氨壓縮機(jī)組液氨管線堵塞的原因及處理措施

張偉華

(中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100)

中海石油華鶴煤化有限公司現(xiàn)有一套30萬t/a合成氨、52萬t/a大顆粒尿素裝置(以下簡稱“3052項(xiàng)目”)，“3052” 項(xiàng)目于2015年5月9日成功投產(chǎn)運(yùn)行。本項(xiàng)目冷凍工序采用氨壓縮機(jī)，通過壓縮用冷單元氨冷器閃蒸出的氣氨為酸脫和氨合成工序提供冷量。氨壓縮機(jī)為沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司制造，型號為 MCL606(LP)+3MCL608(HP)，氨壓縮機(jī)采用雙缸三段串聯(lián)式結(jié)構(gòu)以滿足壓縮機(jī)進(jìn)氣時(shí)的壓力和溫度要求，其中低壓缸一段 6個(gè)葉輪，高壓缸為兩段，第一段為 3 級，第二段為 5 級，共 8 級。為提高整臺機(jī)組的效率，全部采用三元葉輪，由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，軸端密封采用帶中間迷宮的串聯(lián)式干氣密封。2021年6月19日，氨壓縮機(jī)入口氣相伴隨著液氨帶入，同時(shí)入口分離罐液相出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致入口分離罐液位持續(xù)上漲，嚴(yán)重制約設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，大大增加設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

1 工藝流程

冷凍系統(tǒng)閃蒸的氣體和酸脫4臺氨冷器來的混合氨氣進(jìn)入入口分離器，與二段分離罐導(dǎo)淋液、調(diào)溫液氨、防喘振氣混合。分離出的液氨通過底部的液氨泵抽出送至氨分離罐，氣體以流量24 184Nm3/h、溫度-39℃、壓力 0.059MPa(a)進(jìn)入氨壓縮機(jī)低壓缸。氣體經(jīng)壓縮、水冷器降溫后進(jìn)入二段分離器。在分離器內(nèi)與氨合成第一氨冷器閃蒸氣和三段分離罐導(dǎo)淋液、調(diào)溫液氨、防喘振氣混合， 以流量 46 414 Nm3/h、 溫度 64.4℃、 壓力 0.25MPa(a)進(jìn)入壓縮機(jī)高壓缸二段壓縮。壓縮后排出缸外，經(jīng)二段冷卻器冷卻后進(jìn)入三段分離罐，與氨合成第二氨冷器閃蒸氣和調(diào)溫液氨、防喘振氣混合進(jìn)入壓縮機(jī)三段壓縮。經(jīng)壓縮后的氣體以壓力 1.575MPa(a)、溫度 136.6℃排出缸體。氣體經(jīng)三段冷卻器降溫分離后送入氨冷系統(tǒng)。

為防止機(jī)組發(fā)生喘振，系統(tǒng)在三段分離罐后設(shè)置有3路氣體返回管線,分別通過3個(gè)調(diào)節(jié)閥控制后返回到一段入口、二段入口、三段入口以調(diào)節(jié)各段氣體流量，避免機(jī)組發(fā)生喘振。

為了調(diào)節(jié)壓縮機(jī)入口溫度，從氨分離罐引液氨調(diào)溫。液氨分別通過3個(gè)溫度調(diào)節(jié)閥的調(diào)控后，進(jìn)入壓縮機(jī)一段、二段、三段入口，利用液氨氣化吸熱，來調(diào)控各段入口溫度。氨壓縮機(jī)組工藝流程見圖1。

圖1 氨壓縮機(jī)組工藝流程

2 分液罐液位波動(dòng)及上漲現(xiàn)象的分析判斷

2021年6月19日，氣化裝置按計(jì)劃更換氣化A爐燒嘴，整個(gè)工藝系統(tǒng)減負(fù)荷運(yùn)行，更換完燒嘴系統(tǒng)，在加負(fù)荷過程中，出現(xiàn)氨壓縮機(jī)入口分離罐(S04701)液位持續(xù)上漲現(xiàn)象，最高漲至35%；期間入口溫度、壓力、流量均大幅波動(dòng)(見圖2)，一段入口分離器液位極不穩(wěn)，而且?guī)б簳?huì)對機(jī)組造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，若不及時(shí)控制，液位可在短時(shí)間內(nèi)從 2%上漲至 95%，最終致聯(lián)鎖停車。

圖2 氨壓縮機(jī)入口分離罐操作參數(shù)記錄表

由于設(shè)計(jì)等原因，氨壓縮機(jī)入口分離罐在原始開車加減負(fù)荷過程中液位也出現(xiàn)過上漲現(xiàn)象，為了保證氨壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)提高低溫甲醇洗降溫速率、縮短開車導(dǎo)氣時(shí)間，在入口分離罐下方新加一個(gè)有效容積為 7.53 m3的儲氨罐，一段分離罐增加儲氨罐示意見圖3。

圖3 一段分離罐增加儲氨罐示意

正常操作出現(xiàn)氣氨帶液后，液氨會(huì)通過入口分離罐分離，將液氨分離至儲氨罐內(nèi)，當(dāng)儲氨罐液氨裝滿后，入口分離罐(S04701)液位才會(huì)上漲。但是此次儲氨罐液位沒有上漲，而是壓縮機(jī)入口分離罐液位上漲。通過現(xiàn)場檢查，判斷氨壓機(jī)入口分離罐液位計(jì)上法蘭沒有結(jié)霜，而下法蘭存在結(jié)霜情況。同時(shí)氨壓機(jī)入口分離罐人孔結(jié)霜處在1/2的位置。通過以上現(xiàn)象判斷入口分離罐內(nèi)確實(shí)存在液氨。但入口分離罐至儲氨罐管線未結(jié)霜，測量管線溫度在0℃以上，同時(shí)儲氨罐內(nèi)也無液氨。由此判斷氨壓機(jī)入口分離罐至儲氨罐這段管線存在堵塞現(xiàn)象。

3 管線堵塞原因分析

技術(shù)人員針對液氨管線堵塞進(jìn)行原因分析，現(xiàn)場拆開氨壓縮機(jī)入口分離器現(xiàn)場液位計(jì)進(jìn)行分析判斷，液氨中有硫化氫味道，同時(shí)檢查低溫甲醇洗工序氨冷卻器遠(yuǎn)傳液位計(jì)，有白色結(jié)晶物，在空氣中較快分解，同時(shí)液位計(jì)顯示硫化氫濃度為14 mg/m3，之前檢查未發(fā)現(xiàn)硫化氫味道，氨冷卻器中只有來自富甲醇氨冷器E04204與硫化氫餾分氨冷器E04213中的氨與含硫介質(zhì)，富甲醇氨冷器E04204換熱效果溫差良好，硫化氫餾分氨冷器E04213換熱效果從-30℃升至約27.7℃，原來判斷是內(nèi)部列管因2020年系統(tǒng)進(jìn)氨清理不完全所導(dǎo)致，目前通過液位計(jì)以及氨分離罐判斷E04213發(fā)生輕微泄漏。通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，判斷泄漏量對目前運(yùn)行的影響在可接受范圍內(nèi)，制定低溫甲醇洗氨冷卻器和氨壓縮機(jī)操作特護(hù)方案。

氨冷器泄漏后，凈化氣中的硫化氫和二氧化碳等酸性物質(zhì)及微小結(jié)晶顆粒會(huì)隨著氣氨管線進(jìn)入到氨冷凍系統(tǒng)，最終進(jìn)入氨罐，導(dǎo)致氨品質(zhì)變差。同時(shí)降低品質(zhì)的液氨又被反送回至氨冷器內(nèi)，為氨冷器提供冷源，液氨中的雜質(zhì)就會(huì)在氨冷器底部沉積，形成厚厚的一層泥狀物質(zhì)，造成氨冷器主控和現(xiàn)場液位計(jì)頻繁堵塞，無法正確指示、控制，進(jìn)而影響溫度和液位調(diào)節(jié)，二氧化碳和甲醇也會(huì)與氨反應(yīng)直接生成碳銨和甲胺等，在低溫下以結(jié)晶形式存在，堵塞氣氨入口通道，影響氨冷器揮發(fā)和氨壓機(jī)運(yùn)行。同時(shí)硫化氫泄漏后在管板表面形成進(jìn)一步電化學(xué)腐蝕，加速對氨冷器管板焊肉腐蝕，使泄漏情況逐步嚴(yán)重。

4 氨冷卻器泄漏對系統(tǒng)運(yùn)行的危害

氨冷器泄漏后，造成工況波動(dòng)，影響到凈化系統(tǒng)和氨壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，迫使裝置不得不降低負(fù)荷，甚至被迫停車。

4.1 對低溫甲醇洗裝置運(yùn)行的危害

氨冷器液位控制不準(zhǔn)，提供冷量不能保證，氨壓縮機(jī)作功能力下降， 最終造成凈化系統(tǒng)冷量供給明顯不足，進(jìn)而造成凈化氣中攜帶的硫化氫和二氧化碳脫除效果下降，凈化氣中硫化氫和二氧化碳含量升高，會(huì)導(dǎo)致下一單元液氮洗分子篩吸附超負(fù)荷，出口微量超標(biāo)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成液氮洗冷箱壓差增加并堵塞， 裝置負(fù)荷不得不一降再降， 最后被迫停車。

4.2 對氨壓縮機(jī)的危害

氨冷器內(nèi)漏后使帶有雜質(zhì)的氣氨進(jìn)入氨壓縮機(jī)入口，雜質(zhì)和氣氨反應(yīng)生成的結(jié)晶長時(shí)間運(yùn)行積累，會(huì)造成壓縮機(jī)入口過濾器堵塞，氣氨管線結(jié)晶附著，難以清除，氨壓縮機(jī)不得不降低負(fù)荷，運(yùn)行消耗增加，同時(shí)縮短干氣密封的使用壽命，大大增加壓縮機(jī)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

5 換熱器泄漏后采取應(yīng)對措施

5.1 停車、檢修、沖洗

7月20日進(jìn)行系統(tǒng)停車檢修，將低溫甲醇洗熱再生系統(tǒng)再生完畢后通入氮?dú)膺M(jìn)行置換。置換合格后對E04213管程酸性氣側(cè)進(jìn)行泄壓、隔離、拆封頭。對氨側(cè)進(jìn)行系統(tǒng)置換，換熱器氨側(cè)進(jìn)出口增加盲板，對換熱器殼層進(jìn)行熱水沖洗。將氨冷器主控液位計(jì)氣、液相雙法蘭拆下，將提前準(zhǔn)備好的熱除鹽水接至主控液位計(jì)氣相口，沖洗結(jié)晶；同時(shí)用消防水接至主控液位計(jì)液相口，一同沖洗。將排氨管線球閥打開沖洗結(jié)晶。沖洗后對換熱器進(jìn)行抽芯，徹底沖洗殼層。

5.2 管板試漏、漏點(diǎn)消除

在工裝加裝完畢后，對氨冷器管板進(jìn)行查漏，將低壓氮?dú)饽z管接至氨冷器排液導(dǎo)淋，對殼層進(jìn)行充壓氣密試漏，發(fā)現(xiàn)9處漏點(diǎn)，直至漏點(diǎn)全部消除。通過主控液位計(jì)脫開處對換熱器進(jìn)行泄壓，泄壓結(jié)束后通入氮?dú)?，保持微正壓，對漏點(diǎn)進(jìn)行焊接處理。焊接結(jié)束后充壓再做0.4MPa查漏，無漏點(diǎn)后進(jìn)行工裝拆除、換熱器沖洗、回裝封頭、抽盲板、換熱器置換、充壓、氣密。此外，為了防止開車期間換熱器又發(fā)生泄漏，將換熱器酸性氣管線進(jìn)出口增加閥門，便于切除換熱器。

5.3 氨壓縮機(jī)管線疏通

停車檢修期間對氨壓縮機(jī)入口分離罐至儲氨罐管線、液氨泵、液氨泵逆循環(huán)管線進(jìn)行徹底檢查、清理、疏通、置換，同時(shí)對氨壓縮機(jī)入口液氨泵過濾器進(jìn)行檢查，確認(rèn)所有管線暢通，無堵塞物后恢復(fù)。

5.4 換熱器切除、換芯、投用

8月2日系統(tǒng)開車，按照要求投用硫化氫餾分氨冷器，整個(gè)熱再生系統(tǒng)運(yùn)行正常，氨冷器溫差無明顯變化。8月16日氨壓機(jī)入口分離罐液位又發(fā)生了上漲現(xiàn)象，判斷管線又發(fā)生了堵塞現(xiàn)象，問題沒有得到徹底解決。技術(shù)人員決定對換熱器進(jìn)行切除，緊急購買管束，對換熱器管束進(jìn)行更換。9月15日對換熱器新管束進(jìn)行了更換。重新投用，換熱器溫差正常，氨壓縮機(jī)入口分離罐液氨管線未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，成功消除了換熱器內(nèi)漏帶來的運(yùn)行隱患。

6 結(jié)語

此次事故是比較典型的設(shè)備內(nèi)漏對系統(tǒng)產(chǎn)生影響的案例。事故處理經(jīng)驗(yàn)證明，氨冷器內(nèi)漏前期可通過間斷排出碳銨的方式維持裝置運(yùn)行，但不是徹底解決問題的辦法，必要時(shí)需及時(shí)停車處理，將問題解決在初期。在實(shí)際運(yùn)行過程中，設(shè)備內(nèi)漏的情況還有很多，在平時(shí)工作中要加強(qiáng)技術(shù)管理，注重指標(biāo)是否偏離，發(fā)現(xiàn)指標(biāo)異常應(yīng)及時(shí)分析原因，針對原因采取有效措施，將裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)降至最低，保障裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。