氨压缩机段间冷却器在线堵漏创新技术及运行评价

樊双新，邵 军

（河南煤化集团中原大化公司，河南 濮阳 457004）

1 概 述

河南中原大化有限责任公司年产300kt合成氨装置，是我国引进的具有上世纪八十年代国际先进水平的大型合成氨装置。它以天然气为原料，日产合成氨1 000t；采用UHDE－AMV低能耗工艺流程。在氨合成工序，混合气中氨与未反应的氮气、氢气的分离是采用普通冷冻的方法。据在温度相同、压力相同的条件下，气氨的液化温度比氮气、氢气都要高，更加容易冷冻下来这一特性，利用温度较低的液氨作为气氨的冷冻剂，将气氨冷凝，而后与未液化的氮气、氢气分离。这样一来，作为冷冻剂的液氨的温度，直接影响到合成工序混合气中气氨的含量；冷冻剂温度的增高，直接影响到合成塔入口的氨净值，增加了气氨分压，降低了合成塔的转化率。

2 冷冻回路工艺流程简介

我公司采用的氨压缩机装置为两级氨冷的冷冻循环，选用了2MCL528单缸两段离心式压缩机，由HG32／20背压式蒸汽透平（09MT01）驱动。来自第一氨冷器（08E005）的气氨和来自第二氨冷器（08E006）及气体冷却器（10E004）的气氨，分别进入氨压缩机（09K001）一段的吸入侧，经一段压缩入段间冷却器（09E005）冷却后再与从氨闪蒸槽（09D001）来的气氨汇合，于42℃、0.908MPa进入09K001的二段吸入侧，压缩至1.56MPa、100℃，经水冷器（09E002A／B），气氨液化为液氨，入氨收集器（09D002），然后流经换热器（09E003A／B）。氨闪蒸槽（09D001）及产品氨加热器（09E004）液氨与来自闪蒸槽（08D001）的冷氨进行换热，使之冷却减压降温，重新作为冷冻剂送往第一、二氨冷器（08E005、08E006）和气体冷却器（10E004）使用，构成冷冻循环回路（如图1所示）。

3 事故描述

作为氨压缩机（又称冰机）一段出口到二段入口之间的段间冷却器（09E005），是一套至关重要的换热设备。氨压缩机一段出口来的气氨入中间冷却器（09E005）冷却后再与从氨闪蒸槽（09D001）来的气氨汇合后进入09K001二段吸入侧。09E005换热效果的好坏，直接影响到氨压缩机二段入口温度。氨压缩机入口气氨温度增高，不但增加氨压缩机的功耗，而且使氨压缩机二段出口氨产品的温度也有所增高，降低氨压缩机的做功效率。我公司09E005采用的是浮头式换热器，气氨走壳程，循环水走管程。在今年设备开车运行正常以后，发现09E005入口温度T09004为64.9℃，出口温度T09007为59.7℃，进出口温差不大；背压式蒸汽透平（09MT01）的蒸汽消耗在138t／h左右，冷冻回路整体冷量不足，合成塔入口氨净值明显下降，合成塔瞬时氨产量也有明显下降等。设备检修人员现场检测查漏，发现09E005的换热管有5根泄漏，造成09E005换热效率严重下降，T09004与T09007之间的温差减小到了5.2℃；并且有大量的氨气流入管程循环水中，随循环水流进供水厂，造成供水厂HN3－N严重超标。09E005结构如图2所示。

图1 合成氨冷冻回路示意图

图2 09E005结构示意图

4 在线堵漏

经过检修人员检测，发现09E005靠近循环水进出口侧，上部有1根列管出现泄漏，下部有4根列管出现泄漏。由于设备正处于正常生产状态，09E005气氨侧根本无法交出检修，给检修工作带来了巨大的困难。为了保证生产的正常进行，决定对09E005进行在线 “微创手术”（即在线堵漏），这样，既避免了停车检修的难题，又能够满足正常生产的要求。其中，对于上部出现的1根泄漏列管，采取如下处理措施（如图3）。

首先，对上部列管的漏点进行确认，用一根直径略微大于列管的套管与之进行衔接，套管与列管之间利用粘合胶进行粘合，套管上部接有一根引氨管线；另外，在循环水回水侧管壁上开一孔，放入一根接引管线，利用螺母使其与衔接套管上部的引氨导管相连接，由此可以将换热器泄漏的气氨直接引到换热器外部；循环水回水侧管壁上开孔处外接有一道阀门进行控制，利用胶管将气氨引至废氨槽内进行回收。衔接套管后面接有一根压制弹簧，弹簧的另一侧与循环水侧法兰盖相连接，当循环水法兰盖安装回去时，可以挤压弹簧，对于衔接套管起到一定的固定作用。利用同样的原理和方法，下部4根泄漏的列管也进行 “微创手术”，其处理措施如图4所示。

图3 换热器上部漏管处理示意图

下部4根泄漏列管衔接部分与上部漏管的处理原理和方法基本一致，只是增加了一个引氨汇总管，将4根泄漏列管引出的气氨进行汇总，然后经引氨汇总管将气氨引出换热器；同样地，在循环水上水侧管壁上开孔，循环水上水侧管壁上开孔处外接有一道阀门进行控制，利用胶管将气氨引至废氨槽内进行回收（制取氨水），这样，不仅保护了环境，而且可为公司带来不少的经济效益。

图4 换热器下部漏管处理示意图

5 在线堵漏后运行评价

氨压缩机（09K001）二段入口温度（T09007）由59.7℃下降到41.2℃（如表1）。入口温度的降低，使得氨压缩机入口单位体积内的氨分子量增加，氨压缩机的做功效率得到明显提高，蒸汽透平（09MT01）在相同条件下耗汽量（F09004）减少1.34t／h（如表1），一天能够减少高压蒸汽消耗30t左右。由于氨压缩机做功效率显著提高，冷冻回路的冷冻温度T08008由－9.1℃降至－9.6℃（如表1），合成塔氨净值有显著增加，瞬时氨产量也有所提高（如表2）。就环境保护方面而言，循环水中NH3—N由4 868×10－6下降至86×10－6，很大程度上减轻了环保压力，也减少了气氨的损失。从经济方面来说，氨压缩机每天能减少高压蒸汽消耗30t左右，每天能够节省6 300元；而合成塔氨净值的增加，直接提高了合成塔的氨产量，据统计每天大约能够多产近20t液氨，直接经济效益为5.8万元。

经过对09E005进行有针对性的在线堵漏，

表1 09E005堵漏前后冷冻回路相关数据的变化

表2 09E005堵漏前后合成塔运行数据

6 结 语

氨压缩机段间冷却器（09E005）在线堵漏项目的成功实施，既保证了装置的安全稳定运行，又增加了公司的经济效益，环境保护方面也得到了较大提高。该堵漏技术简单易行且原理简单，但是微创堵漏技术是在气氨环境下进行作业的，具有一定的危险性。