氨制冷系统在丁苯橡胶装置的作用及注意事项

段瑞军，李洪国，彭占录，张文静，王淮



氨制冷系统在丁苯橡胶装置的作用及注意事项

段瑞军，李洪国，彭占录，张文静，王淮

（中国石油抚顺石化分公司， 辽宁 抚顺 113004）

以某石化企业丁苯橡胶装置为研究对象，分析了氨制冷压缩机重要参数的设定及其意义，并针对氨系统开停工过程中常见问题提出注意事项及对策，对类似橡胶装置氨系统具有较强的借鉴意义。

丁苯橡胶；氨系统；氨制冷压缩机

丁苯橡胶氨系统的作用:通过液氨的气化带走丁二烯与苯乙烯乳液共聚反应热，使聚合反应在恒定的温度下平稳进行。换热后的气氨返回氨制冷压缩机内进行压缩、冷凝成液氨再次返送给氨用户，形成闭合回路。聚合反应热的导出若是利用液氨的蒸发压力不同蒸发温度也不同的原理，通过改变液氨的蒸发压力而控制物料温度称为湿法控制；通过改变液氨的进料量以改变聚合釜氨冷却列管的传热面积，从而改变传热量为干法控制[1]。氨系统无论是湿法控制还是干法控制，工艺流程大致如图1。

图1 丁苯橡胶氨系统流程简图

K-7101—氨制冷压缩机

V-7101—液氨操作贮槽

E-7101—氨冷凝器

V-7005—氨液分离罐

CWS—循环水上水

CWR—循环水回水

工艺流程简述：氨制冷压缩机K-7101通过1300 kW的电动机驱动双螺标压缩机将进气口的气氨进行压缩，进出口气体压缩比大致为5：1，压缩后的高温高压气氨进入油氨分离器，分离出悬浮于气氨中的润滑油，从油氨分离器分离出来自动回到润滑油喷射系统中。从油氨分离器出来的气氨进入氨冷凝器E-7101，用循环水进行冷却、冷凝成液氨，收集在液氨操作贮罐V-7101中。液氨从液氨操作贮罐出来后利用压差直接去聚合单元和单体回收单元。在聚合单元和单体回收单元氨用户吸收热量后的气氨再次返回到氨制冷压缩机吸气口，进行制冷循环。氨制冷压缩机入口设有氨液分离罐V-7005，其目的是将聚合单元和单体回收单元返回气氨中有可能夹带的液氨进行分离以防止液氨进入氨制冷压缩机造成联锁停机或设备损坏。

1 氨制冷压缩机参数的设定及意义

本论文所讨论的氨制冷压缩机是容积型的双螺杆压缩，具体型号Frick RWBII767，单台制冷量4500 kW。该压缩机主要控制操作参数控制指标见表1。

表1 氨制冷压缩机主要控制参数

1.1 吸气压力的设定及意义

氨制冷压缩机入口吸气压力320 kPa(A)，其设定的依据是聚合釜温度控制采用的是干法控制，需要利用-7℃的液氨进行冷却撤热，查液氨饱和蒸汽压与温度对照表可知：-7 ℃的液氨所对应的饱和蒸汽压力大致在0.315～0.341 kPa(A)之间，故将氨制冷压缩机入口吸气压力设定为320 kPa(A)。当氨制冷压缩机入口吸气压力低于320 kPa(A)时，压缩机将自动限制负荷加载，当吸气压力低于低于200 kPa(A)将压缩机将联锁停机以自我保护。

1.2 排气压力的设定及意义

氨制冷压缩机压缩后的高温高压气氨经氨冷凝器利用循环水进行冷却液化，循环水进水温度要求≤30 ℃。查液氨饱和蒸汽压与温度对照表可知：30 ℃的液氨所对应的饱和蒸汽压力1 450.7 kPa(A)，故控制压缩机排气吸气压力不得大于1 600 kPa(A)。排气压力不得过高，否则不利于气氨的冷却液化；再者排气压力过高会造成设备安全阀起跳。当排气压力大于1 600 kPa(A)时，压缩机将自动限制负荷加载；当压力大于1 750 kPa(A)时，压缩机延时2 s联锁停机。在生产过程中，需要及时调整氨冷凝器E-7101循环冷却水的用量以达到控制调节排气压力的目的。

1.3 排气温度及润滑油温度的设定及意义

压缩机的排气温度取决于压缩比、吸排气阻力损失、吸气温度和变压缩过程指数。排气温度过高不仅影响生产还会加剧设备的损耗,缩短设备寿命;此外还会加速油品恶化,降低润滑油的性能和闪点等,甚至引起润滑油自燃,导致压缩机烧毁或压缩机发生爆炸[2]。对于RWBII767型压缩机排气温度要求不得大于88 ℃，当排气温度高于100 ℃时将延时5 s联锁停机。一般情况下，压缩机内润滑油油温与排气温度成正比关系，油温过热将使润滑油的粘度降低，导致轴承、气缸产生不应有的磨损，甚至引起烧坏轴瓦、轴颈和拉伤气缸壁的严重事故；油温过低则润滑油流动性能差，不容易布满摩擦部位，严重时会形成半干摩擦。因此RWBII767型压缩机润滑油温度要求在12.8~75 ℃之间。Frick RWBII767型压缩机机组没有润滑油循环泵，因此冬季开工时要确保氨制冷压缩机厂房内室温不得低于12.8 ℃，否则备用氨制冷压缩机将因油温过低触发联锁无法正常启动。

2 氨系统开工前的注意事项

2.1 氨系统气密性试验

气密性试验应在氨系统管线吹扫的基础上进行，气密压力可定为1.6 MPa(G)。因气密压力要求较高，需要大型空压机与氨系统焊接固定管线相连。建议先用0.6 MPa(G)工厂风将氨系统升压，然后再利用空压机对系统升压以节省气密时间。先将系统慢慢升压至0.2 MPa(G)，然后再分3~4个阶段加压至最高气密压力1.6 MPa(G)。将系统压力至少保持24 h，在此期间除环境温度引起的压力变化外，不得有其它压力变化（或者计算24 h内系统的泄漏率＜0.3%为合格）。

注意事项：氨系统气密时，需将整个氨系统流程全部打通，并系统中的玻璃板液位计、压力变送器等不耐压元件切出，升压过程要缓慢，每到一个阶段压力下利用肥皂水或发泡剂检漏，处理完漏点再继续升压。

2.2 氨系统氮气置换抽真空操作

气密试验合格后,将系统内压力缓慢放空，建议将氨系统分为氨制冷单元及聚合单元回收单元两部分进行。氮气置换过程中需要对系统反复升压放空，直至系统中含氧量小于0.3%（v/v）为合格。氮气置换合格后再对氨系统抽真空，以将系统内的氮气尽可能排出，为氨系统氨气实体填充做准备。

注意事项：

（1）氨制冷单元抽真空操作需要利用真空泵接固定管线与系统相连，并将系统抽真空至3mmHg（绝压）。

（2）氨制冷压缩机填注润滑油工作可以在抽真空操作完成的基础上进行，利用系统负压进行加注，注意加注过程要防止润滑油抽空而将空气带入系统。

（3）聚合单元回收单元抽真空可以利用聚合单元蒸汽喷射器与氨系统相连抽至60～80 kPa(A)（绝压），并反复充氮气抽真空直至系统中氧含量小于0.3%（v/v）为合格。

2.3 氨系统气氨置换

建议将氨系统分为氨制冷单元与聚合单体回收单元两部分进行。首先利用液氨槽车气氨对氨制冷单元充压0.20 MPa(G)后取气体样分析气氨含量≥95%为合格。氨制冷单元气氨置换合格后，再对聚合回收单元氨系统进行置换。

注意事项：

（1）氨制冷单元抽真空合格后，可以利用负压或卸氨泵将槽车内液氨卸至液氨贮罐内，然后再利用液氨贮罐内的气氨对系统进行气氨置换。充压时要缓慢多次进行，以防液氨急剧气化温度下降造成罐体破裂危险。

（2）氨制冷单元因真空度较高，气氨置换一次性就能合格。聚合单体回收单元需要多次充气氨置换，对氨系统泄压时，一定要将气氨泄至盛水的容器内进行吸收，严禁对空排放。

3 氨系统开工过程注意事项

氨系统联运试车的目的：对氨系统管线进行实体填充并对氨制冷压缩机单机试运，为聚合进料提供换热保障。具体实施方案：利用水的比热容大的特点，首先从化学品配制单元向聚合釜内填充60℃热脱盐水，再将氨系统流程打通，当氨制冷单元返回气氨压力在0.22MPa(G)时，即可启动氨制冷压缩机进行氨系统联运。

注意事项：

（1）氨系统联运过程中，现场阀门、法兰等部位若有泄漏，可以使用便携式氨气报警仪进行查漏并处理(当环境氨泄漏量≥30ppm氨气报警仪将发出蜂鸣声)。

（2）必须启动聚合釜搅拌器以加强换热，要缓慢打开聚合釜液氨调节阀，并设定聚合釜温度20℃并串级自动控制。

（3）氨系统联运过程中，聚合釜温度不得低于0℃。发现聚合釜温度异常低，应及时关闭液氨调节阀，防止聚合釜内氨列管冻裂。

（4）当氨制冷压缩机运行正常、各聚合釜温度控制正常，表明氨系统联运结束。此时应先将各聚合釜液氨调节阀组关闭，待聚合釜内氨液面降至零时再停运氨制冷压缩机，以防止氨系统停运后釜内液氨气化造成氨列管冻裂。

（5）氨系统联运或者正式投产时，无论是干法控制还是湿法控制，若氨用户氨液面控制过高或换热过于剧烈将会造成气氨中夹带液氨返送至制冷单元。若发现氨液分离罐V-7005内有液氨时应及时倒空，防止液氨带入氨制冷压缩机内造成设备联锁停车或损坏。

（6）正常生产时氨液面过高，聚合釜釜温仍难以控制则需要对釜内氨列管进行排氨油操作以增强换热效果。

4 氨系统停工检修过程中注意事项

在当聚合釜反应终止并排胶后，停止向聚合单元送液氨，并从化学品配制单元向聚合单元、单体回收单元物料系统送热脱盐水以维持氨系统运行进行退氨。最终目的是将氨用户内残留的液氨尽可能的蒸发回收，以减少检维修时氨系统置换工作量。

注意事项：

（1）停工过程中内操注意氨换热器温度，必要时及时关闭液氨调节阀以防止温度过低而发生换热器本体冻裂。

（2）停工后利用回油器、集油器对聚合釜、冷胶进料冷却器等氨用户低点排氨油以增强氨用户再次投用时的换热效率。

（3）需对氨制冷压缩机油氨分离器内的润滑油取样分析，必要时更换润滑油。表2是氨制冷压缩机K-7101某次润滑油分析数据

表2 Frick3#润滑油指标分析单

由表2可知：本次润滑油指标分析数据为合格。润滑油分析主要是监测运动粘度、水分两项指标。润滑油在长期使用过程中运动粘度会降低；另外，氨系统中含水则润滑油会发生乳化造成水分超标。当发生以上两种情况时，需要及时更换润滑油。

（4）注意氨系统各换热器及管线在检修时不得进水或打水压，以免造成开工过程中氨制冷压缩机内的润滑油乳化变成乳白色而失去滑润及冷却效果。

（5）根据停车前氨制冷压缩机润滑油过滤器压差情况，当压差＞0.17MPa时检修期间需要对氨制冷压缩机做泄压氮气置换操作，并更换润滑油滤芯。

（6）根据停车前氨制冷压缩机出口油氨分离器油位损失情况（或者氨制冷压缩机连续运行超过20000 h），检修期间需要对氨制冷压缩机做泄压氮气置换操作，并更换油氨分离器内回油过滤器滤芯。

图2 氨冷凝器内铜质堵漏楔腐蚀情况

（7）根据停车前氨制冷压缩机油冷却器及氨冷凝器换热情况，检修期间有必要对油冷却器及氨冷凝器泄压并氮气置换，并对换热器进行拆清以增加换热效果。

（8）氨系统所有设备元部件不得使用铜质材料。氨的化学性质是很活泼的，和铜及铜的合金反应生成铜氨络合物。所以，凡是与氨接触的设备部位，一律禁止采用铜或铜合金材料(除磷青铜外)[3]。铜遇氨并在氧存在下将发生化学反应生成氢氧化四氨合铜，化学反应式如下：

Cu+8NH3+O2+2H2O=2[Cu(NH3)4](OH)2

图2为某化工厂氨冷凝器所使用的铜质堵漏楔在使用一段时间后的腐蚀情况。

5 结论

本文分析了氨制冷压缩机重点参数的设定及其意义，详细研究了丁苯橡胶装置氨系统在开工、停工及检修过程中所遇见的问题并提出对策及注意事项，对其他类似橡胶装置，尤其是将要停工检维修的橡胶装置具有较强的借鉴意义。

［1］王锡玉，焦永红.合成橡胶生产工[M].北京：北京化工出版社，2005-02:134

［2］曾建军. 螺杆压缩机排气温度过高原因分析及处理[J]. 压缩机技术, 2012(4):53-55.

［3］郑时中. 利用氨的特性处理制冷常见故障[J]. 化学工程与装备, 1985(2).

Functions and Attention Matters of the Ammonia Refrigeration System in the Styrene Butadiene Rubber Device

,,,

（PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113004，China）

Taking the styrene butadiene rubber device of a petrochemical enterprise as a research object, the key parameters setting and its significance of ammonia refrigerating compressor in the device were analyzed, the precautions and countermeasures were put forward to solve the problem of ammonia refrigeration system in startup and shutdown process.

Styrene-butadiene rubber;Ammonia system;Ammonia refrigeration compressor

TQ 330

A

1671-0460（2017）12-2511-04

2017-08-01

段瑞军（1982-），男，河南开封人，工程师，2005年毕业于河南科技大学化学工程与工艺专业，主要从事丁苯橡胶生产工作。E-mail：duanruijun@petrochina.com.cn。