大型离心式氨透平机降低段间温度的改造总结

何欢欢，周 翔，吴 培，刘 伟

（河南心连心化肥有限公司，河南新乡 453731）

大型离心式氨透平机降低段间温度的改造总结

何欢欢，周 翔，吴 培，刘 伟

（河南心连心化肥有限公司，河南新乡 453731）

通过增设后置冷却器对氨透平机降低段间温度的技术改造，使氨透平机各段进口温度降低，并使4.0 MPa蒸汽消耗降低约1.7 t/h。在保证设备安全稳定运行的情况下，节省了公司的生产成本。

离心式；氨透平机；段间温度；改造

河南心连心化肥有限公司45·80原料结构调整项目氨透平工段采用由沈鼓集团制造的透平驱动离心式氨压缩机，设备配套的密封装置由约翰克兰天津有限公司制造，汽轮机由杭州汽轮机股份有限公司制造。

离心式氨透平机与较常使用的活塞式压缩机相比，有转速高，气量大，机械磨损小，易损件少，维护简单，连续工作时间长，振动小，运行平稳，对基础要求低的特点。在大气量时，单位功率机组的质量轻、体积小，占地面积少，气量可在较大范围内无级调节，易于多级压缩和节流，可以满足某些化工流程的要求，易于实现自动化。在国家对化肥生产取消优惠电价的情况下，河南心连心化肥有限公司充分利用企业产生的富足蒸汽，采用经济性较高的工业汽轮机直接拖动离心式透平压缩机，对公司减少生产成本具有重要意义。

目前，氨透平机组已运行2a多时间，且整体运行稳定。但是由于场地限制，氨透平机各段入口分离器防喘振降温管线距离设备较近，致使氨透平机在低负荷运行时，降温液氨进入喘振回气管线后气化量小，导致各段入口分离器液位升高，增加机组带液的风险，由于不能降低喘振回气温度，最终导致各段温度升高，三段出口温度最高达到175℃（机组的设计温度指标＜150℃）。各段温度超标，会造成段间密封、口环密封及干气前梳齿密封损坏，甚至会造成氨透平机的动静摩擦，导致设备损坏。为了能够在机组低负荷运行时降低各段进口温度，保证设备的安全运行，我公司进行了深入的探索。

1 工艺气体流程

1.1工艺气体主流程

由低温甲醇洗工段氨冷器来的气氨和氨合成工段两级氨冷器来的气氨分别经氨透平机一段、二段进口闪蒸分离器分离掉夹带的液氨，后分别进入氨透平机一段、二段进行压缩，经压缩后的这两部分气氨汇合后直接进入氨透平机三段压缩，三段压缩后的气氨经后冷器降温后进入四段压缩进口闪蒸分离器出口，经四级压缩后直接进入蒸发冷进行降温，将气氨直接变成液氨，送入液氨中间槽。中间槽的液氨送入液氨闪蒸槽内，进一步降低液氨压力和温度。液氨闪蒸槽内的液氨一大部分进入本工段的第一过冷器内的管内，在过冷器内进行降温后作为氨合成、低温甲醇洗工段的冷却液氨用，一少部分进入过冷器内的管外作为冷却合成、低温甲醇洗工段原料氨使用。在过冷器内蒸发出来的气氨进入一级压缩进口闪蒸分离器的进口。另一少部分的液氨进入第二过冷器内，作为冷却合成送常压氨库液氨用氨。在第二过冷器内蒸发出来的气氨同样进入一级压缩进口闪蒸分离器的进口。

1.2防喘振气氨流程

由于氨合成、低温甲醇洗工段在开停车过程中，特别是氨合成工段的升温还原过程时间特别长，气氨量过小同时又需要将气氨及时消耗掉，此时的透平机因为气量过小氨压缩机容易产生喘振，所以在氨透平机内部流程中设置了防喘振管线。从四级压缩后气氨冷凝器前引气氨送到三个闪蒸分离器进口管道上，以增加各段进口的气氨量防止氨透平机喘振。由于防喘振引用的气氨温度过高，会引起氨透平机的温度高造成氨压缩机损坏，所以从液氨中间槽引液氨到防喘振气动阀后，利用氨极易挥发同时带走热量的物理特性，降低氨透平机各级进口的气氨温度。

但在实际运行过程中，发现氨透平机在低负荷运行时，其各段温度升高，三段出口温度最高达到175℃。温度升高，容易造成密封部件损坏，甚至造成氨透平机的动静摩擦，导致设备损坏，严重影响机组的安全稳定运行。

2 改造方案

为解决机组低负荷运行时氨透平机各段进口温度较高的问题，以氨透平机四段出口温度控制在80℃左右（低于70℃存在气氨液化，造成机组带液的风险）的工艺条件为设计条件增设一台后置冷却器（原四段出口气体温度为130℃），保证设备的安全运行。其中，后置冷却器换热面积为70m2，工艺气氨走管程，冷却用水走壳程。所用冷却水来自循环水岗位提供的0.45MPa，32℃的循环水。改造后工艺流程如下图1所示。

3 改造前后正常工况下工艺对比分析

改造前后，氨透平机运行数据如下表1所示。

根据数据记录可知，改造前后在氨透平机一、二段进口气量、压力变化不大，蒸发冷运行台数相同的情况下：

（1）氨透平机一段进口温度由改造前的-9.6℃降低为-17.1℃，温度降低7.5℃，表明改造后氨透平机段间温度得到了有效降低。

（2）机组转速由8 260rmp降低为8 000rmp，转速降低260 rmp；前轴承振动南由30.5μm降低为28.4 μm，振动降低了2.1 μm；氨透平机四段出口压力由1.263MPa降低为1.103 MPa，四段出口压力降低0.16MPa。有助于设备的维护，延长设备的使用寿命。

图1　氨压缩机部分工艺流程图

（3）汽轮机所用4.0 MPa蒸汽流量由24.3 t/h降低为22.6 t/h，蒸汽消耗降低约1.7 t/h，每年可节约成本121.18万元（蒸汽价格按90元/t计算，年运行时间为330d），具有很好的经济效益。

（4）目前出后置冷却器气氨温度控制在75-80 ℃，使蒸发冷负荷也随之降低。

表1　改造前后氨透平机运行数据情况

4 结语

通过在离心式氨透平机四段出口增设一台后置冷却器进行技术改造，并合理优化相关工艺流程，使氨透平机各段进口温度降低，并减少了汽轮机的蒸汽消耗。此种改造方式投资费用低，见效快，不仅保证了设备的安全稳定运行，同时节省了公司的生产成本，经济社会效益显著。

Reform Summary about Reducing Segmental Temperature of Large Centrifugal Ammonia Turbocompressor

He Huan-huan，Zhou Xiang，Wu pei，Liu Wei

Through adding one after-cooler，we have carried out the technical innovation about reducing the segmental temperature of the large centrifugal ammonia turbocompressor.The inlet temperature for each section of the centrifugal ammonia turbocompressor has fallen，and the consumption of 4.0MPa steam has reduced about 1.7t/h.The technical innovation has saved the production cost with devices running in safe and steady state.

centrifugal；ammonia turbocompressor；segmental temperature；reform

TQ113.26+6.4

A

1003-6490（2016）01-0001-02

2015-12-26

何欢欢，（1988—），女，硕士研究生，助理工程师，主要从事氨合成技术研究工作。