曹 磊，徐 迅

（浙江晉巨化工公司，浙江衢州324004）

如何提高氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)運(yùn)行效率

曹 磊，徐 迅

（浙江晉巨化工公司，浙江衢州324004）

氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)是合成氨生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，為氣體輸送或化學(xué)反應(yīng)提供動(dòng)力，氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)的運(yùn)行效率決定著氨合成過程中成本的主要因素。分析合成氨裝置運(yùn)行中，造成氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)打氣量低的原因，并采取相應(yīng)措施，提高氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)的打氣量，達(dá)到提高合成氨產(chǎn)量的目的。

水封改造；低位熱能；提壓降溫；節(jié)能

1 引言

氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)在向大型、節(jié)能、提高產(chǎn)品的可靠性和運(yùn)行效率、降低能耗、改進(jìn)生產(chǎn)工藝方法等方面發(fā)展。隨著氮肥行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，用戶對(duì)壓縮機(jī)的能量消耗、效率更加關(guān)心。我公司從2008年節(jié)能降耗改造以來，氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)的規(guī)模和能力有了提升。

高壓機(jī)的運(yùn)行效率主要與一段進(jìn)口的壓力、溫度和高壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期有直接關(guān)系。

2 技術(shù)改造方案

2.1 提高煤氣進(jìn)口總管壓力

經(jīng)過指標(biāo)調(diào)整后，高壓機(jī)一進(jìn)總管壓力由原4.0～8.5 kPa調(diào)整到5～13 kPa，實(shí)際由于管道阻力和吸氣量影響，6M50進(jìn)口壓力12.0 kPa左右。

根據(jù)廠家提供的計(jì)算書，高壓機(jī)進(jìn)口壓力在12 kPa下，壓縮機(jī)軸功率為4767.93 kW，電機(jī)功率4911～5483 kW。如果6M50進(jìn)口壓力控制在10～10.5 kPa，電機(jī)功率可控制在5000 kW以內(nèi)，目前電機(jī)的額定功率為5000 kW，能夠滿足。

2.2 通過改造降低煤氣進(jìn)口溫度

6M50壓縮機(jī)4、5、6段水冷器上段余熱的回收改造，壓縮機(jī)4、5、6段排氣溫度達(dá)到150℃，通過水冷器上排換熱改造，換熱獲得85～90℃熱水供應(yīng)低位熱能裝置使用，通過溴化鋰機(jī)組，冷卻水來冷卻壓縮機(jī)一段進(jìn)口煤氣溫度，以提高壓縮機(jī)的打氣量。

3 改造的關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 高壓機(jī)進(jìn)口一進(jìn)水封改造

（1）經(jīng)測(cè)算，一進(jìn)壓力以13 kPa為基數(shù)，每升高1 kPa，一進(jìn)氣量約增加600 m3/h。

（2）提高高壓機(jī)進(jìn)口壓力（最高至14 kPa），以保證一進(jìn)溫度升高時(shí)打氣量不隨之下降。根據(jù)高壓機(jī)進(jìn)口氣體溫度設(shè)置一進(jìn)壓力指標(biāo)，使打氣量既不下降，同時(shí)高壓機(jī)也不超負(fù)荷運(yùn)行。

3.2 通過低位熱能的熱源改造

（1）利用了壓縮機(jī)段間熱水，夏季熱水外排，冬季熱水回收。既滿足了低位熱能機(jī)組的熱源問題，也解決了現(xiàn)有循環(huán)水裝置熱負(fù)荷過高問題。

（2）通過原有的管路進(jìn)行技改，不增加設(shè)備及動(dòng)力消耗，主要需增加高壓機(jī)去機(jī)組熱水管道，單臺(tái)壓縮機(jī)4、5段水冷器上排熱水出口管，新安裝管線約130 m，一次底漆和保溫及安裝等費(fèi)用控制在10萬元以內(nèi)。實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)5、6段熱水兩路接收，避免因低位熱能裝置熱源需要，而對(duì)影響水冷換熱效率，影響壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行及后系統(tǒng)打氣量平衡問題。

（3）由于熱水經(jīng)過機(jī)組后，溫度還有70℃，當(dāng)氣溫較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致合成循環(huán)水系統(tǒng)蒸發(fā)散熱負(fù)荷增加。車間通過外排這部分熱水，可以降低循環(huán)水進(jìn)水溫度，以實(shí)現(xiàn)節(jié)水，生產(chǎn)控本降耗。

由于機(jī)組設(shè)計(jì)的熱源采用低品位熱水（85～90℃）作為熱源，如將熱水型機(jī)組改為蒸汽型機(jī)組，需要機(jī)組拆卸返廠改造。通過改造發(fā)生器和加裝冷凝水分離器，改造費(fèi)用預(yù)計(jì)在30～50萬元，占該機(jī)組投資的50%，本次改造，減少了設(shè)備返廠改造的投資費(fèi)用。

本次利用高壓機(jī)5、6段水冷器熱源改造后，未增加動(dòng)力消耗；機(jī)組熱水進(jìn)口溫度可以維持在80～85℃，冷水溫差在3～4℃。高壓機(jī)煤氣進(jìn)口溫度在25～26℃以下，可以滿足項(xiàng)目改造目標(biāo)。

低位熱能裝置在高溫季節(jié)使用后，可以降低高壓機(jī)由于一段進(jìn)氣溫度高，引起的2、3段出口溫度超標(biāo)問題：一方面可以延長(zhǎng)氣閥的使用壽命，避免油污在氣閥閥片上由于高溫結(jié)垢的問題；另外一方面，可減輕循環(huán)水系統(tǒng)的熱量負(fù)荷，降低循環(huán)水溫度。經(jīng)過測(cè)算高壓機(jī)二出溫度在一進(jìn)溫度在25℃以上時(shí)，2段、3段出口溫度均有上升4～5℃，對(duì)整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的溫升也會(huì)影響2℃以上，造成合成的水冷器、冰機(jī)冷凝器的冷卻水溫度高，改用清江水。

4 提高壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率

4.1 壓縮機(jī)氣閥攻關(guān)改造

根據(jù)我車間統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：車間共計(jì)13臺(tái)高壓壓縮機(jī)，2007年到2008年間，其中因連桿大頭瓦磨損引起高壓機(jī)振動(dòng)停車占9%；因活塞環(huán)磨損，打氣量下降停車占5%；因活塞桿斷裂停車1%；因水冷氣效果差停車占5%；因填料漏氣嚴(yán)重停車7%；其他零件磨損占23%；因氣閥失效停車占50%。平均使用壽命為3周。

通過分析，影響氣閥壽命的因素有：閥片、彈簧、開啟高度、氣量的大小及每段氣缸油水分離器的效果。

原因分析后，將氣閥的彈簧加粗，彈簧力增加，彈簧的材質(zhì)提高。將改造后的氣閥投入生產(chǎn)，氣閥使用壽命大大提高。

在后續(xù)慢慢摸索中，發(fā)現(xiàn)氣閥的開啟高度對(duì)氣閥的壽命印象也較大，通過分析，氣閥的開啟高度越高，氣閥回座密封時(shí)被氣缸內(nèi)碳渣等卡住的概率越大。起初，開啟高度有檢修指標(biāo)3.5～4 mm，氣閥的開啟高度影響壓縮比及氣量，但仔細(xì)分析，壓縮比主要影響因素在于活塞與氣缸的余隙，及氣閥在氣缸內(nèi)安裝時(shí)靠近活塞端的距離來說印象較?。徊⑶?，二出氣閥數(shù)量較多（其它二出氣閥開啟高度不變），我們把氣閥的開啟高度放在3～3.5之間，取最小。這樣以來大大提高了氣閥壽命，現(xiàn)在使用壽命超過半年，部分超過9個(gè)月。

氣閥改造后推廣：2010年我車間新上2臺(tái)6M50高壓機(jī)，2012年增加一臺(tái)6M50壓縮機(jī)，氣閥從開車起，3段氣閥閥片就是斷裂，3天氣閥就失效。我們將氣閥彈簧孔的分布形式進(jìn)行改進(jìn)，并增加2只定位銷，現(xiàn)在使用壽命超過半年以上。

4.2 做好雙包機(jī)制

為了使壓縮機(jī)長(zhǎng)周期，滿負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)率高而降低能耗，注重抓緊平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)工作，堅(jiān)持雙包機(jī)制。壓縮機(jī)操作人員的職責(zé)主要是按規(guī)定指標(biāo)嚴(yán)格操作，保持各摩擦部位有良好的潤(rùn)滑和冷卻條件，根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)情況和各段壓力變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和判斷故障，與有關(guān)人員迅速加以處理。維修包機(jī)工每天上崗巡回檢查，發(fā)現(xiàn)故障隱患及時(shí)處理，防患于未然。

4.3 實(shí)行計(jì)劃?rùn)z修制

壓縮機(jī)要做到計(jì)劃?rùn)z修，每月一小修，每年一大修，無故障也要計(jì)劃性檢修。如氣閥、活塞環(huán)易壞，漏氣，則降低了設(shè)備的效率，從而增加了電耗。因此，對(duì)于壓縮機(jī)這些部位要重點(diǎn)加強(qiáng)檢修和記錄，每個(gè)月小修期間計(jì)劃性的對(duì)于各段閥門進(jìn)行拆檢，開車前對(duì)于氣閥及壓蓋進(jìn)行試漏檢查。

5 具體改造內(nèi)容及實(shí)施過程

5.1 一進(jìn)安全水封和隔離水封加高

2013年3月，通過現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)和測(cè)量，將#1～7高壓機(jī)一進(jìn)隔離水封高度分別從1300 mm加高至1500 mm，在一進(jìn)總管壓力在13 kPa下，可以提壓生產(chǎn)條件。

5.2 修改高壓機(jī)一段進(jìn)口總管壓力控制指標(biāo)

2013年4～12月，通過理論計(jì)算和生產(chǎn)廠家對(duì)接，根據(jù)現(xiàn)有壓縮機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)參數(shù)，進(jìn)行反復(fù)計(jì)算驗(yàn)證后，進(jìn)行嘗試提壓，分階段從8 kPa提壓至9 kPa、10 kPa、11 kPa、12 kPa、13 kPa，期間對(duì)于高壓機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，滿足壓縮機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)，各段平衡力及軸功率均在可控范圍內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

從氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)的一系列改造后的運(yùn)行狀況分析來看，效果是明顯的。

（1）6M50壓縮機(jī)經(jīng)一系列的改造優(yōu)化后的運(yùn)行狀況看，效果是明顯的，從開車的1個(gè)月運(yùn)行周期，到目前平均45天，最高60天的運(yùn)行周期有明顯提升，它的長(zhǎng)周期運(yùn)行，對(duì)我公司的節(jié)能降耗工作作出了較大貢獻(xiàn)；

（2）對(duì)于6M50的水封改造及一進(jìn)煤氣的提壓降溫后，壓縮機(jī)的氣量同比上升了500～1000 m3/h，壓縮機(jī)的能力提升，高壓機(jī)電耗下降10～15度/噸氨；

（3）解決了低位熱能裝置先天設(shè)計(jì)上的熱源不足問題，提高了煤氣的換熱效率溫度2℃。

［1］吳德榮.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化工工業(yè)出版社，2009：964-975.

［2］楊德林.大型合成氨裝置原料氣壓縮機(jī)的控制方案［J］.中氮肥，2012，6：47-48.

［3］董立新.往復(fù)壓縮機(jī)工藝管道振動(dòng)分析及消減措施［J］.壓縮機(jī)技術(shù)，2012，5：56-59.

［4］杵楊波.氫氮壓縮機(jī)改造為二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的開發(fā)利用［J］.中氮肥，2013，5：35-37.

22.儲(chǔ)氣罐應(yīng)安裝在氣源系統(tǒng)的什么部位?

答：氣源系統(tǒng)中，儲(chǔ)氣罐一般都安裝在后部冷卻器之后，這樣可防止油蒸汽和液態(tài)水在罐內(nèi)的聚集，以盡可能降低安全隱患和提高氣源其它設(shè)備的工作效果；另外，存儲(chǔ)在罐內(nèi)的空氣溫度較低也可以縮小本體容積。

在大部分場(chǎng)合，儲(chǔ)氣罐都安裝在干燥器的前面，以便利用儲(chǔ)氣罐具有的降溫除水和穩(wěn)壓作用，使干燥器的負(fù)荷得以降低，并且使進(jìn)入干燥器的空氣壓力比較穩(wěn)定，這對(duì)干燥器運(yùn)行是很有利的。

但儲(chǔ)氣罐安裝在干燥器前面也有如下缺點(diǎn)：若罐內(nèi)有大量冷凝水積聚，液態(tài)水會(huì)隨氣流進(jìn)入干燥器，增加其運(yùn)行負(fù)載。另外，儲(chǔ)氣罐內(nèi)壁若長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境極易生銹，這不僅會(huì)影響本體的使用壽命，而且銹蝕剝落物會(huì)隨氣流進(jìn)入下游設(shè)備造成諸多不利影響。為了避免上述情況的發(fā)生，對(duì)儲(chǔ)氣罐及時(shí)排污是非常重要的。

在與螺桿壓縮機(jī)等連續(xù)供氣設(shè)備連用時(shí)，儲(chǔ)氣罐可安裝在干燥器的后面，此時(shí)進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的空氣是干燥的，罐內(nèi)無凝結(jié)水產(chǎn)生，這就避免了前述的一些缺陷。但這樣的布置方式也有缺點(diǎn)：首先，干燥器的進(jìn)氣溫度接近于后部冷卻器的出口溫度，這比有儲(chǔ)氣罐作緩沖時(shí)要高許多，而且后部冷卻器出口氣流所攜帶的液態(tài)水有可能直接進(jìn)入干燥器，使其運(yùn)行負(fù)荷增加。另外氣流在通過干燥器、過濾器等凈化設(shè)備后，會(huì)產(chǎn)生較大的壓降，使進(jìn)入儲(chǔ)氣罐的空氣壓力降低。

由上所述，儲(chǔ)氣罐具體的安裝位置應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)比較各種因素確定。

Methods of Improving Operating Efficiency of Hydrogen Nitrogen Compressor

CAO Lei，XU Xun
（Zhejiang Jinju Chemical Co.，Ltd.，Quzhou 324004，China）

Hydrogen nitrogen compressor is one of the key equipments in synthetic ammonia production，which can provide power for gas pumping and chemical reaction，the operating efficiency of hydrogen nitrogen compressor is the main factor determining the cost of ammonia synthesis process.In this paper，the reason of causing low capacity of hydrogen nitrogen compressor in the process of synthetic ammonia unit operating is analyzed and the corresponding measure of increasing the capacity is adopted to achieve the purpose of improving the production of synthetic ammonia.

water seal transformation；low level heat；pressure increased and temperature lowered；energy-saving

TH45

B

1006-2971（2014）06-0030-03

曹磊（1982-），男，工程師，2004年畢業(yè)于武漢工程大學(xué)，現(xiàn)在浙江晉巨化工公司工作。E-m a i l：c l_0404198@z j j h g.c o m

2014-05-19