陳新振
(中海石油化學股份有限公司富島有限公司, 海南東方 572600)
中海石油化學股份有限公司富島一期合成氨裝置采用英國ICI-AMV合成氨工藝,以天然氣為原料,設計生產(chǎn)能力為1 000 t/d。自1996年初引氨投用以來,合成氨罐系統(tǒng)的氣氨壓縮機為螺桿壓縮冷凝機組,用來回收氨貯存系統(tǒng)因熱輻射而蒸發(fā)出來的氣氨。正常生產(chǎn)時,壓縮機出來的液氨經(jīng)過主裝置至氨罐的液氨管線返回氨罐。氣氨壓縮機為單臺設備,由于設備老化等原因,無法保證氨罐和送至氨罐液氨閃蒸出來的氣氨被全部回收。大量的氣氨通過氨火炬進行排放,會造成大量氨損失,同時還需使用天然氣來燃燒放空的氣氨,不利于節(jié)能降耗。若氨火炬熄滅,又會對環(huán)境造成影響,達不到環(huán)保的要求。同時長期高負荷運行導致了氣氨壓縮機近幾年故障頻發(fā),檢修次數(shù)增加,維護成本提高,備品備件消耗量增大。為了保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定,減少操作和維護,同時有利于節(jié)能減排,計劃新增1臺氣氨壓縮機。
氨罐區(qū)是氨貯存裝置,由2個氨罐組成。當尿素裝置停車或氨產(chǎn)量超過尿素車間需要時,氨罐用于接受和貯存來自氨合成的液氨,2個氨罐的液位和壓力是相同的。氨的貯存壓力為50 Pa,貯存溫度為-33.0 ℃,閃蒸的氣氨被氣氨壓縮機壓縮并被冷卻水冷凝成液氨,然后返回氨罐,以此維持壓力恒定[1]。經(jīng)過合成氨裝置外送液氨閥門,來自氨合成的液氨進入氨罐,2個氨罐進出口及氣氨進出口都是相連通的,氨罐閃蒸的氣氨通過氣相管至舊氣氨壓縮機(81K002),經(jīng)壓縮冷凝成液氨后回到氨罐。超出81K002處理能力的多余氣氨被放空至氨火炬進行燃燒處理。改造后,氣氨通過新氣氨壓縮機(81K001)與81K002,壓縮冷凝成液氨后按原流程返回氨罐。工藝流程見圖1,其中虛線為81K001改造流程[2]。
81K002及氨罐區(qū)主要工藝參數(shù)分別見表1和表2[3]。
根據(jù)物料平衡查找,該系統(tǒng)設計氣化氨質(zhì)量流量為420 kg/h。根據(jù)氨罐區(qū)實際運行數(shù)據(jù)計算,當環(huán)境溫度較高時,氣化氨質(zhì)量流量為500 kg/h,而與之配套的81K002的處理能力卻只有385 kg/h。81K002的設計能力不足,不能保證氨罐氣化氨完全被液化回收,導致多余氣氨被送至火炬燃燒。
從建廠投產(chǎn)至今,81K002已運行26 a,設備材質(zhì)老化,物料泄漏情況時有發(fā)生,機組經(jīng)常性被動停車檢修,導致大量氣氨被送去氨火炬放空燃燒。氣氨壓縮機老化腐蝕情況見圖2和圖3。
圖2 氣氨壓縮機本體材質(zhì)老化
原設計流程中,液氨輸送泵出口液氨安全閥管線排放口連接在火炬。發(fā)生液氨泄漏至火炬事故時,液氨倒流至入口(入口未設計氣液分離器),導致壓縮機跳車,氣氨被大量放空,縮短壓縮機使用壽命。
原設計中,81K002油冷器冷卻介質(zhì)為循環(huán)冷卻水,設計出口溫度為80.2 ℃。長時間運行后,油冷器結垢,導致?lián)Q熱效率下降。氨罐區(qū)是獨立單元,在循環(huán)水中斷的情況下,油冷器缺少冷卻介質(zhì),導致無法冷卻潤滑油,油泵出口油溫高,使壓縮機出口溫度升高,排氣壓力也隨之上升,壓縮機作功下降。必要時,需要停車并清洗油冷器,此時氣氨被放空。
81K002驅(qū)動電機不是防爆電機,在正常工作條件下會發(fā)熱,如果轉(zhuǎn)子線圈出現(xiàn)故障,可能會產(chǎn)生火花。同時,該裝置設備老化嚴重,時常有氣氨泄漏,電機外殼溫度過高或未產(chǎn)生止火花時,可能會引發(fā)爆炸或起火。
81K002原設計PLC控制面板為按鈕式,且PLC控制面板上所有參數(shù)監(jiān)控儀表都是現(xiàn)場表,均采用儀表管接頭連接?,F(xiàn)場表缺點是容易損壞,顯示不準確。連接口發(fā)生泄漏時,機組負荷控制存在本體機頭負荷與PLC面板控制負荷儀表不對應情況,總控遠程DCS控制不精確,氣氨壓縮機不能最大限度作功,導致氣氨不能完全被壓縮回收。81K002原設計聯(lián)鎖控制中,未設置機組停車動作時油泵自停邏輯。當壓縮機聯(lián)鎖停車時,油泵繼續(xù)運行,油分離器內(nèi)的油被一直送至壓縮機缸體內(nèi),導致油分離器內(nèi)油被抽空,而壓縮機缸體內(nèi)集滿油。在恢復開車時,要通過人力盤動壓縮機,把油趕到出口分離器內(nèi)才能恢復啟動。當入口單向閥失效時,有大量潤滑油倒流至入口氣氨管線內(nèi),造成潤滑油浪費。
為了徹底解決因81K002本身功率不足造成氣氨不能完全被回收的問題,決定增加并聯(lián)81K001以及將81K002作為緊急備用。81K001的主要工藝參數(shù)見表3[4]。
表3 81K001主要工藝參數(shù)
單臺壓縮冷凝機組配套輔助設備包括氨液分離器、冷凝器、貯液器等。
81K001驅(qū)動電機使用防爆電機。氨罐區(qū)是富島一期裝置的重大危險源之一,且壓縮機就在氨罐區(qū)范圍內(nèi)。一旦發(fā)生氨氣泄漏,防爆電機可以有效遏止電機產(chǎn)生火花,防止引發(fā)爆炸或起火,保證設備運行安全及生產(chǎn)人員的人身安全。對驅(qū)動電機增加多種安全保護聯(lián)鎖,包括電機A/B/C相繞組溫度高高聯(lián)鎖停機保護、電機前后軸承溫度高高聯(lián)鎖停機保護,同時增加主電機電流顯示,實時對電機運行狀態(tài)進行監(jiān)控。
在81K001入口設計增加1臺氣液分離器,對來自氨罐的氣氨進行氣液分離,可以有效解決氣氨帶液現(xiàn)象。此裝置可防止液氨倒灌至壓縮機入口,損壞機組轉(zhuǎn)子,同時防止氣氨被長時間送至火炬放空。
81K001油冷器通過氨制冷冷卻潤滑油,避免油冷器長時間運行導致的換熱效率下降,以及壓縮機作功不好導致的排氣壓力升高,也避免了清洗油冷器造成的氣氨放空。
81K001設計吸氣能力為969 kg/h,遠遠大于81K002的吸氣能力(385 kg/h)。氨罐氣氨排放量為420 kg/h,理論上可以完全被吸入液化成液氨返回氨罐,達到技術改造目的。
81K001設計增加了緊急泄氨器。當制冷系統(tǒng)發(fā)生意外事故時,貯氨器、蒸發(fā)器中的大量液氨被放出,同時開啟連接的消防水閥,將液氨溶入水中,防止事故擴大。
81K001的控制面板采用隔爆型結構,安裝有觸摸屏、PLC、中間繼電器、溫度變送器等電氣元件,可控制防爆自動型低壓螺桿機組,實現(xiàn)啟動、停止、壓力指示、安全保護、能量調(diào)節(jié)等功能。
81K001第一次試車時,供油溫度高于65.0 ℃,達到供油聯(lián)鎖值,延時30 s后壓縮機自動減載至零載。等待油溫下降后重新加載機組負荷,運行15 min后,供油溫度再次升高,連續(xù)出現(xiàn)多次。停機排查時發(fā)現(xiàn),油冷器冷介質(zhì)氨是從氣氨冷卻器底部引出,第一次試車時,由于冷卻液氨量無法滿足油冷器制冷,導致供油油溫高。初步判斷原因為水冷器換熱效果不好,氣氨冷凝不足,在水冷器內(nèi)未建立液位,油冷器冷量不足,造成油溫高。檢查循環(huán)冷卻水溫度、壓力、排氣閥閥位,對油冷器、水冷器、氨儲槽進行排惰氣。
從81K002氨受槽處連接液氨管線至81K001氣氨冷卻器。在試車初期投用該管線引氨,以此來滿足油冷器的液氨用量,保證供油油溫小于65.0 ℃。該管線投用后效果顯著,試車工作順利進行。
81K001試車過程中,設備附件及閥門多次出現(xiàn)泄漏故障。
聯(lián)系廠家更換配件,并重新安裝調(diào)試。維保人員對泄漏閥門及泄漏部位進行檢修。
81K001入口吸氣壓力表量程較大,單位為Bar,且有回差;實際入口壓力僅為3~6 kPa。聯(lián)系廠家將入口吸氣壓力單位改為kPa,且將壓力表改為小量程表后,在現(xiàn)場自動狀態(tài)下調(diào)試。81K001原程序中,只有遠程開停車功能,無遠程調(diào)節(jié)功能。經(jīng)綜合考慮,只保留遠程急停功能,增加遠程調(diào)節(jié)功能[4]。
改造前,氨罐壓力趨勢在24 h內(nèi)無規(guī)則升高,超出氨罐放空閥壓力設定6次,導致大量氣氨被放空,單個氨罐液位24 h內(nèi)下降1~2 mm。改造后,氨罐壓力趨勢平穩(wěn),氨罐放空閥在24 h內(nèi)無放空,氨罐液位變化可忽略不計。經(jīng)過計算,每天放空氨可減少0.2~0.4 t的損耗,全年(350 d)節(jié)約70~140 t液氨。
增加并調(diào)試氣氨壓縮機后,氨罐放空的問題得到了解決,各參數(shù)都在設計指標范圍內(nèi)。此項改造不但保證了氨罐區(qū)運行的安全可靠,而且達到節(jié)能減排的目的。