摘   要：介紹燃?xì)廨啓C(jī)及空氣壓縮機(jī)自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)存在的問(wèn)題，各個(gè)時(shí)間段通過(guò)技術(shù)改造取得較好效果，確保燃?xì)廨啓C(jī)及空氣壓縮機(jī)安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行，滿足裝置生產(chǎn)需求。

關(guān)鍵詞： 燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)控制系統(tǒng)；燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)；燃?xì)鈮嚎s機(jī)

某化肥廠一期合成氨裝置的設(shè)計(jì)能力為 300 kt／ a，燃?xì)廨啓C(jī)和空氣壓縮機(jī)是合成裝置最為核心的設(shè)備，燃?xì)廨啓C(jī)乏氣進(jìn)入廢熱鍋爐產(chǎn)生高壓蒸汽，壓縮后的空氣進(jìn)二段轉(zhuǎn)化爐作為工藝空氣和送儀表空氣管網(wǎng)使用。一期合成氨裝置自 1996 年投產(chǎn)已運(yùn)行 24 a，由于排氣氮氧化物超標(biāo)，根據(jù)治理需求，于 2020 年 6 月大修進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)整體更換改造，現(xiàn)將燃?xì)廨啓C(jī)及空氣壓縮機(jī) 20 年以來(lái)的技術(shù)改造進(jìn)行總結(jié)。

1  燃?xì)廨啓C(jī)及壓縮機(jī)入口增設(shè)空冷系統(tǒng)

1.1 改造原因

從 1996 年建廠投產(chǎn)以來(lái)，燃?xì)廨啓C(jī)功率受外界環(huán)境溫度的影響極大，加之海南全年大部分時(shí)間都是處于高溫狀態(tài)，機(jī)組表現(xiàn)為長(zhǎng)期功率不足，白天和晚上系統(tǒng)加減負(fù)荷頻繁。為提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，經(jīng)設(shè)計(jì)得出必須將機(jī)組入口工藝空氣和燃燒空氣由長(zhǎng)期性的 35 ℃降至約 15 ℃，其燃?xì)廨啓C(jī)和壓縮機(jī)的功率即滿足工藝要求。

1.2 改造方案

空氣冷卻系統(tǒng)的冷量來(lái)源于冷凍系統(tǒng)，通過(guò)間接換熱的方式，從冷凍系統(tǒng)引來(lái)的冷氨先冷卻25%的乙二醇溶液， 再利用乙二醇溶液冷卻空氣，機(jī)組入口工藝空氣和燃燒空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的溫度為 35 ℃，經(jīng)過(guò)空氣冷卻器換熱將其冷卻到 15 ℃左右，送往壓縮機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，換熱后出空氣冷卻器的乙二醇溶液溫度為 11 ℃，經(jīng)冷媒循環(huán)槽、冷媒輸送泵送至冷媒氨冷器， 被冷凍系統(tǒng)來(lái)的液氨冷卻至 1 ℃。工藝流程如圖 1 所示。

1.3 改造后效果

改造后空氣壓縮機(jī)入口溫度從 35 ℃降到 15℃，提高空氣壓縮機(jī)能力，確保系統(tǒng)在設(shè)計(jì)壓力下運(yùn)行，不受高溫氣候影響，機(jī)組運(yùn)行更加穩(wěn)定。

2  油系統(tǒng)增加一組油冷器

2.1 改造原因

空氣壓縮機(jī)組油冷器為雙聯(lián)型換熱器，正常生產(chǎn)時(shí)采取一開(kāi)一備投用方式。使用時(shí)發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過(guò)油冷器冷卻降溫后總油管油溫偏高，油溫高會(huì)引起油氧化，使其安定性變差，同時(shí)大量油氣經(jīng)過(guò)放空管排放至大氣，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。

2.2 改造方案

將油系統(tǒng)原油冷器與新增換熱器進(jìn)行串聯(lián)，加大換熱面積，同時(shí)將原有的管線繼續(xù)保留，在新?lián)Q熱器進(jìn)、出口管線及原換熱器出口管線上，分別增加一個(gè)用作隔離切斷的截止閥，如換熱器進(jìn)行串聯(lián)后影響機(jī)組油系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行指標(biāo)時(shí)（主要考慮改造后油壓的變化），可立即切斷新增換熱器進(jìn)、出口管線，改走原換熱器管線，確保機(jī)組運(yùn)行安全。油冷器改造流程如圖 2 所示。

2.3 改造后效果

改造后潤(rùn)滑油大壓降滿足機(jī)組運(yùn)行， 串聯(lián)新?lián)Q熱器后可將油溫由 60 ℃降至 45 ℃，減少了機(jī)組油箱油氣放空量， 將每月補(bǔ) 4 桶 32# 防銹油，降低至每月 1 桶。

3  XINRAN Ⅱ 控制系統(tǒng)改為XR5038 控制系統(tǒng)

3.1 改造原因

燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)為 XINRAN Ⅱ，由于部分電子元件發(fā)生老化， 部分卡件和芯片經(jīng)多年的運(yùn)行后，進(jìn)入故障高發(fā)期。整套系統(tǒng)在用卡件和備用卡件較多，需長(zhǎng)期備有大量卡件，備件費(fèi)用較高，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，維修難度大。加上 XINRANⅡ 控制系統(tǒng) 2000 年后產(chǎn)商已經(jīng)停止生產(chǎn)此備件，存在備件缺失風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 改造方案

燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)于 2008 年大修期間進(jìn) 行全盤(pán)改造，XR5038 控制系統(tǒng)由上海信然公司研發(fā)。采用分散控制，從輸入端子到輸出端子，所有的控制功能都是在獨(dú)立的硬件體系中完成。此次改造保留了原控制系統(tǒng)的所有功能，對(duì)其不足之處進(jìn)行改進(jìn)，將調(diào)速、防喘振、負(fù)荷三者協(xié)調(diào)控制，使用三重冗余容錯(cuò)控制系統(tǒng)可以識(shí)別和補(bǔ)償控制系統(tǒng)元件的故障，并且 XR5038 系統(tǒng)允許在線更換部分故障元件，不中斷過(guò)程控制。提供 HMI 監(jiān)控畫(huà)面，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作人員習(xí)慣提供一個(gè)良好的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和直觀、方便的操作。

3.3 改造后效果

XR5038 控制系統(tǒng)改造后，運(yùn)行穩(wěn)定，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速控制穩(wěn)定，速度波動(dòng)較小，排氣溫度在 480 ℃左右。提高了機(jī)組的自控和操作水平。

4  壓縮機(jī)一段入口增加純氧混合裝置

4.1 改造原因

合成氨裝置原料氣更換為貧氣的升級(jí)改造需要在空氣壓縮機(jī)入口加入純氧， 確保適當(dāng)氫氮比的同時(shí)提高二段轉(zhuǎn)化爐出口溫度， 空氣壓縮機(jī)和附屬管道為碳鋼材質(zhì)。用純氧作為生產(chǎn)原料，安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)極高，采用常規(guī)混合方法將純氧混入壓縮機(jī)入口難以使氧氣和空氣快速混合均勻，增加了設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。為避免發(fā)生不安全現(xiàn)象，設(shè)計(jì)一種新型的氧氣混合裝置。

4.2 改造方案

新型的氧氣混合裝置剖面如圖 3 所示。

機(jī)身順氣流方向半圓筒上開(kāi)孔 300 個(gè)。設(shè)計(jì)孔徑 15 mm，奇數(shù)層和偶數(shù)層各 12 個(gè)開(kāi)孔，確保氧氣和空氣平穩(wěn)快速均勻的混合，以及氧氣有充足的流通面積避免產(chǎn)生氣流擾動(dòng)。

4.3 改造后效果

純氧從混合裝置噴出后平穩(wěn)匯入主氣流，氧氣和空氣在進(jìn)入壓縮機(jī)之前快速均勻混合，不在碳鋼材質(zhì)壓縮機(jī)和管道局部產(chǎn)生富氧環(huán)境，避免裝置在局部富氧環(huán)境中出現(xiàn)油脂自燃、高速的鐵銹、焊渣等顆粒與管道發(fā)生摩擦和沖擊碰撞，引起燃燒并導(dǎo)致管道起火、 機(jī)組碳鋼部件腐蝕加劇等不安全現(xiàn)象，確保生產(chǎn)裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5  壓縮機(jī)入口增設(shè)空氣隔離板

5.1 改造原因

以天然氣為原料的合成氨裝置采用離心式壓縮機(jī)為二段轉(zhuǎn)化爐提供工藝空氣，由于原料氣源替代，原料天然氣組分出現(xiàn)較大變化，工藝空氣改用富氧空氣（氧含量 26%）。但是傳統(tǒng)空氣壓縮機(jī)采用梳齒密封方式， 且軸承箱與缸體本體無(wú)縫連接，軸承箱的油氣會(huì)串入壓縮機(jī)缸體，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)各段間入口管道有油垢積累和軸端氣封底部有潤(rùn)滑油積存等問(wèn)題。若純氧和空氣混合不均勻，油氣、油垢和潤(rùn)滑油與富氧空氣接觸，存在自燃和爆炸風(fēng)險(xiǎn)，成為設(shè)備運(yùn)行的重大安全隱患。

5.2 改造方案

為確保機(jī)組運(yùn)行安全，設(shè)計(jì)空氣壓縮機(jī)隔離氣裝置，在壓縮機(jī)軸承油封處引入隔離氣，作用于軸端密封與軸承油封之間，杜絕富氧空氣與油氣接觸。設(shè)計(jì)隔離氣供氣裝置，提供穩(wěn)定壓力的隔離氣，利用設(shè)備原有的工藝孔，引隔離氣進(jìn)入軸端密封外側(cè)軸承油封梳齒密封中部，通過(guò)軸端密封腔室頂部放空口排放，密封壓力大于軸承箱油氣壓力?？諝飧綦x氣擋板改造如圖4 所示。

圖4  空氣隔離氣擋板改造

1，3，4，5，8，9，10，12，14，17，19，21，23—閘 閥 ；6，7—過(guò)濾器；2，15，16—壓力表；11—自力式調(diào)節(jié)閥；13—限流孔板；18，20，22，24—止逆閥

隔離氣總管過(guò)來(lái)的隔離氣經(jīng)截止閥后，被過(guò)濾器過(guò)濾，自力式調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)壓力和流量，從帶止逆閥的隔離氣各支管進(jìn)入壓縮機(jī)各軸端密封腔室。自力式調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)旁路，便于閥門(mén)在線維修，旁路設(shè)置孔板確保始終有一定流量。

5.3 改造后效果

隔離氣裝置投入使用后，油氣被隔離，避免了壓縮機(jī)因油氣沉積在葉輪上所造成的功率下降，能節(jié)約燃料天然氣。因工藝需要，必須在空氣壓縮機(jī)入口加入純氧，空氣氧含量由 21%增加到26.1%（富氧空氣）。如不實(shí)施隔離氣改造，油氣會(huì)混入富氧空氣中產(chǎn)生自燃甚至爆炸，從而造成停車和設(shè)備損壞等事故。

6  燃?xì)廨啓C(jī)燃料氣增加供氣管線

6.1 改造原因

某化肥廠一期有三條天然氣供應(yīng)管線 ，2016 年技術(shù)改造后，燃料氣供應(yīng)有崖城氣管線和脫碳?xì)夤芫€。氣經(jīng)預(yù)脫碳裝置脫碳后含凝析油、胺液和水，氣基本不含雜質(zhì)和水分，熱值與脫碳后的東方氣只有微小差別，因此，氣更適合燃?xì)廨啓C(jī)使用。燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行中由于崖城氣供氣存在不確定因素，可能影響裝置正常生產(chǎn)，需要用氣或脫碳?xì)舛虝r(shí)間內(nèi)替代。經(jīng)咨詢?nèi)細(xì)廨啓C(jī)廠家，在不注汽情況下，燃?xì)廨啓C(jī)無(wú)需改動(dòng)能短期使用氣和脫碳?xì)庾鳛檠?13-1 的替代氣源，計(jì)劃可行。

6.2 改造方案

燃?xì)廨啓C(jī)燃料氣供氣壓力調(diào)節(jié)前有兩條供氣管線，一條為崖城氣，一條為天然氣壓縮機(jī)高壓缸段入口供氣管線，用盲板隔離，如圖5 所示。

改造后流程增加氣到崖城氣管線，設(shè)雙閥和導(dǎo)淋，增加閥門(mén)，盲板變換位置。如圖 6 所示。

6.3 改造后效果

改造后，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)氣的相互快速切換，能避免因氣中斷或減少而造成的停車，確保裝置穩(wěn)定運(yùn)行。滿足不同工況時(shí)的生產(chǎn)需要，解決裝置老化折舊中產(chǎn)生的問(wèn)題，為未來(lái)的更新改造提供經(jīng)驗(yàn)。