二氧化碳压缩机入口管道结干冰的原因分析及预防措施.pdf

二氧化碳压缩机入口管道结干冰 的原因分析及预防措施 唐 浩 杨 东 四川天华富邦责任有限公司生产准备处 四川合江 646207 摘要 对四川天华股份有限公司尿素装置所发生的二氧化碳压缩机入口管道结干冰事故进行简要总结分析 提出相应 的预防处理见解 关键词 二氧化碳压缩机 节流效应 干冰 预防处理 收稿日期 2004 02 23 作者简介 唐 浩 男 大学本科 工艺助工 生于 1973 年 1992 年毕业于四川泸州化工学校 2002年毕业于四川大学 现在 四川天华富邦责任有限公司生产准备处工作 联系电话 0830 5483109 四川天华股份有限公司尿素装置在运行中 二氧化碳压缩机 K 101 入口管道曾发生 CO2结 干冰事故 影响装置的安全稳定运行 因此 有必 要对其进行分析和有效预防 1 流程简介 K 101 的型号为 2MCL5752B 2BCL356 A 由 沈阳 鼓 风 机厂 制 造 将 合 成 氨 装置 送 来 的 0 04MPa 的 CO2气体增压至 15 9MPa 直接送入 尿素合成塔 在蒸汽轮机 型号为 EHNK40 45 由 意大利新比隆制造 的驱动下实现 表 1 二氧化碳压缩机转速 表压参考表 转速 r min 1 三段入 口压力 MPa 四段出 口压力 MPa 二回一 调节阀 四回一 调节阀 四段出 口压力调 节阀 5061 0 54 1 71 100 083 050 0 53720 722 7582 966 442 5 54980 833 3080 057 843 8 56881 004 8073 946 6 42 4 60041 407 9039 842 046 9 61301 7011 4016 842 046 50 61941 9013 50042 046 50 62572 0015 80042 0 46 50 注 在 的转速下 PIC09203 投自控 在开 K 101之前 HV08103 FV08102 四段出口压力调节阀均处于全开位 100 K 101 入口设有气液分离器 分 4 段压缩 段 间设有水冷器和分离器 为了能够安全顺利开停 K 101 即在开K 101 时应先升转速后升压力和先 升三段入口压力后升四段出口压力 在停 K 101 时则应先降压力后降转速和先降四段出口压力后 降三段入口压力 特设置二回一 CO2由二段出 口返回一段入口 调节阀 HV08103 和四回一 CO2由 四 段 出 口 返 回 一 段 入 口 调 节 阀 FV08102 为了抵御强大的节流降温效应 特意 在 2个调节阀前的管道设有低压饱和蒸汽夹套加 热 在调节阀后的管道设有低压饱和蒸汽伴管加 热 并根据转速 压力参考表 见表 1 操作 2 结干冰事故 1997年 10 月 23 日 19 20 二氧化碳压缩机 升速升压到位 6300r min 后出现喘振 立即进行 降压降速处理 第 2 次升速升压到位时又出现喘 振 只好回到 5061r min 的状态下进行 0 5h 后 入口干冰升华完 才顺利开好 经分析认为是 一段入口压力表后的管道因CO2结干冰而局部堵 塞所致 当时的部分数据见表 2 表 2 10 月 23日运行数据 时间 合成来 CO2流量 m3 h 1 一段入 口压力 kPa 三段入 口流量 m3 h 1 三段入 口压力 MPa 四段出 口压力 MPa 19 181185641 56192962 2414 70 19 191217641 87193282 2615 10 19 20985649 56165442 1715 11 19 21404871 1261441 6311 44 19 22910461 00141921 9912 70 1997 年 12 月 10 日 9 00 在打开 FV08102 进 2004 年 大 氮 肥 Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry 第 27 卷 第 4期 行减负荷操作时 由于现场 FV08102 突然全开 导致 K 101 入口管道急速结干冰 压缩机进口压 力低联锁 PAXL08101 动作 跳车值为 20kPa 此 联锁为三选二 导致 K 101 跳车 2000 年12 月 11 日 13 05 K 101 升速升压到 位后 由于合成来的 CO2没有富余 K 101 入口温 度 TR08102 降至 6 5 时 PAXL08101 动作而跳 车 当时的循环水温度仅有 16 部分数据列于 表3 表 3 12月 11 日第 1 次开车运行数据 时间 一段入 口温度 合成来 CO2流量 m3 h 1 三段入 口流量 m3 h 1 四段出 口压力 MPa 13 0514 25172802521015 67 到位 13 1010 25193282531215 98 13 157 81189442521615 64 13 216 46149922525614 55 跳车 3 原因分析 K 101 入口管道之所以会结干冰 是由于 FV08102 有 节 流效 应 引 起 的 K 101 转 速 在 6200r min之后和正常生产中 HV08103 均处于全 关位 因此不必考虑HV08103 的节流效应 CO2从 四 段 出 口 压 力 为 15 9MPa 经 FV08102回到一段入口 压力为 0 04MPa 的过 程 实际上是一个节流膨胀过程 节流膨胀的定 义就是将高压流体流经一节流阀 或其它阻力阀 迅速膨胀到低压的过程 同时也是一个等焓过程 高压液体 流体进行节流膨胀时的温度变化 称为节流效应 在等焓 即节流膨胀前后流体的焓 值无变化 条件下 节流效应又分为 3 种情况 即 冷效应 零效应和热效应 其中的冷效应就是常说 的节流降温效应 FV08102前的管径为 101 6mm FV08102 后的 管径为457 2mm 汽液分离器 V 111 前后管径均 为609 6mm 由此可估算出 FV08102后管道与前 管道流通截面积之比约为 20 1 同理可算出 V 111 入口管道与 FV08102 后管 道的流通截面积之比约为 1 7 1 由此可见 CO2流经 FV08102 后体积将会急 剧增大膨胀 同时也必然会伴随着温度的急剧下 降 即产生强大的节流降温效应 从整个实际过程来看 四段出口 CO2温度约 110 加上 FV08102前低压饱和蒸汽夹套加热的 作用 此温度会更高 而 CO2经FV08102 节流膨胀 后同合成来的新鲜 CO2混合后的温度总比新鲜 CO2温度低 虽然 FV08102 后有低压饱和蒸汽伴 管加热 但这种降温效应仍然很明显 即产生节流 降温效应 由节流降温效应规律可知 在节流阀前后管 径一定的前提下 压差增大 节流降温效应增 强 压差一定时 在一定的临界点前 节流量增 大 节流降温效应增强 反之减弱 因此 在 K 101 升压过程中 随着四段出口压力的上升 而 FV08102稳定在 42 左右的阀位 则节流降温效 应不断增强 当 K 101 升速升压到位后 节流降温 效应达到最大 即使 FV08102前管道有低压饱和 蒸汽夹套 后管道有低压饱和蒸汽伴管进行加热 升温 但仍然抵挡不住 CO2流经 FV08102 所产生 的强大的节流降温效应 K 101 入口 CO2温度会 下降 当降低到一定温度时 CO2就会直接固化为 干冰 从而堵住入口管道 致使 PAXL08101 动作 K 101 跳车 4 预防处理 在K 101 已升速升压到位的前提下 有两种 方法进行预防处理 在合成 CO2无富余时 对 K 101 进行降压降速 通过减小节流压差 减轻节 流降温效应来稳定 K 101 入口温度 2000 年 12 月11 日13 21所发生的K 101 入口结冰而跳车的 事故 如果能及早采用上述方法进行处理 是可以 避免的 在 合成 CO2有富 余时 通过 关小 FV08102 从PV09203 处放空控制压力 利用减少 节流量以减轻节流降温效应的作用来稳定和提升 K 101 入口温度 2000 年 12 月 11 日第 2 次开 K 101 就利用了这种方法 表 4 12月 11 日第 2 次开车运行数据 时间 一段入 口温度 合成来 CO2流量 m3 h 1 三段入 口流量 m3 h 1 四段出 口压力 MPa 14 5915 88174402544015 45 15 0114 06173122550415 56 15 0312 14169282540815 64 15 0411 28176322515215 70 15 0510 61198722480015 01 15 0610 31215362435215 06 最低 15 0910 91223682441615 37 2000 年 12 月 11 日 14 59 第 2 次将 K 101 升 速升压到位后 其入口温度又出现快速下降 由于 275第 4期唐 浩等 二氧化碳压缩机入口管道结干冰的原因分析及预防措施 合成 CO2有富余 采取关小 FV08102 从 40 关至 32 稳定四段出口压力 通过 PV09203 进行控 制 的措施进行处理 止住了入口温度的下降 效 果很好 当时的部分数据如表 4 对于 1997 年 12 月 10 日 9 00 发生的因为 FV08102 突 然 全开 致 使 K 101 入 口 结 干 冰 PAXL08101 动作而跳车的事故 可以从两个方面 进行预防 仪表加强检查维护 确保 FV08102 灵 活好用 在条件允许情况下 应先将 FV08102 手 轮压至 40 位 再打开该阀进行降负荷操作 这 样可以完全有效的防止 FV08102 突然全开 5 节流效应的利用 节流降温效应有不利的一面 但同时也有有 利的一面 可以充分有效利用这种节流降温效应 进行相应的事故处理 1995年 11 月26 日 03 56 在正常生产中的 K 101 突然出现喘振 当时其入 口CO2温度为 46 其他指标正常 立即判断是 因为 CO2温度太高 密度减小而引起的喘振 适当 打开 FV08102 进行降温处理 避免了一次停车事 故 尔后用消防水冲淋汽液分离器降温 稳定 K 101 的正常运行 在一般情况下一段入口温度应 控制在40 以下 最高不能超过 45 REASONS FOR THE FORMATION OF DRY ICE IN CO2 COMPRESSOR INLET TUBE AND PREVENTIVE MEASURES Tang Hao and Yang Dong Production Preparatory Section o f Sichuan Tianhua Fubang Co Ltd Hejiang 646207 Abstract Briefly summarizes and analyzes the failure of the formation of dry ice in CO2com pressor inlet tube in the urea plant of Sichuan Tianhua Co Ltd and puts forward corresponding preventive measures Key words CO2compressor choking effect dry ice preventive treatment 2005 年 大氮肥 及 大氮肥信息 征订启事 大氮肥 是中国石化齐鲁石化公司研究院主办的大化肥行业的专业技术刊物 1978年创刊 国内外公开发行 国 内统一刊号 CN 37 1183 TQ 国际连续出版物号 ISSN 1002 5782 广告经营许可证号 3703034090004 大氮肥 遵循 源于企业 服务企业 的办刊宗旨 坚持 针对性 实用性为主 理论性 学术性为辅 的办刊方针 紧密 围绕大化肥企业发展的主题 及时跟踪国内外的新技术发展动向 适时进行综合报导 广泛刊登国内外大型化肥装置的 生产 建设 研究 设计 技术革新 改造挖潜 节能增产等方面的新技术 新工艺 新材料 新设备 新理论和新动向等 目 前开设的栏目有 20多个 是大化肥企业的良师益友 对大化肥企业的生产和经营具有指导作用 可供从事大化肥行业的 生产 科研 设计等广大技术人员 管理干部和有关大专院校师生参考 对中 小化肥厂也有参考价值 大氮肥 为双月刊 大 16 开本 72 页 逢双月出版 每期定价 8 00 元 全年定价 48 00元 含邮费 自办发行 欢迎 单位和个人订阅 大氮肥信息 是 大氮肥 的姊妹篇 是对 大氮肥 信息量的补充和扩展 报导的重点是研究刊登具有方向性 关键 性 共同性 政策性的问题 反映国家对大化肥的政策 抓住大化肥行业技术改造 生产管理和新产品开发的重点 使刊物