合成氨装置合成工段的优化与调整

合成氨装置冷冻系统的工艺优化调整王静 宇（大庆石化公司化肥厂，黑龙江 大庆163714 ）摘要：文中分析了某化肥厂合成氨装置合成工段出现的生产问题，重点讨论了氨气压缩机105-J能力不足和合成气压缩机103-J能耗高的问题。采取了相应的技术措施，使合成系统的工况得到了明显的改善。关键词：合成工段；105-J；103-J；功耗某化肥厂合成氨装置自扩能改造以来，通过技术改造和优化调整，克服生产瓶颈和薄弱环节使合成氨产量达到485kt/a，每t氨的综合能耗达到35020kJ，实现了装置的达产达标。文中结合装置扩能改造后多年的生产实践，对合成工段的出现的问题进行了讨论，并提出了相应的解决方案。1氨气压缩机 105-J能力不足1.1故障现象装置进入夏季后，循环水温度居高不下，经常在 30速器PRC-9全开，其控制压力仍超标， 105-J氨气吸入量计值。表明冷冻系统热负荷太大， 105-J能力不足。

℃以上。氨气压缩机105-J透平调FRC-9、FRC-10、FRC-11均超过设1.2原因分析经过认真的探讨和总结，排除其他原因后，认为冷却器

124-C

水量不足，影响氨气压缩机105-J的做功能力[1]。冷却器124-C是合成回路中的关键设备。 124-C的水量不足，则 124-C出口工艺气温度较高，造成后部氨冷器 117-C和118-C的冷冻负荷加大。124-C合成气出口温度设计为 35℃,实际达到 40℃,124-C设计温降 42℃，热负荷为 47700kJ/h，差5℃，为设计温差的 1/8，约有6000kJ/h的热量没有被水冷却，需 105-J做功后的氨来冷却。 124-C的气氨液化率大大降低，增加了 105-J热负荷，影响夏季生产负荷。具体流程图见图 1。128-C105-J 110-F111-F112-FCW117-C118-C119-C124-C106-F120-C图1冷冻系统和合成系统简图图1冷冻系统和合成系统流程1.3解决办法通过分析装置的循环水流量分配，决定对从合成氨装置循环水来水总管接来水线进入

124-C循环水线进行改造。在装置检修时，124-CA/CB，换热后的水直接进入循环水回水总管上，加大

124-C

的循环水量，原

124-C

循环水线断开，直接进入

134-C，回到合成总回水管线[2]。124-C循环水线改造后，使 124-C循环水流通量增大，不仅可以更效地带走 124-C合成气热量，降低了后部氨冷器 117－C，118－C，119－C的热负荷，从而减小冷冻系统负荷，将会大大缓解 105-J热负荷过高的问题。改造前后工作运行数据见表 1。表1124-C水线改造前后105-J数据对比项目设计改造前改造后LOAD/%10099.8100.2-1/(th·)62.56362.7FQR-333FRC-15/(m3·h-1)580000625000625000循环水入口/℃30.82328循环水出口/℃454337工艺气入口/℃777070工艺气出口/℃354037SR-105J/(rmin·-1-66006440)SR-103J/(rmin·-1-1070010700)124-C循环水改造项目实施后，大大缓解了105-J热负荷过高的问题，提高了生产负荷。2006年6月份循环水温度达28℃时，105-J转速6600r/min，负荷只有90%。124-C循环水改造项目实施后，在生产负荷100%的情况下并且105-J仍有调节余地。生产负荷相差10%，每d至少多产氨140t。2合成气压缩机103-J能耗高问题2.1故障现象每当夏季来临，随着气温的升高，合成气压缩机103-J常出现循环量大、段间温度高、功耗居高不下的问题，成了制约进一步提高氨产量的瓶颈。其中循环气量FRC-15经常达到650000m3/h，合成塔105-D入口氨含量长期在1.18%~1.21%之间，严重影响了合成塔的反应效果[3,4]。2.2原因分析经过认真的排查，并结合多年的操作经验发现，氨冷器117-C、118-C和与其并联换热器120-C存在着热负荷分配不均的问题[5,6]。117-C、118-C的热负荷分别为9910kJ/h和20310kJ/h，120-C的热负荷为33050kJ/h。当120-C入口阀HCV-10全开时，120-C负荷几乎已经到了极限，而117-C、118-C则远未达到额定负荷状态。这就造成了120-C出口气体温度超高，即使118-C出口温度低。但是118-C和120-C出口的工艺气汇合后去119-C换热后，106-F温度TR-31只有-24℃，达不到设计温度-26℃。106-F出口气相气闪蒸量大，经过120-C换热后，最终回到103-J高压缸，造成103-J循环气量大，进而造成合成塔入口氨含量增高。工艺流程见图2。105-J图1冷冻系统和合成系统简图图2系统的工艺流程2.3解决办法将120-C入口蝶阀HCV-10由全开关到50%开度。重新分配117-C/118-C和120-C气量。气量重新分配后， 等于将合成工艺系统的负荷转移一部分到冷冻系统上去了 [7]。HCV-10关小后，将120-C的气体转移一部分到 117-C和118-C，去120-C的气量减少了一部分。这样120-C和118-C出口气体汇合后温度降低了大约 8~9℃，106-F温度TR-31由原来的-24 ℃降低到3 3-26 ℃，减小了循环量 FR-15的量，使其由 640000m/h下降到620000m/h左右，降低了约20000m3/h，103-J转数下降了 50r/min 左右，同时降低了合成塔入口氨含量，使其由1.18%~1.21%下降到1.08%~1.13%，合成塔反应变好，增加了氨产量。3下降到3对于105-J，由于117-C、118-C的气量增大，FRC-9由28000m/h23000m/h，3333FRC-10量由22000m/h上升到25000m/h，FRC-11的量由10000m/h下降到12000m/h。在105-J氨气循环量一定的情况下，低压缸吸入的气体转移到高压缸，降低了105-J功耗，使得105-J的转数由6400r/min下降到6250r/min左右。具体数据见表2。表2HCV-10调整前后数据对比项目调整前调整后LOAD/%100100TR-107/℃3025TR-191/℃2525TR-31/℃-25-26.5FRC-15/(km3·h-1)640619FRC-9/(km3·h-1)2823FRC-10/(km3·h-1)2225FRC-11/(km3·h-1)1012SR-105J/(rmin·-1)63786239SR-103J/(rmin·-1)1040810346合成塔入口氨含量/%1.211.133结束语该合成氨装置冷冻系统经过循环水改造， 105-J能力显著提高，具备长周期运行条件。合成氨装置合成工艺系统工艺气经过重新分配， 103-J能耗显著降低， 105-J转数下降。117-C/118-C和120-C气量气量重新分配后， 106-F温度降低，106-F气体经120-C

回到103-J高压缸的气体温度降低， 103-J循环气温度 TR-107由31℃下降到 25℃，达到了工艺指标的下限。如果循环水温度过低或者生产负荷突然降低， TR-107将超标。由于103-J段间设有分子筛，吸附前部的水和二氧化碳，所以即使 TR-107温度降低到工艺指标下限而超标，也不会生成氨基甲酸铵，对 103-J叶轮造成影响。参考文献：姜义君.合成氨装置冷冻系统优化[J].大氮肥，2008，34(1)：220-222.赵学臣.合成氨装置冷冻系统的节能技术改造[J].化肥设计，2010，48(1)：40-41.陈继兴.合成氨冷冻系统氨压缩机带氨问题解析[J].氮肥技术，2010，31(1):24-25.孙广.合成氨装置冷冻负荷影响因素[J].泸天化技，2007，31(4)：387-389.景永峰.合成氨厂冷冻系统节能改造小结