一氧化氮壓縮機(jī)入口流量異常波動淺析

趙恩軍

（四川瀘天化股份有限公司，四川瀘州 646300）

1 概 況

一硝裝置（硝酸裝置）是四川瀘天化股份有限公司（簡稱瀘天化）硝酸車間的重要裝置，主要包括氨的催化氧化、一氧化氮壓縮與氧化、氮氧化物吸收、液態(tài)四氧化二氮制備、濃硝酸合成等單元。一硝裝置工藝流程見圖1，一氧化氮壓縮與氧化系統(tǒng)簡介如下。

圖1 一硝裝置工藝流程框圖

一氧化氮壓縮與氧化過程中，以一氧化氮為主的工藝氣首先通過廢熱鍋爐（E202A／B）回收熱量，工藝氣溫度降至約200℃，同時副產(chǎn)1.0MPa的蒸汽；工藝氣從廢熱鍋爐出來后，進(jìn)入混合氣預(yù)熱器（E201），與混合氣進(jìn)行熱交換后進(jìn)入快冷器（E203），通過快速冷卻分離掉工藝氣中的水蒸氣，隨后進(jìn)入氣體洗滌冷凝器（E204）除去工藝氣中未被氧化的氨，防止其在后續(xù)工藝設(shè)備中與硝酸反應(yīng)生成硝銨；從E204出來的工藝氣主要成分為一氧化氮、氮氣、氧氣（少量）以及氧化產(chǎn)生的二氧化氮，溫度則降至40～50℃，該工藝氣與 （來自大氣的）空氣（俗稱二次空氣）混合后進(jìn)入一氧化氮壓縮機(jī)（C201），經(jīng)過C201的五級壓縮后壓力升至0.28～0.30 MPa，提壓后的工藝氣進(jìn)入氧化器（V209）進(jìn)行一氧化氮與氧氣的干法氧化，一氧化氮氧化率達(dá)到平衡后進(jìn)入氮氧化物吸收工序。

可以看出，一氧化氮的壓縮和氧化是一硝裝置生產(chǎn)工藝的主要組成部分，一氧化氮壓縮機(jī)（C201）是其核心設(shè)備，而入口流量（FT-201）是C201的核心工藝參數(shù)，如FT-201出現(xiàn)異常波動，將會導(dǎo)致裝置運行不穩(wěn)定，嚴(yán)重時甚至?xí)斐裳b置停車。

2 物料流量測量方式及C201入口流量控制原理

2.1 管道內(nèi)物料流量的測量方式

工業(yè)生產(chǎn)過程中，物料的輸送絕大部分是在管道內(nèi)進(jìn)行的，管道內(nèi)物料流量的測量方法有很多種。瀘天化各生產(chǎn)裝置中用到的流量測量設(shè)備主要有節(jié)流裝置＋變送器、轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量計、渦街流量計、阿牛巴流量計、畢托巴流量計、超聲波流量計、質(zhì)量流量計等；其中，一硝裝置一氧化氮壓縮機(jī)（C201）入口流量測量采用的是節(jié)流裝置（標(biāo)準(zhǔn)孔板） ＋差壓變送器的方式，經(jīng)壓力補償后，計算得出實際流量值。

2.2 節(jié)流裝置流量測量原理

節(jié)流裝置是基于伯努利方程（基于能量守恒定律）和流動連續(xù)性方程（基于質(zhì)量守恒定律）設(shè)計而成。當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)節(jié)流件時，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而其流速增大、靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差，流體流量越大，產(chǎn)生的壓差越大，該壓差與流過的流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系。

節(jié)流裝置有標(biāo)準(zhǔn)型和非標(biāo)準(zhǔn)型之分。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，是指按照標(biāo)準(zhǔn)文件（通常為ISO5167或GB／T2624）設(shè)計、制造、安裝和使用，無須經(jīng)實流校準(zhǔn)即可確定其流量值并估算流量測量誤差，節(jié)流件加工好后就可投用。非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，則是成熟程度較差、尚未列入標(biāo)準(zhǔn)文件的節(jié)流件，須經(jīng)過實流校準(zhǔn)后才能投用。

節(jié)流件形式較多，常用標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流件有標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、經(jīng)典文丘里管、文丘里噴嘴等，非標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流件有雙重孔板、偏心孔板、圓缺孔板、內(nèi)藏孔板、楔形孔板、彎管等。

2.3 C201入口流量控制原理

C201入口流量（FIC-201）控制原理為：當(dāng)PV（FT-201）＜35000m3／h時，控制器自動轉(zhuǎn)為手動并按每0.5s增加2%的速度開閥；當(dāng)PV（FT-201）＞36000m3／h時停止開閥；當(dāng)PV（FT-201）＜34000m3／h，或一硝裝置SIS系統(tǒng)發(fā)出工藝聯(lián)鎖停車信號（ESD-DCS11），抑或電氣MCC發(fā)出C201停車信號 （XS-201B），則電磁閥（SOV-FV201）失電，控制器自動轉(zhuǎn)為手動并輸出100%全開閥位控制信號。

3 C201入口流量異常分析及處理

3.1 C201入口流量異常波動現(xiàn)象

一硝裝置于2020年4月20日實現(xiàn)超長周期運行（共運行了182天17小時33分鐘），打破歷史紀(jì)錄后，一硝裝置停車進(jìn)行氧化爐換網(wǎng)檢修工作。在檢修期間，按照檢修計劃內(nèi)容及檢修維護(hù)規(guī)范 ［瀘天化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) （QLTHGF491.3—2010流量儀表）］對C201入口流量測量的節(jié)流裝置（標(biāo)準(zhǔn)孔板） ＋差壓變送器進(jìn)行計劃檢修，主要檢修內(nèi)容包括：孔板內(nèi)部進(jìn)行清掃，對取樣短接、根部閥、引壓管進(jìn)行疏通，變送器調(diào)零等。檢修完成后，一硝裝置于2020年4月26日重啟。一硝裝置重啟后，C201入口流量（FT-201）分別于2020年5月19日15：26和2020年6月16日15：32出現(xiàn)異常波動，最大值與最小值之差分別為2295m3／h、2430m3／h，而正常情況下FT-201波動應(yīng)在1000m3／h左右。

3.2 C201入口流量異常波動的可能原因

查看DCS系統(tǒng)C201入口流量（FT-201）趨勢圖和報警記錄，C201的電流、振動等工藝參數(shù)均無異常。經(jīng)分析，F(xiàn)T-201出現(xiàn)異常波動的可能原因有以下幾方面：①C201入口介質(zhì)為一氧化氮，若一氧化氮中含有少量水分和氣氨，一氧化氮、水、氣氨易在取壓管內(nèi)積聚并反應(yīng)生成銨鹽，逐漸堵塞取壓管，造成變送器測量異常；②節(jié)流裝置環(huán)室臟污、不清潔，取樣部分臟污、不清潔，存在銨鹽堵塞問題；③取壓管、接頭密封不嚴(yán)，存在漏點；④儀表自身檢測元器件和壓力補償儀表元器件存在故障。

3.3 原因排查

針對C201入口流量（FT-201）異常波動的問題，儀表專業(yè)技術(shù)人員對可能原因進(jìn)行專題討論與分析，待工藝系統(tǒng)解除聯(lián)鎖后逐項進(jìn)行排查處理，具體情況如下。

（1）關(guān)閉正負(fù)向根部閥，觀察到儀表指示穩(wěn)定，表明儀表自身檢測元器件無異常。

（2）用蒸汽吹掃取樣管線，以清除銨鹽，吹掃約5min后予以恢復(fù)，觀察到儀表指示波動仍然存在。

（3）再次確認(rèn)取樣管線暢通、無其他異常缺陷后，更換變送器，繼續(xù)觀察儀表指示情況，發(fā)現(xiàn)流量略有上升，波動范圍仍較大，但相對于處理前稍好一點，繼續(xù)觀察。

（4）經(jīng)過工藝人員調(diào)整負(fù)荷以及儀表專業(yè)人員對取樣部分再次處理后，F(xiàn)T-201流量指示恢復(fù)正常。

總之，經(jīng)儀表專業(yè)技術(shù)人員針對可能引起C201入口流量（FT-201）異常波動的原因逐一進(jìn)行排查，最終確認(rèn)C201入口流量異常波動的主要原因在于節(jié)流裝置取壓部分存在銨鹽堵塞。

3.4 檢修維護(hù)及改進(jìn)建議

據(jù)一氧化氮壓縮機(jī)（C201）入口流量異常波動的原因，結(jié)合一硝裝置的實際情況，以及近幾年安全環(huán)保趨嚴(yán)的大背景，建議對C201入口流量測量的節(jié)流裝置（標(biāo)準(zhǔn)孔板） ＋差壓變送器做如下檢修維護(hù)及技術(shù)改進(jìn)。

3.4.1 檢修維護(hù)

（1）據(jù)C201入口流量（FT-201）情況，定期用蒸汽吹掃取壓管部分，每回吹掃時間不少于5min，至少吹掃3次，每次間隔5min，以防止根部閥、取壓部分聚集銨鹽，影響流量測量，確保FT-201指示準(zhǔn)確，保證一硝裝置的安全、穩(wěn)定、長周期運行。

（2）每個換網(wǎng)檢修周期進(jìn)行一次如下檢修維護(hù)：對節(jié)流裝置測量管道內(nèi)壁進(jìn)行檢查、除銹和清潔；清洗節(jié)流裝置，清除孔板污垢；用蒸汽對節(jié)流裝置的取壓部分進(jìn)行吹掃，疏通取壓口，防止取壓部分銨鹽聚集。

3.4.2 改進(jìn)建議

一硝裝置的工藝特點決定其無法保證通過吸收、洗滌完全清除銨鹽，即一氧化氮壓縮機(jī)（C201）入口始終會存在一定量的銨鹽。為此，建議對C201入口流量測量設(shè)備進(jìn)行技改，可供選擇的方案如下。

方案一：在現(xiàn)使用的節(jié)流裝置（標(biāo)準(zhǔn)孔板）流量測量方式不變的情況下，從原取壓口引出，采用一分為二的方式安裝2臺變送器進(jìn)行流量測量，并引入DCS系統(tǒng)，將流量低低聯(lián)鎖由1oo1方式更改為2oo2的方式。

方案二：在現(xiàn)使用的節(jié)流裝置（標(biāo)準(zhǔn)孔板）流量測量方式不變的情況下，委托專業(yè)廠家重新計算，在現(xiàn)使用的孔板上再開一對取壓口，安裝變送器進(jìn)行流量測量，并引入DCS系統(tǒng)，將流量低低聯(lián)鎖由1oo1方式更改為2oo2的方式。

方案三：工藝專業(yè)重新提供工藝參數(shù)，由儀表專業(yè)重新選型，將現(xiàn)使用的節(jié)流裝置節(jié)流件由標(biāo)準(zhǔn)孔板更改為多孔孔板，多孔孔板可以開兩對或三對取壓口，安裝變送器進(jìn)行流量測量，并引入DCS系統(tǒng)，將流量低低聯(lián)鎖由1oo1方式更改為2oo2或2oo3的方式。

4 結(jié)束語

綜上所述，瀘天化硝酸車間一硝裝置出現(xiàn)一氧化氮壓縮機(jī)（C201）入口流量（FT-201）異常波動問題后，儀表專業(yè)技術(shù)人員針對可能原因逐項進(jìn)行排查處理，最終確認(rèn)FT-201異常波動的主要原因在于節(jié)流裝置取壓部分存在銨鹽堵塞。基于問題查找情況，闡述定期維護(hù)、氧化爐換網(wǎng)時檢修維護(hù)以保證C201入口流量測量穩(wěn)定的方法，并提出從根本上保證C201入口流量（FT-201）測量穩(wěn)定的技術(shù)改進(jìn)方案，以保障一硝裝置的安全、穩(wěn)定、長周期運行。