黃 靜，曾曉軍

(中國石油化工股份有限公司湖北化肥分公司, 湖北枝江 443200)

某公司合成氨裝置始建于20世紀(jì)70年代，采用美國凱洛格工藝[1]，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為1 000 t/d。2006年5月該公司與上海國際化建工程咨詢公司合作完成氨合成回路增產(chǎn)節(jié)能改造工作[2]，由原來的塔前分離工藝改為塔后分離工藝，使合成回路產(chǎn)能增大至1 200 t/d，提高了產(chǎn)品液氨的生產(chǎn)能力[3]。2021年，在單產(chǎn)合成氨模式下，該公司產(chǎn)能可以達(dá)到1 100～1 150 t/d。

液氨充裝站[4]作為合成氨裝置的重要組成單元，2臺(tái)液氨輸送泵(共有4臺(tái)液氨輸送泵，其中2臺(tái)運(yùn)行，2臺(tái)備用)與3條液氨充裝線同時(shí)運(yùn)行，設(shè)計(jì)最大輸送質(zhì)量流量為92 t/h。通過對(duì)3條液氨充裝線輸送質(zhì)量流量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，測(cè)得最大有效質(zhì)量流量為90 t/h，僅能達(dá)到設(shè)計(jì)值的97.82%，且有效充裝時(shí)間在15 h左右，無法滿足單產(chǎn)合成氨的液氨充裝效率。此外，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，3條液氨充裝線裝車鶴管流速不符合GB/T 51246—2017 《石油化工液體物料鐵路裝卸車設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)及隱患。

針對(duì)目前存在液氨充裝能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求及充裝流速無法滿足規(guī)范要求的問題，對(duì)原液氨充裝流程進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以提升液氨充裝能力及充裝效率。

1 液氨充裝流程

2臺(tái)液氨輸送泵分別由現(xiàn)場(chǎng)配電室和中控集散控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)變頻來控制液氨充裝壓力，經(jīng)液氨加熱器和液氨加熱器A加熱后，進(jìn)入液氨充裝總管(DN100)。液氨充裝時(shí)，液氨經(jīng)總管壓力調(diào)節(jié)閥后分兩路：一路進(jìn)入3#液氨充裝總管，通過DN100變徑為DN50進(jìn)入3#裝車鶴管；另一路通過DN100分為兩路(DN100)后再變徑為DN50，分別進(jìn)入1#、2#裝車鶴管。原液氨充裝流程見圖1。

2 存在的問題

2.1 液氨充裝能力無法達(dá)到設(shè)計(jì)值

按液氨輸送泵和液氨輸送泵A的設(shè)計(jì)體積流量(68 m3/h)進(jìn)行測(cè)算，2臺(tái)液氨輸送泵的最大輸送質(zhì)量流量為92 t/h(設(shè)計(jì)值)。在3條液氨充裝線同時(shí)充裝的條件下，分別對(duì)1#、2#、3#裝車鶴管的質(zhì)量流量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)分2種情況進(jìn)行。

2.1.1 情況1

關(guān)閉液氨輸送泵及液氨輸送泵A的出口返回閥及液氨加熱器A的熱返回閥進(jìn)行實(shí)測(cè)。3條液氨充裝線的充裝總質(zhì)量流量為90 t/h，達(dá)到設(shè)計(jì)值的97.82%。其中1#、2#、3#裝車鶴管的質(zhì)量流量分別為25 t/h、 28 t/h 、37 t/h。

2.1.2 情況2

在液氨輸送泵及液氨輸送泵A的出口返回閥及液氨加熱器A的熱返回閥正常操作開度條件下進(jìn)行實(shí)測(cè)。3條液氨充裝線的充裝總質(zhì)量流量為88 t/h，達(dá)到設(shè)計(jì)值的96.65%。其中1#、2#、3#裝車鶴管的質(zhì)量流量分別為25 t/h、30 t/h、33 t/h。

2.2 液氨充裝流速無法滿足規(guī)范要求

依據(jù)GB/T 51246—2017的規(guī)定：甲A類及液氨等液體物料裝卸車總管道的介質(zhì)流速應(yīng)不大于4.5 m/s；小鶴管出口流速不得大于7 m/s。在保證現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)質(zhì)量流量為88 t/h的充裝能力下，計(jì)算得出液氨輸送泵和液氨輸送泵A的出口總管流速為4.99 m/s,1#裝車鶴管流速為5.67 m/s，2#裝車鶴管流速為6.80 m/s, 3#裝車鶴管流速為7.48 m/s。總管流速和3#裝車鶴管流速均大于規(guī)定，無法滿足GB/T 51246—2017要求。

2.3 充裝時(shí)間不夠影響裝車效率

規(guī)定充裝時(shí)間為每天06:00：00—24:00：00，目前最大有效充裝時(shí)間為15 h。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在充裝時(shí)間、管道流速均滿足GB/T 51246—2017要求的條件下，充裝最大質(zhì)量流量為1 200 t/d；計(jì)算出3條液氨充裝線的充裝總質(zhì)量流量最大為80 t/h, 僅為2臺(tái)液氨輸送泵設(shè)計(jì)總量的86.95%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。若延長充裝時(shí)間，會(huì)嚴(yán)重影響裝車效率，影響客戶的滿意度。

3 優(yōu)化改造及效果

通過對(duì)現(xiàn)有充裝能力的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，在原充裝流程下，暫不考慮總管流速及小鶴管流速，3條液氨充裝線的最大充裝能力可以達(dá)到設(shè)計(jì)值的97.82%，無法滿足設(shè)計(jì)能力的要求，且充裝流速過快也存在一定的安全隱患。在滿足GB/T 51246—2017要求的流速下，3條液氨充裝線的充裝能力僅能達(dá)到設(shè)計(jì)值的86.95%，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。綜上所述，在現(xiàn)有設(shè)備條件、運(yùn)行模式下，充裝總能力無優(yōu)化空間，延時(shí)充裝會(huì)影響裝車效率和客戶滿意度，因此只能通過優(yōu)化液氨充裝管網(wǎng)設(shè)計(jì)，擴(kuò)大充裝總管來達(dá)到提升液氨充裝能力的目的。

由于部分管線流速達(dá)到相關(guān)規(guī)范控制指標(biāo)，且存在3條液氨充裝線充裝能力不均衡問題，在不增加充裝鶴位的情況下，通過改變總管直徑、優(yōu)化管道走向及優(yōu)化充裝線來實(shí)現(xiàn)液氨充裝流程優(yōu)化改造，可以適當(dāng)提升液氨充裝能力。

優(yōu)化后的液氨充裝流程見圖2。

對(duì)比圖2和圖1可以看出，優(yōu)化路徑有2點(diǎn)：(1) 將4臺(tái)液氨輸送泵出口總管的管徑由DN100改為DN150，通過增大總管直徑來提高充裝流量，并優(yōu)化管道走向，減少管件(如彎頭)從而減少管道壓降；(2) 將1#、2#、3#液氨充裝線單獨(dú)與液氨加熱器A出口總管相接，同時(shí)將1#充裝線鶴位及鶴管管路進(jìn)行局部優(yōu)化，減少阻力。

優(yōu)化改造后，3條液氨充裝線的充裝速度相當(dāng)，在正常充裝能力下，液氨充裝總管流速達(dá)到2.27 m/s，小鶴管流速達(dá)到6.80 m/s，滿足GB/T 51246—2017中液體物料裝卸車總管道的介質(zhì)流速不大于4.5 m/s、小鶴管出口流速不得大于7 m/s的要求。

4 結(jié)語

通過優(yōu)化液氨充裝流程，改變管徑，優(yōu)化管道走向及充裝線，既保證了充裝能力及充裝效率，又滿足了充裝規(guī)范對(duì)流速的要求，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)提升了客戶滿意度，為公司產(chǎn)品銷售打下了良好的品牌基礎(chǔ)。