40萬t/a合成氨裝置凝氣系統(tǒng)表冷器真空度偏低原因分析及技改措施
達州玖源化工有限公司40萬t/a合成氨裝置系于2007年引進的美國二手設(shè)備，2010年建成投產(chǎn)，但自原始開車以來一直存在表冷器真空度偏低的問題。介紹了裝置凝氣系統(tǒng)的組成和工藝流程；敘述了表冷器真空度偏低的情況；分析了真空度偏低的原因；提出了更新表冷器抽氣器、改用中壓蒸汽、替換疏水器等技改措施。結(jié)果表明，2013年1月實施技改后，表冷器的真空度由技改前的-72～-74.5kPa達到-90.6kPa，由此降低了凝氣式透平的蒸汽消耗，可節(jié)約生產(chǎn)成本800萬元/a。
1、凝汽系統(tǒng)工藝流程
裝置凝汽系統(tǒng)由大小表冷器及3臺大機組凝汽式透平101-JT、105-JT、103-JBT、6臺小機泵凝汽式透平101-BJAT、101-BJBT、104-JT/JAT、107-JT/JAT組成。來自各運行凝汽式透平的乏汽進入大表冷器(101-JC)、小表冷器(101-JCA)殼側(cè)，在管側(cè)循環(huán)水的冷卻下，形成蒸汽冷凝液，在表冷器液位控制閥(LCV-2)的控制下，由蒸汽冷凝液泵(112-J)送到脫鹽水工段精制器。大、小表冷器中的不凝氣分別由大表冷器抽氣冷卻器(168-C)、小表冷器抽氣冷卻器(169-C)抽出冷卻，冷卻形成的蒸汽冷凝液返回表冷器熱水井，不凝氣經(jīng)二級排氣口排入大氣，以保持一定的真空度。
2、表冷器真空度情況
表冷器真空度設(shè)計值為-87.7kPa，但自合成裝置開車以來，系統(tǒng)真空度一直運行不好。經(jīng)過反復調(diào)整，表冷器壓力始終只能維持在-82.6～-80kPa，而且開工抽氣器不能停下來，造成抽氣器耗蒸汽量較大且現(xiàn)場噪音較大。在高負荷狀態(tài)下，凝汽式透平(101-JT)的一級后背壓最高達到2.1MPa，遠高于國內(nèi)同類型壓縮機透平的一級后背壓。真空度低影響機組繼續(xù)升轉(zhuǎn)，進而影響裝置加負荷。真空度偏低造成各凝汽式透平的蒸汽耗量增加，影響裝置的產(chǎn)品單耗。國內(nèi)同類型裝置表冷器真空度大多能維持在-93～-86.6kPa，相比之下，該裝置表冷器真空度有較大差距。
3、表冷器真空度偏低原因分析
影響表冷器真空度的因素一般有以下幾個方面：①真空系統(tǒng)泄漏；②表冷器循環(huán)水溫高；③熱水井液位過高；④抽氣器工作效率降低；⑤表冷器換熱管結(jié)垢；⑥抽氣閥或蒸汽閥開度不當；⑦表冷器水側(cè)帶氣，影響換熱；⑧主抽氣器蒸汽噴嘴堵塞；⑨主抽氣冷卻器疏水不暢，引起主抽氣器工作效率降低。針對有可能導致真空度偏低的相關(guān)因素，該公司組織相關(guān)技術(shù)人員逐項排查，最后發(fā)現(xiàn)真空系統(tǒng)存在以下問題。
3.1、小表冷器抽氣冷卻器(169-C)失去作用
小表冷器抽氣冷卻器(169-C)在建設(shè)安裝時發(fā)現(xiàn)其腐蝕嚴重，因此由某機械廠按原樣重新制作，但其在重新制作過程中的恢復設(shè)計時出現(xiàn)錯誤，在設(shè)計上一級冷卻器的換熱面積要比二級冷卻器大，而實際制作的一級冷卻器換熱面積卻比二級換熱面積明顯偏小，這已從廠家提供的圖紙與現(xiàn)場實物進行對比得到證實。另外小表冷器抽氣冷卻器(169-C)一級沒有疏水，二級沒有排氣，雖經(jīng)公司對小表冷器抽氣冷卻器(169-C)做了相關(guān)的改造，即增加一級疏水，二級排氣，且更換了一級擴壓器，但小表冷器抽氣冷卻器(169-C)再次投用時，
表冷器真空度沒有明顯變化，切除后也不會對真空度造成影響，說明小表冷器抽氣冷卻器(169-C)沒有起到應有的作用。
3.2、大表冷器抽氣冷卻器(168-C)失去作用
現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，在其他條件正常的情況下，大表冷卻器抽氣冷卻器(168-C)不凝氣放空管空氣排出，偶爾發(fā)生空氣倒灌或噴水現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)整后無明顯效果，說明主抽氣器未發(fā)生作用，若其工作正常，放空管肯定會有不凝氣體排出的。經(jīng)過關(guān)閉主抽氣器空氣閥驗證，真空不但沒有下降反而略有好轉(zhuǎn)。2012年大修期間對大表冷器抽氣冷卻器(168-C)的中間冷卻器和后冷卻器做隔板試漏時發(fā)現(xiàn)，隔板有輕微漏水現(xiàn)象，說明大表冷器抽氣冷卻器(168-C)使用時間長，一、二級之間的隔板出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，二級氣反漏到一級，影響抽氣效果。隔板在一、二級之間，還有換熱管從隔板穿過，因此難以進行修復。
大修開車后，發(fā)現(xiàn)表冷器真空度明顯偏低，僅-72～-74.5kPa，經(jīng)現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)大表冷器抽氣冷卻器(168-C)二級排氣口有較明顯吸氣的現(xiàn)象，逐步關(guān)閉大表冷器抽氣冷卻器(168-C)不凝氣進口閥，切除大表冷器抽氣冷卻器(168-C)后，真空度反而好轉(zhuǎn)，達到～-81.3kPa。因此可以斷定，大表冷器抽氣冷卻器(168-C)根本就沒有發(fā)揮作用。
3.3、大表冷器抽氣冷卻器疏水器排水不暢
現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，大表冷器抽氣冷卻器(168-C)放空管間斷噴水，大小表冷疏水器入口管溫度低(如暢通應是熱的)，說明疏水器排水不暢，導致?lián)Q熱器殼層積水，既影響換熱又對氣流造成阻塞，既影響抽氣效果又造成冷凝液損失。
現(xiàn)場檢查疏水器，發(fā)現(xiàn)疏水器為自由浮球式，疏水孔較小，其系統(tǒng)存在雜質(zhì)，容易造成疏水器堵塞無法疏水。另外疏水器安裝在地面，主抽氣器與表冷器熱水井之間形成U形彎，阻力降較大，全開疏水器副線閥仍然沒有明顯變化，而同類大型化肥裝置疏水器安裝位置離地面較高，疏水器后管道水平接至熱水井。改進辦法是改變疏水器位置，從主抽氣器冷凝液排口出來后直接連接疏水器，保證疏水器后管道水平進入表冷器熱水井，降低冷凝液流動阻力，并且在疏水器出口設(shè)置水平方向副線，同時用原從美國拆回的疏水器更換國產(chǎn)疏水器。但在上述改進下，仍然無任何效果。
4、對策及措施
經(jīng)過上述措施與分析，該公司認為表冷器的2臺主抽氣器已失去作用，沒有修復價值，為提高表冷器真空度，降低裝置消耗，必須對大表冷器抽氣冷卻器(168-C)及小表冷器抽氣冷卻器(169-C)2臺設(shè)備進行更換。針對原大表冷器抽氣冷卻器(168-C)及小表冷器抽氣冷卻器(169-C)結(jié)構(gòu)上存在的缺陷，經(jīng)與制造廠家商定，采取3項技改措施：①新的主抽氣器采用中間管側(cè)進出冷卻水，將一、二級抽氣器放在兩邊，消除設(shè)備使用時間較長后出現(xiàn)一、二級之間可能竄氣的問題；②針對原設(shè)計采用低壓蒸汽品質(zhì)較差，耗氣量大的缺點，改為直接使用中壓蒸汽，蒸汽品質(zhì)大為改善且耗氣量降低；③針對原疏水器疏水效果差的問題，采用英國原裝進口疏水器。新訂購抽氣器的主要工藝參數(shù)見表1。
表1 抽氣器主要工藝參數(shù)
5、實施效果
2013年1月，該公司訂購的國內(nèi)某知名廠家生產(chǎn)的大表冷器抽氣冷卻器(168-C)和小表冷器抽氣冷卻器(169-C)安裝完畢投入運行，表冷器真空度達到了-90.6kPa，優(yōu)于合同約定值-89.4kPa，徹底解決了困擾公司2年多的運行問題。新的主抽氣器投用后，開工抽氣器能夠停用，節(jié)約了蒸汽，也顯著降低了現(xiàn)場噪音。由于表冷器的真空度明顯改善，在同等負荷狀態(tài)下，凝汽式透平(101-JT)一級后背壓由投用前的1.61MPa降至1.54MPa，凝汽式透平(105-JT)一級后背壓由投用前的1.54MPa降至1.5MPa，以投用前與投用后的輔鍋少用的天然氣以及快鍋減少向合成裝置送的蒸汽量計算，每噸合成氨天然氣耗實際下降19.4m3(20℃)。在合成氨裝置負荷為28600m3/h狀態(tài)下，合成氨裝置向尿素裝置每小時輸送蒸汽約5t，按降低的天然氣耗計算，每年可節(jié)約成本約800萬元，在極短的時間內(nèi)即收回了投資。
