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）

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）

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，節(jié)省了公司的生產(chǎn)成本。

離心式；氨透平機(jī)；段間溫度；改造

河南心連心化肥有限公司45·80原料結(jié)構(gòu)調(diào)整項(xiàng)目氨透平工段采用由沈鼓集團(tuán)制造的透平驅(qū)動(dòng)離心式氨壓縮機(jī)，設(shè)備配套的密封裝置由約翰克蘭天津有限公司制造，汽輪機(jī)由杭州汽輪機(jī)股份有限公司制造。

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2a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，我公司進(jìn)行了深入的探索。

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(kāi)停車(chē)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。

但在實(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)四段出口溫度控制在80℃左右（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70m2，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0.45MPa，32℃的循環(huán)水。改造后工藝流程如下圖1所示。

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)如下表1所示。

根據(jù)數(shù)據(jù)記錄可知，改造前后在氨透平機(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)相同的情況下：

（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 260rmp降低為8 000rmp，轉(zhuǎn)速降低260 rmp；前軸承振動(dòng)南由30.5μm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1.263MPa降低為1.103 MPa，四段出口壓力降低0.16MPa。有助于設(shè)備的維護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

圖1　氨壓縮機(jī)部分工藝流程圖

（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，每年可節(jié)約成本121.18萬(wàn)元（蒸汽價(jià)格按90元/t計(jì)算，年運(yùn)行時(shí)間為330d），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。

表1　改造前后氨透平機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)情況

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(jiàn)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。

Reform Summary about Reducing Segmental Temperature of Large Centrifugal Ammonia Turbocompressor

He Huan-huan，Zhou Xiang，Wu pei，Liu Wei

Through adding one after-cooler，we have carried out the technical innovation about reducing the segmental temperature of the large centrifugal ammonia turbocompressor.The inlet temperature for each section of the centrifugal ammonia turbocompressor has fallen，and the consumption of 4.0MPa steam has reduced about 1.7t/h.The technical innovation has saved the production cost with devices running in safe and steady state.

centrifugal；ammonia turbocompressor；segmental temperature；reform

TQ113.26+6.4

A

1003-6490（2016）01-0001-02

2015-12-26

何歡歡，（1988—），女，碩士研究生，助理工程師，主要從事氨合成技術(shù)研究工作。