液氨充装能力提升流程优化

黄 静，曾晓军

(中国石油化工股份有限公司湖北化肥分公司, 湖北枝江 443200)

某公司合成氨装置始建于20世纪70年代，采用美国凯洛格工艺[1]，设计产能为1 000 t/d。2006年5月该公司与上海国际化建工程咨询公司合作完成氨合成回路增产节能改造工作[2]，由原来的塔前分离工艺改为塔后分离工艺，使合成回路产能增大至1 200 t/d，提高了产品液氨的生产能力[3]。2021年，在单产合成氨模式下，该公司产能可以达到1 100～1 150 t/d。

液氨充装站[4]作为合成氨装置的重要组成单元，2台液氨输送泵(共有4台液氨输送泵，其中2台运行，2台备用)与3条液氨充装线同时运行，设计最大输送质量流量为92 t/h。通过对3条液氨充装线输送质量流量进行现场实测，测得最大有效质量流量为90 t/h，仅能达到设计值的97.82%，且有效充装时间在15 h左右，无法满足单产合成氨的液氨充装效率。此外，通过现场实测，3条液氨充装线装车鹤管流速不符合GB/T 51246—2017 《石油化工液体物料铁路装卸车设施设计规范》要求，存在一定的安全风险及隐患。

针对目前存在液氨充装能力达不到设计要求及充装流速无法满足规范要求的问题，对原液氨充装流程进行设计优化，以提升液氨充装能力及充装效率。

1 液氨充装流程

2台液氨输送泵分别由现场配电室和中控集散控制系统调节变频来控制液氨充装压力，经液氨加热器和液氨加热器A加热后，进入液氨充装总管(DN100)。液氨充装时，液氨经总管压力调节阀后分两路：一路进入3#液氨充装总管，通过DN100变径为DN50进入3#装车鹤管；另一路通过DN100分为两路(DN100)后再变径为DN50，分别进入1#、2#装车鹤管。原液氨充装流程见图1。

2 存在的问题

2.1 液氨充装能力无法达到设计值

按液氨输送泵和液氨输送泵A的设计体积流量(68 m3/h)进行测算，2台液氨输送泵的最大输送质量流量为92 t/h(设计值)。在3条液氨充装线同时充装的条件下，分别对1#、2#、3#装车鹤管的质量流量进行现场实测，实测分2种情况进行。

2.1.1 情况1

关闭液氨输送泵及液氨输送泵A的出口返回阀及液氨加热器A的热返回阀进行实测。3条液氨充装线的充装总质量流量为90 t/h，达到设计值的97.82%。其中1#、2#、3#装车鹤管的质量流量分别为25 t/h、 28 t/h 、37 t/h。

2.1.2 情况2

在液氨输送泵及液氨输送泵A的出口返回阀及液氨加热器A的热返回阀正常操作开度条件下进行实测。3条液氨充装线的充装总质量流量为88 t/h，达到设计值的96.65%。其中1#、2#、3#装车鹤管的质量流量分别为25 t/h、30 t/h、33 t/h。

2.2 液氨充装流速无法满足规范要求

依据GB/T 51246—2017的规定：甲A类及液氨等液体物料装卸车总管道的介质流速应不大于4.5 m/s；小鹤管出口流速不得大于7 m/s。在保证现场实测质量流量为88 t/h的充装能力下，计算得出液氨输送泵和液氨输送泵A的出口总管流速为4.99 m/s,1#装车鹤管流速为5.67 m/s，2#装车鹤管流速为6.80 m/s, 3#装车鹤管流速为7.48 m/s。总管流速和3#装车鹤管流速均大于规定，无法满足GB/T 51246—2017要求。

2.3 充装时间不够影响装车效率

规定充装时间为每天06:00：00—24:00：00，目前最大有效充装时间为15 h。根据现场测试，在充装时间、管道流速均满足GB/T 51246—2017要求的条件下，充装最大质量流量为1 200 t/d；计算出3条液氨充装线的充装总质量流量最大为80 t/h, 仅为2台液氨输送泵设计总量的86.95%，远远达不到设计要求。若延长充装时间，会严重影响装车效率，影响客户的满意度。

3 优化改造及效果

通过对现有充装能力的现场实测数据分析，在原充装流程下，暂不考虑总管流速及小鹤管流速，3条液氨充装线的最大充装能力可以达到设计值的97.82%，无法满足设计能力的要求，且充装流速过快也存在一定的安全隐患。在满足GB/T 51246—2017要求的流速下，3条液氨充装线的充装能力仅能达到设计值的86.95%，更远远达不到设计要求。综上所述，在现有设备条件、运行模式下，充装总能力无优化空间，延时充装会影响装车效率和客户满意度，因此只能通过优化液氨充装管网设计，扩大充装总管来达到提升液氨充装能力的目的。

由于部分管线流速达到相关规范控制指标，且存在3条液氨充装线充装能力不均衡问题，在不增加充装鹤位的情况下，通过改变总管直径、优化管道走向及优化充装线来实现液氨充装流程优化改造，可以适当提升液氨充装能力。

优化后的液氨充装流程见图2。

对比图2和图1可以看出，优化路径有2点：(1) 将4台液氨输送泵出口总管的管径由DN100改为DN150，通过增大总管直径来提高充装流量，并优化管道走向，减少管件(如弯头)从而减少管道压降；(2) 将1#、2#、3#液氨充装线单独与液氨加热器A出口总管相接，同时将1#充装线鹤位及鹤管管路进行局部优化，减少阻力。

优化改造后，3条液氨充装线的充装速度相当，在正常充装能力下，液氨充装总管流速达到2.27 m/s，小鹤管流速达到6.80 m/s，满足GB/T 51246—2017中液体物料装卸车总管道的介质流速不大于4.5 m/s、小鹤管出口流速不得大于7 m/s的要求。

4 结语

通过优化液氨充装流程，改变管径，优化管道走向及充装线，既保证了充装能力及充装效率，又满足了充装规范对流速的要求，大大降低了操作人员的劳动强度，同时提升了客户满意度，为公司产品销售打下了良好的品牌基础。