氨冰机系统排液管线的改造

吴 涛，李发军，吕世兴

(兖矿新疆煤化工有限公司 新疆乌鲁木齐 831500)

兖矿新疆煤化工有限公司600 kt/a醇氨联产项目的气体净化采用低温甲醇洗工艺，配置1套NK25/28/25凝汽式3 256 kW汽轮机离心式氨冰机系统为低温甲醇洗系统提供冷冻量。但仅此套冰机系统在夏季或低温甲醇洗系统开车过程中无法满足冷量要求，所以氨合成系统NK32/36/16凝汽式7 381 kW汽轮机离心式氨冰机系统的一段入口气氨全部来自低温甲醇洗系统，气氨经加压冷凝成液氨后同时向低温甲醇洗系统和氨合成系统提供所需冷量，以保证生产运行。

1 工艺流程与主要设备

1.1 工艺流程

来自低温甲醇洗系统5台氨冷器的气氨(-0.01 MPa、<-20.0 ℃、21 470 m3/h，标态)经一段入口分离器分离夹带的液氨后进入氨冰机离心式压缩机一段进行压缩，出一段压缩的气氨(0.37 MPa、69.3 ℃)与来自氨合成系统二级氨冷器的气氨(0.17 MPa、-10.0 ℃)一并进入二段入口分离器分离夹带的液氨后进入压缩机二段进行压缩，出二段压缩的气氨(0.58 MPa、109.8 ℃)经气体冷却器降温后与来自氨合成系统一级氨冷器的气氨(0.57 MPa、11.7 ℃)一并进入三段入口分离器分离夹带的液氨后进入压缩机三段进行压缩，出三段压缩的气氨(1.62 MPa、118.9 ℃)经三段出口冷却器降温后进入水冷器降温冷凝，得到的液氨经液氨储罐、省功器闪蒸降压后供低温甲醇洗系统和氨合成系统各氨冷器使用，省功器闪蒸出的气氨进入三段入口分离器，液氨储罐、水冷器内不凝气送至氨吸收塔。

一段、二段和三段入口分离器设置降温副线，降温用液氨来自液氨储罐。氨冰机系统设有防喘振系统，气源由压缩机三段出口冷却器后管线引出，通过3只防喘振调节阀分别进入一段、二段和三段入口分离器，以保障压缩机入口气量，防止压缩机出现喘振现象。3台入口分离器分别设置液氨放氨阀，利用压力差，三段入口分离器中的液氨放入二段入口分离器，二段入口分离器中的液氨放入一段入口分离器；利用高位差，将一段入口分离器中的液氨放入中间氨罐，再用屏蔽式液氨泵将液氨输送至液氨储罐。液氨排放流程如图1所示。

图1 液氨排放流程

1.2 主要设备

离心式氨压缩机：型号MCL525+3MCL528，机壳采用水平剖分结构；8级叶轮，首级叶轮直径52 cm，叶轮背靠背排列，中间加气；正常转速10 405 r/min，最大转速10 926 r/min，跳车转速11 799 r/min，临界区域3 030～4 830 r/min，最低调节转速7 804 r/min；最高工作压力1.70 MPa。

汽轮机：凝汽式，型号NK32/36/16型；正常转速10 405 r/min，最大转速10 926 r/min，跳车转速11 799 r/min，最低调节转速7 804 r/min；蒸汽消耗量28.8 t/h，工作蒸汽压力3.8 MPa、温度400 ℃，排气压力-0.085 MPa。

液氨储罐：内径Ф 2 800 mm，容积60.4 m3；设计压力2.5 MPa，最高工作压力1.7 MPa，设计温度50 ℃；材质Q345R，三类压力容器。

省功器：内径Ф 2 800 mm，容积55.5 m3；设计压力2.5 MPa，最高工作压力1.7 MPa，设计温度50 ℃；材质Q345R，三类压力容器。

中间氨罐：内径Ф 1 200 mm，容积5.4 m3；设计压力2.5 MPa，最高工作压力1.7 MPa，设计温度-50 ℃；材质09MNiDR，二类压力容器。

一段入口分离器：内径Ф 2 000 mm，容积10.7 m3；设计压力为2.50 MPa，最高工作压力为0.07 MPa，设计温度-50 ℃；材质09MNiDR，二类压力容器。

屏蔽式液氨泵：流量2.5～3.5 m3/h，功率13 kW，扬程246 m，转速1 450 r/min；整体保冷，不能盘车。

2 氨冰机系统存在的问题

(1)低温甲醇洗系统至氨冰机系统一段入口分离器管线设计存在缺陷，存在U形管低点，可能存在积液现象。

(2)一段入口分离器管线压力低(负压)、温度低(-38 ℃)，低温甲醇洗系统的氨冷器加液氨速度过快或液位控制不当，造成气氨带液进入一段入口分离器，一旦一段入口分离器液位过高，其出口气氨就会出现带液现象，使液氨进入压缩机缸体内。

(3)在低温甲醇洗系统开车过程中，若系统负荷提升过快、冷量需求过大，经常会出现带液现象。

(4)氨冰机系统屏蔽式液氨泵不能盘车，叶轮易卡涩，故障率较高，进而影响冰机系统运行负荷。另外，启动氨泵前需进行排气，现场存在氨污染问题。

3 自力式排液流程的管线改造

3.1 氨泵加压法排液流程

一段入口分离器出现带液氨时，控制室操作人员先通过放液阀将液氨送至中间氨罐，然后通知现场人员关闭一段入口分离器与中间氨罐间的气相连通阀，关闭放液阀；现场操作人员稍开氨泵出口回流阀，用泵出口管排气阀排气，观察到排气管出液后关闭排气阀；然后启动氨泵，出口压力超过液氨储罐压力后，缓慢打开出口阀向液氨储罐排液氨。如果一段入口分离器继续带液，则需重新打开入口分离器与中间氨罐气相连通阀，开启放氨阀放液，然后关闭气相连通阀再排液。如果不关闭气相连通阀，中间氨罐形成负压，氨泵将直接跳车。从上述操作流程可看出，采用氨泵加压法排液过程十分繁琐。

3.2 自力式排液的设想与理论分析

2017年8月系统进行停车大修，对利用冰机系统自身压力建立压力差进行排液的技术方案进行了分析，得出如下结论。

(1)正常运行时，氨冰机系统一段入口分离器与中间氨罐均为负压；液氨储罐压力与三段压缩出口压力一致，均为高压；省功器闪蒸减压后的压力低于液氨储罐压力。所以，与排液相关的设备间存在压力差。

(2)一段入口分离器与中间氨罐间有气相连通管线和放液管线；中间氨罐的泵出口至液氨储罐有排液管线；省功器与中间氨罐均有预留法兰口，两者可通过设置阀门和配管连接。所以，设备间流程相通。

(3)一段入口分离器至中间氨罐气相管、放液管间均设有控制阀门，当中间氨罐需向液氨储罐排液时，一段入口分离器与中间氨罐间可以隔离；排液完毕后，把中间氨罐的泵出口阀、中间氨罐底部排液阀关闭，使液氨储罐与中间氨罐之间、中间氨罐与省功器之间得以隔离；然后开启中间氨罐与一段分离器间的气相阀，打开一段入口分离器放液阀，进行下一轮排液。所以，各设备之间能够相互隔离。

根据分析结论，利用冰机系统自身压力进行自力式排液的设想是完全可行的。

3.3 排液管线改造

利用2017年8月系统停车大修机会，将中间氨罐底部预留法兰口作为排液口，增设5.0 MPa、DN 50 mm截止阀2只；把省功器顶部预留法兰口作为进液口，增设5.0 MPa、DN 80 mm闸阀1只；2台设备之间用DN 25 mm管线连通。改造后的自力式排液流程如图2所示。

图2 自力式排液流程

4 自力式排液的应用

4.1 操作方案

氨冰机系统发生带液现象时，控制室首先向调度室汇报，然后根据带液情况适当降低氨压缩机一段入口负荷，以保证氨压缩机稳定运行。然后立即通知现场操作人员进行自力式排液，其操作方法如下：①现场打开一段入口分离器与中间氨罐间的气相连通阀1，使两者间的压力一致(均为负压)；②控制室人员打开一段入口分离器放液阀2将液氨放入中间氨罐内，如带液严重、液位过高，现场打开放液阀2的旁路阀进行快速放液；③待中间氨罐内的液氨液位达到95%以上时停止放液，关闭放液阀2和其旁路阀，关闭气相连通阀1；④现场确认一段入口分离器与中间氨罐间的气相连通阀1关闭、放液阀2和旁路阀关闭后，打开液氨泵出口回流阀4，用泵出口管总阀3控制，使液氨储罐内的气氨压力与中间氨罐进行均压，直至两者压力相等；⑤现场打开省功器顶部的排液阀6(可以保持常开状态)，打开中间氨罐底部排液阀5进行排液；⑥中间氨罐的液位降至5%时，关闭排液阀5和泵出口管总阀3，重新打开一段入口分离器与中间氨罐间气相连通阀1，打开放液阀2排液，直至带液氨现象消除。

注意事项：①排液时，中间氨罐处于高压，当完成一次排液后再次进行一段入口分离器内液氨排放时，必须缓慢打开一段入口分离器与中间氨罐间的气相连通阀1，防止较高压力的气体进入一段入口分离器负压区而造成入口压力的大幅波动，进而影响低温甲醇洗氨冷器气氨总管压力和系统温度；②进行自力式排液时，严禁打开一段入口分离器与中间氨罐的气相连通阀1，严禁打开放液阀2放液，否则将使中间氨罐内的液氨倒吸入一段入口分离器；③控制室与现场密切联系，相互确认准备就绪后再进行操作。

4.2 应用实践

2018年1月17日，室外环境温度较低(-20 ℃)，氨冰机系统单独运行氨合成系统的1台冰机。因低温甲醇洗系统负荷波动，低温甲醇洗系统的氨冷器加氨量控制不当，造成氨冰机系统一段入口分离器带液氨，液位达到97%。岗位操作人员立即将液氨排入中间氨罐，然后进行自力式排液。因首次采用此方法排液，所以现场操作人员比较谨慎，特别是在对中间氨罐进行均压时，泵出口总阀开度较小，均压速度较慢；排液时，排液阀没有完全打开，排液速度较慢；一罐液氨排放完毕进行一段入口分离器与中间氨罐均压时，气相连通阀1的开度也是缓慢增大。因此，第1次采用自力式排液用时较长，在10 min左右，但操作取得成功。

2018年3月4日，在生产系统短停后恢复生产的过程中，为了向低温甲醇洗系统提供更多的冷量，先启动氨合成冰机系统。冰机系统正常运行后，低温甲醇洗系统为了尽快接气开车，氨冷器加液氨速度过快，使氨冷器液位过高，造成液氨随氨冷器气流带入氨冰机系统一段入口气氨总管并进入一段入口分离器。由于出现持续带液现象且量较大，造成一段压缩出口物料温度由69 ℃降至0 ℃，对压缩机运行构成严重危害，一段压缩被迫大幅减量运行以控制带液量。发现带液氨后，控制室操作人员立即对一段入口分离器进行放液，然后由现场操作人员进行自力式排液。因带液严重，所以均压、排液时阀门全部打开，排液速度加快，效果明显。尤为突出的是，在进行高压向负压区均压时，一段入口气氨压力很稳定，未造成气氨总管压力波动。采用自力式排液，不仅保证了氨冰机系统的正常运行，没有影响低温甲醇洗系统的开车进度，而且降低了电耗，杜绝了气氨排放对环境的污染，效果显著。

5 结语

尽管自力式排液的效果显著，但通过实际应用，还存在如下几个问题需改进。

(1)一段入口分离器与中间氨罐的气相连通阀在框架三层平台，设计为手动控制，而中间氨罐的泵出口阀和排液阀均在二层平台，阀门操作很不方便。为此，拟将气相连通阀改为自动调节阀，以实现远程操作。

(2)设计配管时选用管径DN 25 mm偏小，影响了排液速度。下一步考虑将管道管径更换为DN 40 mm，以提高排液速度。