朱 鑫

（河南晉開化工投資控股集團有限責(zé)任公司，河南開封 475000）

河南晉開化工投資控股集團有限責(zé)任公司（簡稱晉開集團）二分公司1200kt／a總氨項目（2×600kt／a合成氨裝置，2套裝置工藝路線完全相同）包括氣化 （4臺航天爐）、變換、低溫甲醇洗及液氮洗、氨合成 （含4臺合成氣壓縮機、4臺冰機，由陜鼓動力提供壓縮機及其附件，由錦化機提供驅(qū)動汽輪機）等工序。2012年11月一期合成氨裝置 （簡稱一期裝置，相應(yīng)的氨合成系統(tǒng)簡稱為一期系統(tǒng)）開始投料試車，2013年7月二期合成氨裝置 （簡稱二期裝置，相應(yīng)的氨合成系統(tǒng)簡稱為二期系統(tǒng)）開始投料試車，均一次試車成功，產(chǎn)出合格液氨產(chǎn)品；其中，氨合成工藝均采用瑞士卡薩利公司的專利技術(shù)工藝包，單期 （合成氨裝置）單塔 （氨合成塔）產(chǎn)能為600kt／a合成氨。

總體而言，2套合成氨裝置運行狀況較好，但實際生產(chǎn)中因外部因素影響，以及一、二期系統(tǒng)各自獨立運行的特點，氨合成系統(tǒng)及壓縮工段也曾出現(xiàn)過諸多影響裝置安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行的問題，以下重點介紹近5a來針對出現(xiàn)的問題對氨合成系統(tǒng)所進行的技術(shù)改造。

1 氨合成系統(tǒng)工藝流程簡介

來自合成氣壓縮機 （K-23111）循環(huán)段的合成氣，經(jīng)熱氣氣換熱器 （E-25203）殼程與從鍋爐給水預(yù)熱器 （E-25202）來的合成氣換熱后進入氨合成塔 （R-25201），入塔氣分為4路；溫度為438℃的出塔氣經(jīng)鍋爐給水預(yù)熱器 （E-25202）回收熱量后進入熱氣氣換熱器 （E-25203）管程換熱，再經(jīng)水冷器 （E-25204）冷卻至40℃進入冷氣氣換熱器 （E-25205）管程，在E-25205中與高壓氨分離器 （V-25201）來的冷氣換熱后依次進入一級氨冷器 （E-25206）、二級氨冷器 （E-25207）降溫，之后進入高壓氨分離器 （V-25201）進行氣液分離；分離出的液氨排至中壓氨分離器 （V-25202），循環(huán)氣則經(jīng)冷氣氣換熱器 （E-25205）回收冷量后進入合成氣壓縮機 （K-23111）循環(huán)段，進入下一輪循環(huán)。

中壓氨分離器 （V-25202）中的液氨經(jīng)質(zhì)量流量計計量后去氨加熱器 （E-25209）的管程換熱，通過熱氨調(diào)節(jié)閥A（L V-252013 A）控制去液氨倉庫球罐的流量；當(dāng)生產(chǎn)冷氨時，經(jīng)過質(zhì)量流量計量后的一部分液氨可通過冷氨調(diào)節(jié)閥B（L V-252013 B）控制去冰機大儲槽的流量，這部分液氨通過一級氨冷器 （E-25206）、二級氨冷器 （E-25207）送往低壓氨分離器 （V-25203）中解吸，然后液氨通過氨泵 （P-25201 A／S）送至液氨倉庫大儲槽，氣氨則去低溫甲醇洗冰機。中壓氨分離器 （V-25202）的大部分閃蒸氣在凈化氣總管處與凈化氣匯合后送入合成氣壓縮機一段進口。

氨冷器 （E-25206／E-25207）所需液氨由冷凍系統(tǒng)提供，液氨蒸發(fā)后形成的氣氨送回冷凍系統(tǒng)，形成閉路循環(huán)。

600kt／a合成氨裝置氨合成系統(tǒng)工藝流程簡圖見圖1。

圖1 600kt／a合成氨裝置氨合成系統(tǒng)工藝流程簡圖

2 改造措施

2.1 低壓氨分氣氨管線聯(lián)通

2.1.1 生產(chǎn)狀況

據(jù)卡薩利工藝包的設(shè)計，2臺低溫甲醇洗冰機匹配4臺氣化爐生產(chǎn)，但經(jīng)過對低溫甲醇洗冰機進行優(yōu)化調(diào)整，1臺低溫甲醇洗冰機已能匹配4臺氣化爐的生產(chǎn)負(fù)荷，如此能大幅降低生產(chǎn)消耗，有利于備機的檢修。但這種配備也存在一定的冷氨生產(chǎn)隱患，即若1＃低溫甲醇洗冰機運行，則二期系統(tǒng)冷氨泵無法投用，若2＃低溫甲醇洗冰機運行，則一期系統(tǒng)冷氨泵無法投用，若遇氨合成后工序大幅減量、裝車液氨量受控制、在運低溫甲醇洗冰機對應(yīng)的冷氨泵不能正常使用時，均需要開啟備用低溫甲醇洗冰機對應(yīng)的冷氨泵。

2.1.2 改造措施

經(jīng)分析，上述冷氨生產(chǎn)中的隱患只需解決低壓氨分氣氨壓力方面的問題，即增加一、二期低壓氨分氣氨聯(lián)通管線 （引至1＃、2＃低溫甲醇洗冰機一段進口氣液分離器切斷閥前，如圖2所示），當(dāng)需要開啟備用冰機對應(yīng)的冷氨泵時，打開氣氨管線聯(lián)通即可。經(jīng)申請變更工藝管線，于2014年6月實施了此項改造。

圖2 低壓氨分氣氨管線聯(lián)通示意圖

2.1.3 改造效果

改造后，一、二期系統(tǒng)4臺冷氨泵不受任何一臺低溫甲醇洗冰機運行狀況的影響。曾出現(xiàn)后工序尿素裝置減產(chǎn)，富余大量液氨急需冷氨的工況，此時只有1＃低溫甲醇洗冰機運行，于是4臺冷氨泵全開，從而避免了前工序減負(fù)荷，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)。

2.2 合成氣壓縮機增設(shè)新鮮氣聯(lián)通管線

2.2.1 生產(chǎn)狀況

原設(shè)計方案中，一、二期系統(tǒng)獨立運行，互不干擾，當(dāng)其中一套氨合成系統(tǒng)前工序出現(xiàn)故障時，對應(yīng)的氨合成工序需停車封塔處理。生產(chǎn)中，公司采用2臺合成氣壓縮機對應(yīng)1套氨合成系統(tǒng)的配置，有時候由于前工序的負(fù)荷與合成氣壓縮機的負(fù)荷并不匹配，會導(dǎo)致合成氣壓縮機頻繁地開停，影響一、二期系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.2.2 改造措施

在一期裝置合成氣壓縮機總進氣管和二期裝置合成氣壓縮機總進氣管之間增設(shè)D N 200管線予以聯(lián)通，以有效解決前工序負(fù)荷的分配問題，保證一、二期裝置合成氣壓縮機的運行不受（一期裝置或二期裝置）前工序開停車的影響，負(fù)荷可自由切換和調(diào)配。經(jīng)申請變更工藝管線，于2013年12月實施了此項改造。

2.2.3 改造效果

自2013年12月改造完成至今，此D N 200聯(lián)通管線保持常開狀態(tài)，遇一期裝置前工序斷氣源時，二期裝置氣源可供一期裝置合成氣壓縮機低負(fù)荷運行 （之前遇到此類情況一期裝置合成氣壓縮機及其后工序必須停車）；二期裝置前工序斷氣源時，一期裝置氣源可供二期裝置合成氣壓縮機低負(fù)荷運行 （之前遇到此類情況二期裝置合成氣壓縮機及其后工序必須停車），從而有效避免了頻繁地開停機組等，節(jié)省了大量的人力、物力、財力。

2.3 冰機干氣密封放空管線改造

2.3.1 生產(chǎn)狀況

原工藝設(shè)計中，1＃、2＃、3＃、4＃冰機干氣密封放空氣排至火炬管網(wǎng)，運行中有一定的安全隱患，比如逢其余車間緊急放空、事故跳車、火炬管網(wǎng)帶水阻力增大等，均會導(dǎo)致一級密封氣和火炬管網(wǎng)壓差減小，而4臺冰機均有一級密封氣與火炬管網(wǎng)壓差聯(lián)鎖，極易因火炬管網(wǎng)因素而導(dǎo)致冰機聯(lián)鎖跳車；同時，由于火炬管網(wǎng)壓力方面的因素，開車時干氣密封啟機條件不易具備。

2.3.2 改造措施

1＃冰機干氣密封放空氣及二段進口氣液分離器手動放空，2＃冰機干氣密封放空氣及二段進口氣液分離器手動放空，3＃、4＃冰機干氣密封放空氣均接管至氨回收系統(tǒng) （如圖3所示）。經(jīng)申請變更工藝管線，于2014年3月實施了此項改造。

2.3.3 改造效果

改造后，有效避免了因火炬管網(wǎng)壓力突增導(dǎo)致一級密封氣和火炬管網(wǎng)壓差減小而觸發(fā)冰機聯(lián)鎖跳車；解決了停車后1＃、2＃冰機缸內(nèi)置換的排放問題；減少了廠房西側(cè)放空氣排放，減輕了對周邊環(huán)境的污染，環(huán)保效益巨大；3＃、4＃冰機干氣密封放空氣接管至氨回收系統(tǒng)，回收了大量放空氣 （氣氨），增加了氨水產(chǎn)量。

圖3 冰機干氣密封放空管線改造示意圖

2.4 合成氣壓縮機汽封漏汽冷凝液回收

2.4.1 生產(chǎn)狀況

合成車間4臺合成氣壓縮機都設(shè)置有汽封抽汽器，主要任務(wù)是回收汽輪機軸封漏汽并予以冷卻，冷卻后形成的冷凝液排至地溝。4臺合成氣壓縮機穩(wěn)定運行時其驅(qū)動汽輪機需投用汽封蒸汽，汽封蒸汽為調(diào)節(jié)氣閥漏汽，當(dāng)調(diào)節(jié)氣閥漏汽壓力過高、汽封用汽富余時，多余的蒸汽被汽封抽汽器抽走并冷凝，保守估計4臺合成氣壓縮機軸封漏汽約6t／h，此部分冷凝液直接排至廠房地溝，造成嚴(yán)重浪費，而廠房油污中含氨物質(zhì)較多，一旦混雜冷凝液流入外排水管網(wǎng)，會造成外排水管網(wǎng)污染。

2.4.2 改造措施

合成車間從環(huán)保及降本增效方面考慮，決定對汽封漏汽冷凝液予以回收，將其回收至冷凝液管網(wǎng)或用作氨回收系統(tǒng)吸收液。此技改項目共設(shè)置2m3收集罐2臺、管道泵1臺，所集冷凝液送至蒸汽冷凝液管網(wǎng)；另設(shè)置冷凝液外送旁路，利用汽輪機組表冷器負(fù)壓將冷凝液自動回吸至表冷器，再隨表冷器內(nèi)蒸汽冷凝液經(jīng)冷凝液泵送至外管網(wǎng)。經(jīng)申請變更工藝管線，于2015年6月實施了此項改造。

2.4.3 改造效果

改造后，合成氣壓縮機汽封漏汽冷凝液得到回收利用，年可節(jié)約脫鹽水43200t，脫鹽水價格按4元／t計，1a可節(jié)省脫鹽水費用17.28萬元，有效節(jié)約了水資源，同時改善了廠容廠貌（保證廠房衛(wèi)生整潔），消除了外排水管網(wǎng)污染的隱患。

2.5 冰機中間儲槽液氨壓送管路改造

2.5.1 生產(chǎn)狀況

合成車間4臺冰機都設(shè)置有中間儲槽，主要負(fù)責(zé)收集各氣液分離器分離出的液氨，其液氨來源有以下幾部分。

（1）低溫甲醇洗冰機進口氣液分離器來的液氨。主要源自凈化車間及空分車間氨冷器帶液，特別是凈化車間的氨冷器，加減負(fù)荷、系統(tǒng)開停車時帶液尤甚，出現(xiàn)過凈化車間氨冷器帶液導(dǎo)致低溫甲醇洗冰機聯(lián)鎖跳車的事故；其余源自噴氨閥和低壓氨分。

（2）氨合成冰機進口氣液分離器來的液氨。主要源自合成氨冷器，特別是當(dāng)氨合成系統(tǒng)液氨純度不高時，由于液氨與水沸點不同，極易導(dǎo)致暴沸而帶液 （生產(chǎn)中已出現(xiàn)過很多次）。

上述氣液分離器來的液氨均由排氨閥排至中間儲槽，而后用屏蔽泵送至冷凝區(qū)液氨儲槽，這是設(shè)計院設(shè)計的工藝流程。但設(shè)計院設(shè)計時并未想到冰機進氣帶液會如此嚴(yán)重，且冷凝區(qū)液氨儲槽壓力較高，屏蔽泵需提高出口壓力至1.5MPa以上，而由于中間儲槽氣相連接低溫甲醇洗冰機一段，低溫甲醇洗冰機一段運行壓力80kPa，導(dǎo)致屏蔽泵進口汽蝕余量增大，故每次開啟屏蔽泵都需要關(guān)閉冰機一段氣相閥而用冰機二段氣相充壓，屏蔽泵冷泵排氣提壓需耗用較長時間，加之屏蔽泵外送流量較小，中間儲槽中3m3左右的液氨排氨至少需要40min，嚴(yán)重影響冰機的穩(wěn)定運行。

2.5.2 改造措施

屏蔽泵開泵時間長、外送量小，冷泵排氣提壓危險性高且不易操作，不能滿足緊急情況下生產(chǎn)所需，從快速、節(jié)能、安全的角度考慮，有必要對中間儲槽液氨壓送管路進行改造。為此，合成車間考慮不采用屏蔽泵排氨至冷凝區(qū)液氨儲槽，而采用壓氨管線將一、二期裝置冷氨總管來液氨送至常壓儲槽，只需用冰機二段氣相提高中間儲槽壓力至0.4MPa即可快速壓氨至常壓儲罐，如此排氨速度快，既節(jié)省人力物力，又安全便捷。經(jīng)申請變更工藝管線，于2015年10月實施了此項改造。

2.5.3 改造效果

此次壓氨管線改造后 （原屏蔽泵已挪作它用），免去了屏蔽泵排氣、冷泵、提壓等諸多步驟，減少了現(xiàn)場氣氨排放，節(jié)省電機耗電，能快速處理冰機進氣帶液的問題。

2.6 壓縮機組軸封蒸汽管網(wǎng)改造

2.6.1 生產(chǎn)狀況

合成車間現(xiàn)有8臺壓縮機組 （4臺合成氣壓縮機、4臺冰機），壓縮機組汽封采用1.5MPa蒸汽，實際生產(chǎn)中主要存在以下方面的問題。

（1）1.5MPa蒸汽管網(wǎng)處于公司蒸汽管網(wǎng)中后段，蒸汽壓力較低、品質(zhì)較差。若蒸汽壓力、溫度較低，會造成汽封帶水，導(dǎo)致汽輪機軸振動，影響機組的穩(wěn)定運行；而如果蒸汽品質(zhì)差，合成氣壓縮機汽封抽汽器會消耗過多的蒸汽，產(chǎn)生過多的冷凝液而形成浪費，且會引起汽輪機真空度降低。

（2）1.5MPa蒸汽管網(wǎng)存在斷汽的風(fēng)險，一旦中斷有造成機組跳車的風(fēng)險。

2.6.2 改造措施

公司3.8MPa蒸汽管網(wǎng)供汽壓力、品質(zhì)較穩(wěn)定，若將其用作冰機汽封和合成氣壓縮機抽汽器汽源可解決上述問題。為此，合成車間考慮增加2條3.8MPa串1.5MPa蒸汽聯(lián)通管線 （如圖4所示）。經(jīng)申請變更工藝管線，于2014年12月實施了此項改造。

圖4 壓縮機組軸封蒸汽管網(wǎng)聯(lián)通示意圖

2.6.3 改造效果

（1）汽封蒸汽品質(zhì)提高后，節(jié)省了汽封抽汽器的蒸汽用量，減少了蒸汽消耗和開車暖管階段的疏水排放，有效提高了汽輪機的真空度，節(jié)省了更多的動力蒸汽。

（2）機組汽封處于雙保險狀態(tài)，有效避免了1.5MPa蒸汽中斷而造成機組跳車的風(fēng)險。

3 結(jié)束語

晉開集團1200kt／a總氨項目投產(chǎn)以來，通過實施上述改造，一期系統(tǒng)與二期系統(tǒng)緊密地聯(lián)系在了一起，部分生產(chǎn)負(fù)荷可以在合成車間內(nèi)部自由調(diào)配；一、二期裝置低壓氨分氣氨管線聯(lián)通實現(xiàn)了大流量液氨輸送，避免了系統(tǒng)減量；合成氣壓縮機一段進口增設(shè)新鮮氣聯(lián)通管線實現(xiàn)了一期系統(tǒng)與二期系統(tǒng)的自由切換和氣量調(diào)配；而冰機干氣密封放空管線改造、合成氣壓縮機汽封漏汽冷凝液回收、冰機中間儲槽液氨壓送管路改造、壓縮機組軸封蒸汽管網(wǎng)改造等，則大大提高了氨合成系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，減少了人力成本，消除了部分三廢排放。簡言之，一系列技改措施的落實保證了合成氨裝置的穩(wěn)定、連續(xù)、高效運行。