一氧化氮压缩机入口流量异常波动浅析

赵恩军

（四川泸天化股份有限公司，四川泸州 646300）

1 概 况

一硝装置（硝酸装置）是四川泸天化股份有限公司（简称泸天化）硝酸车间的重要装置，主要包括氨的催化氧化、一氧化氮压缩与氧化、氮氧化物吸收、液态四氧化二氮制备、浓硝酸合成等单元。一硝装置工艺流程见图1，一氧化氮压缩与氧化系统简介如下。

图1 一硝装置工艺流程框图

一氧化氮压缩与氧化过程中，以一氧化氮为主的工艺气首先通过废热锅炉（E202A／B）回收热量，工艺气温度降至约200℃，同时副产1.0MPa的蒸汽；工艺气从废热锅炉出来后，进入混合气预热器（E201），与混合气进行热交换后进入快冷器（E203），通过快速冷却分离掉工艺气中的水蒸气，随后进入气体洗涤冷凝器（E204）除去工艺气中未被氧化的氨，防止其在后续工艺设备中与硝酸反应生成硝铵；从E204出来的工艺气主要成分为一氧化氮、氮气、氧气（少量）以及氧化产生的二氧化氮，温度则降至40～50℃，该工艺气与 （来自大气的）空气（俗称二次空气）混合后进入一氧化氮压缩机（C201），经过C201的五级压缩后压力升至0.28～0.30 MPa，提压后的工艺气进入氧化器（V209）进行一氧化氮与氧气的干法氧化，一氧化氮氧化率达到平衡后进入氮氧化物吸收工序。

可以看出，一氧化氮的压缩和氧化是一硝装置生产工艺的主要组成部分，一氧化氮压缩机（C201）是其核心设备，而入口流量（FT-201）是C201的核心工艺参数，如FT-201出现异常波动，将会导致装置运行不稳定，严重时甚至会造成装置停车。

2 物料流量测量方式及C201入口流量控制原理

2.1 管道内物料流量的测量方式

工业生产过程中，物料的输送绝大部分是在管道内进行的，管道内物料流量的测量方法有很多种。泸天化各生产装置中用到的流量测量设备主要有节流装置＋变送器、转子流量计、电磁流量计、涡街流量计、阿牛巴流量计、毕托巴流量计、超声波流量计、质量流量计等；其中，一硝装置一氧化氮压缩机（C201）入口流量测量采用的是节流装置（标准孔板） ＋差压变送器的方式，经压力补偿后，计算得出实际流量值。

2.2 节流装置流量测量原理

节流装置是基于伯努利方程（基于能量守恒定律）和流动连续性方程（基于质量守恒定律）设计而成。当充满管道的流体流经节流件时，流束将在节流件处形成局部收缩，因而其流速增大、静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差，流体流量越大，产生的压差越大，该压差与流过的流体流量之间有确定的数值关系。

节流装置有标准型和非标准型之分。标准节流装置，是指按照标准文件（通常为ISO5167或GB／T2624）设计、制造、安装和使用，无须经实流校准即可确定其流量值并估算流量测量误差，节流件加工好后就可投用。非标准节流装置，则是成熟程度较差、尚未列入标准文件的节流件，须经过实流校准后才能投用。

节流件形式较多，常用标准型节流件有标准孔板、标准喷嘴、经典文丘里管、文丘里喷嘴等，非标准型节流件有双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、内藏孔板、楔形孔板、弯管等。

2.3 C201入口流量控制原理

C201入口流量（FIC-201）控制原理为：当PV（FT-201）＜35000m3／h时，控制器自动转为手动并按每0.5s增加2%的速度开阀；当PV（FT-201）＞36000m3／h时停止开阀；当PV（FT-201）＜34000m3／h，或一硝装置SIS系统发出工艺联锁停车信号（ESD-DCS11），抑或电气MCC发出C201停车信号 （XS-201B），则电磁阀（SOV-FV201）失电，控制器自动转为手动并输出100%全开阀位控制信号。

3 C201入口流量异常分析及处理

3.1 C201入口流量异常波动现象

一硝装置于2020年4月20日实现超长周期运行（共运行了182天17小时33分钟），打破历史纪录后，一硝装置停车进行氧化炉换网检修工作。在检修期间，按照检修计划内容及检修维护规范 ［泸天化企业标准 （QLTHGF491.3—2010流量仪表）］对C201入口流量测量的节流装置（标准孔板） ＋差压变送器进行计划检修，主要检修内容包括：孔板内部进行清扫，对取样短接、根部阀、引压管进行疏通，变送器调零等。检修完成后，一硝装置于2020年4月26日重启。一硝装置重启后，C201入口流量（FT-201）分别于2020年5月19日15：26和2020年6月16日15：32出现异常波动，最大值与最小值之差分别为2295m3／h、2430m3／h，而正常情况下FT-201波动应在1000m3／h左右。

3.2 C201入口流量异常波动的可能原因

查看DCS系统C201入口流量（FT-201）趋势图和报警记录，C201的电流、振动等工艺参数均无异常。经分析，FT-201出现异常波动的可能原因有以下几方面：①C201入口介质为一氧化氮，若一氧化氮中含有少量水分和气氨，一氧化氮、水、气氨易在取压管内积聚并反应生成铵盐，逐渐堵塞取压管，造成变送器测量异常；②节流装置环室脏污、不清洁，取样部分脏污、不清洁，存在铵盐堵塞问题；③取压管、接头密封不严，存在漏点；④仪表自身检测元器件和压力补偿仪表元器件存在故障。

3.3 原因排查

针对C201入口流量（FT-201）异常波动的问题，仪表专业技术人员对可能原因进行专题讨论与分析，待工艺系统解除联锁后逐项进行排查处理，具体情况如下。

（1）关闭正负向根部阀，观察到仪表指示稳定，表明仪表自身检测元器件无异常。

（2）用蒸汽吹扫取样管线，以清除铵盐，吹扫约5min后予以恢复，观察到仪表指示波动仍然存在。

（3）再次确认取样管线畅通、无其他异常缺陷后，更换变送器，继续观察仪表指示情况，发现流量略有上升，波动范围仍较大，但相对于处理前稍好一点，继续观察。

（4）经过工艺人员调整负荷以及仪表专业人员对取样部分再次处理后，FT-201流量指示恢复正常。

总之，经仪表专业技术人员针对可能引起C201入口流量（FT-201）异常波动的原因逐一进行排查，最终确认C201入口流量异常波动的主要原因在于节流装置取压部分存在铵盐堵塞。

3.4 检修维护及改进建议

据一氧化氮压缩机（C201）入口流量异常波动的原因，结合一硝装置的实际情况，以及近几年安全环保趋严的大背景，建议对C201入口流量测量的节流装置（标准孔板） ＋差压变送器做如下检修维护及技术改进。

3.4.1 检修维护

（1）据C201入口流量（FT-201）情况，定期用蒸汽吹扫取压管部分，每回吹扫时间不少于5min，至少吹扫3次，每次间隔5min，以防止根部阀、取压部分聚集铵盐，影响流量测量，确保FT-201指示准确，保证一硝装置的安全、稳定、长周期运行。

（2）每个换网检修周期进行一次如下检修维护：对节流装置测量管道内壁进行检查、除锈和清洁；清洗节流装置，清除孔板污垢；用蒸汽对节流装置的取压部分进行吹扫，疏通取压口，防止取压部分铵盐聚集。

3.4.2 改进建议

一硝装置的工艺特点决定其无法保证通过吸收、洗涤完全清除铵盐，即一氧化氮压缩机（C201）入口始终会存在一定量的铵盐。为此，建议对C201入口流量测量设备进行技改，可供选择的方案如下。

方案一：在现使用的节流装置（标准孔板）流量测量方式不变的情况下，从原取压口引出，采用一分为二的方式安装2台变送器进行流量测量，并引入DCS系统，将流量低低联锁由1oo1方式更改为2oo2的方式。

方案二：在现使用的节流装置（标准孔板）流量测量方式不变的情况下，委托专业厂家重新计算，在现使用的孔板上再开一对取压口，安装变送器进行流量测量，并引入DCS系统，将流量低低联锁由1oo1方式更改为2oo2的方式。

方案三：工艺专业重新提供工艺参数，由仪表专业重新选型，将现使用的节流装置节流件由标准孔板更改为多孔孔板，多孔孔板可以开两对或三对取压口，安装变送器进行流量测量，并引入DCS系统，将流量低低联锁由1oo1方式更改为2oo2或2oo3的方式。

4 结束语

综上所述，泸天化硝酸车间一硝装置出现一氧化氮压缩机（C201）入口流量（FT-201）异常波动问题后，仪表专业技术人员针对可能原因逐项进行排查处理，最终确认FT-201异常波动的主要原因在于节流装置取压部分存在铵盐堵塞。基于问题查找情况，阐述定期维护、氧化炉换网时检修维护以保证C201入口流量测量稳定的方法，并提出从根本上保证C201入口流量（FT-201）测量稳定的技术改进方案，以保障一硝装置的安全、稳定、长周期运行。