(tǒng)停運(yùn)，更換新的潤滑油后再次啟機(jī)，此時系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)油溫已下降至正常運(yùn)行時的60℃。觀察兩周時間后，發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)負(fù)荷100％的情況下，PV2003放空閥仍然打開，說明負(fù)荷油溫不是影響小冰機(jī)效率下降的原因。

2.2 壓縮機(jī)滑閥閥頭間隙增大，影響系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)整

壓縮機(jī)的負(fù)荷大小是通過滑閥的開度來調(diào)整的，頻繁的負(fù)荷調(diào)整可能會造成滑閥閥頭出現(xiàn)磨損，間隙增大，進(jìn)而造成顯示運(yùn)行負(fù)荷與系統(tǒng)實際負(fù)荷的偏差。

通過對滑閥檢修，發(fā)現(xiàn)滑閥閥頭存在輕微的磨損，進(jìn)行修復(fù)處理，重新啟動小冰機(jī)。觀察兩周時間后，發(fā)現(xiàn)在系統(tǒng)負(fù)荷100％的情況下，PV2003放空閥仍然打開，說明滑閥不是影響小冰機(jī)效率下降的原因。

2.3 小冰機(jī)入口氣氨溫度高

來自氨罐的氣氨在輸送途中，由于管道保冷效果等原因，氣氨溫度升高。為了保證進(jìn)入小冰機(jī)的氣氨達(dá)到飽和溫度-33℃，所以氣氨在進(jìn)入壓縮機(jī)前先經(jīng)過入口分離罐進(jìn)行冷卻。而通過小冰機(jī)的操作屏數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該段時間小冰機(jī)的入口氣氨溫度平均在5.9℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其飽和溫度。這就造成壓縮機(jī)的出口氣氨溫度升高，從而造成出口水冷凝器液化的氣氨量下降。

經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)小冰機(jī)入口分離罐沒有液位，原因是液氨調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障，無法進(jìn)行正常補(bǔ)液，所以氣氨在未進(jìn)行冷卻后就進(jìn)入壓縮機(jī)，造成壓縮機(jī)出口溫度高。

2.4 水冷凝器換熱效率下降

通過比較2007年和2012年的小冰機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其水冷凝器的循環(huán)水量由41 t/hr下降至34 t/hr，小冰機(jī)水冷器循環(huán)水流量下降，造成氣氨的冷凝效果下降，進(jìn)而導(dǎo)致小冰機(jī)系統(tǒng)的氣氨處理量下降。

通過分析，水冷凝器換熱管為碳鋼材質(zhì)，循環(huán)水常年流經(jīng)碳鋼設(shè)備，很容易造成換熱管結(jié)垢堵塞，從而影響到循環(huán)水的流通量，進(jìn)而降低了換熱效率，造成氣氨冷凝效果下降。

2.5 節(jié)能器出口液氨溫度高

經(jīng)過小冰機(jī)壓縮后的氣氨進(jìn)入水冷凝中進(jìn)行冷卻，變成液氨進(jìn)入氨儲槽中，由于溫度過高，所以氨儲槽中的液氨還需要經(jīng)過節(jié)能器進(jìn)行再次冷卻后才能送至氨罐，而節(jié)能器膨脹閥的好壞直接影響到液氨的冷卻效果。檢查發(fā)現(xiàn)，節(jié)能器出口液氨溫度設(shè)計為-15℃，而實際卻為35℃。出口液氨溫度高，造成返回氨罐的液氨汽化量增多，進(jìn)而加重小冰機(jī)的氣氨處理負(fù)擔(dān)。

通過檢查，發(fā)現(xiàn)液氨溫度高是由于節(jié)能器入口膨脹閥堵塞后，管程汽化液氨數(shù)量下降，從而無法提供更多的冷量冷卻液氨。

2.6 結(jié)論

通過以上分析，2012年氨罐小冰機(jī)系統(tǒng)放空閥PV2003打開的可能主要原因為以下幾個方面：①壓縮機(jī)入口分離罐故障，吸入口氣氨溫度過高；②系統(tǒng)水冷凝器換熱效率下降，影響氣氨冷凝效果；③系統(tǒng)節(jié)能器入口膨脹閥故障，造成出口液氨溫度過高。

3 改進(jìn)措施

3.1 更換入口分離罐液位調(diào)節(jié)閥

小冰機(jī)系統(tǒng)停運(yùn)后，對入口分離罐液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢查更換。系統(tǒng)投入運(yùn)行前，入口分離罐建立40％液氨液位。此時壓縮機(jī)入口溫度由原5.9℃下降至-33℃。

3.2 水冷凝器換熱管進(jìn)行機(jī)械水射流清洗

在小冰機(jī)系統(tǒng)停運(yùn)檢修期間，對水冷凝器拆卸封頭，發(fā)現(xiàn)換熱器管板部分換熱管被循環(huán)水中的雜物堵塞，換熱管結(jié)垢明顯，見圖3。

圖3 水冷凝器結(jié)垢圖

聯(lián)系換熱器專業(yè)清洗廠家，對該換熱器換熱管進(jìn)行高壓機(jī)械水射流清洗。清洗過后，循環(huán)水的流量由34 t/h提高至41 t/h，換熱器恢復(fù)正常，氣氨冷凝效果提升。

3.3 更換節(jié)能器入口膨脹閥

更換小冰機(jī)節(jié)能器入口膨脹閥，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，對控制閥的開度進(jìn)行調(diào)整，使節(jié)能器出口液氨溫度由檢修前的35℃下降至-10℃，基本接近設(shè)計溫度。小冰機(jī)技術(shù)攻關(guān)前后工藝參數(shù)見表1。

表1 小冰機(jī)技術(shù)攻關(guān)前后工藝參數(shù)對照表

4 實施效果

4.1 設(shè)備運(yùn)行情況

自改進(jìn)措施實施以來，小冰機(jī)系統(tǒng)一直運(yùn)行正常，正常運(yùn)行期間，氨罐放空閥PV2003一直處于關(guān)閉狀態(tài)。由此可以證實攻關(guān)小組對小冰機(jī)效率下降的原因分析及改進(jìn)措施是準(zhǔn)確有效的。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益評價

小冰機(jī)的問題解決后，小冰機(jī)的氣氨處理量明顯增加。LIC2015閥的開度由之前的32.5％升至了54％。根據(jù)公式Q＝QmaxR（1/L-1）（l/L為閥門開度，Q表示流量，Qmax表示最大流量，R為可調(diào)比）計算得：LIC2015閥位為54％的流通氨量＝5 650×100（0.325-1）＝679.2kg/h。

相比2012年的運(yùn)行情況，每年可減少約793.33t的氣氨排放，若按每噸氨3 000元計算，每年可為企業(yè)節(jié)省資金238.00萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 結(jié)束語

合成氨裝置氨罐小冰機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，關(guān)乎到企業(yè)的資源回收和社會的環(huán)境保護(hù)。通過對小冰機(jī)系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行深入分析和仔細(xì)研究，并實施有效改進(jìn)措施后，恢復(fù)該系統(tǒng)應(yīng)該發(fā)揮的重要作用，進(jìn)而對企業(yè)的節(jié)能減排工作有明顯提升，同時對環(huán)境保護(hù)也起到巨大作用。

[1]胡益民.氨罐小冰機(jī)故障診斷[J].大氮肥，1997.

[2]蒙福祥.小冰機(jī)損壞原因分析及其改進(jìn)措施[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2003.

[3]任曉善.化工機(jī)械維修手冊.下卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

Cause Analysis and Improvement Measures of Decreasing Ammonia Tank Ice Machine Efficiency

Hou Song

The efficiency of synthetic ammonia device of liquid ammonia storage tank equipment wheatgrass machine system for decline，combined with wheatgrass machine system working principle and maintenance，analysis of the reasons for the decreased efficiency of the ice machine，and put forward the corresponding improvement measures，ensure the wheatgrass machine of the safe and stable operation of.

ice machine；efficiency decline；cause analysis；improvement measures

TQ113.25

B

1003-6490（2016）08-0001-03

2016-07-30

侯松（1986—），男，助理工程師，主要從事設(shè)備技術(shù)管理工作。