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合成氨厂冰机选型技术总结

合成氨厂冰机选型技术总结

发布时间:
2015/01/10

合成氨厂冰机选型技术总结
 

    大化科技   2011年 合成氨厂冰机选型技术总结  张金慧  大化集团合成氨厂

 摘要: 本文主要介绍合成氨厂搬迁改造时整个系统冷量发生变化后,对冷冻系统的影响,以及匹配什么样的压缩机使系统能长周期经济运行。

关键词 螺杆冰机  离心式冰机  冷量  改造  冷冻

在合成氨的生产过程中,有许多工序的物料需要被冷却到通常冷却水达不到的温度,比如在合成工序,为使出合成塔气体中的氨和未反应的氢氮气分离开来,必须将出塔的气体冷却到6℃左右;又比如在甲醇洗工序为保证洗涤效果,需要将洗涤甲醇从-18.5℃降到-21.6℃,因此需要专门的冷冻工序。所谓冷冻就是指获得低于一般冷却水温度的冷源,通常它是需要通过以氨气压缩机为主机组成的冷冻系统来提供的。在我们生产装置中,冷冻系统有以下两方面的任务:

1、  )为二套空分,氨合成工序提供参数大约为2℃,470KPA(A)的冷源,共有三台氨冷器,氨蒸汽回到氨压机的高压段入口;

2、  )为甲醇洗,氨合成工序提供参数为-40℃。71.7KPA(A)的冷源,共有六台氨冷器,氨蒸汽汇集以后回到氨压机低压段入口。

老系统原有转动设备:

低压螺杆冰机3台,高压螺杆冰机2台,低压螺杆冰机每台最大流量为2766KG/H,高压螺杆冰机每台最大流量为12721kg/h,正常情况下低压螺杆冰机二开一备。高压螺杆冰机一开一备。

1 系统冷量变化

合成氨厂搬迁以后,由于多个工序需要改造,氨产品结构发生变化,还需要新上一套空分,从而使整个冷冻系统的冷量发生变化。下面从冰机高低压段两个方面进行比较:

(1)低压段变化:气化工序由原来的以渣油为原料改变为以煤为原料,使得出气化工序的气体组分发生变化,进而使甲醇洗工序流程上发生一系列变化以及E0506的冷量需求变大,需要增加一台低压氨冷器E0502A,该台氨冷器每小时需要液氨量为3146.7KG,E0506所需的冷量也增加到333KW。即每小时需要的氨量比原来多1000KG。冷冻系统在产品液氨全部外送,液氨不送130801大罐的情况下,氨压缩机低压段需要每小时大量8000KG;原来冷冻系统的三台低压螺杆冰机已不能够满足系统冷量的需要。

(2)高压段的变化

合成工序不再产气氨产品,E0706所蒸发气氨需要全部由冰机压缩以后冷凝为液氨,这意味着氨压机高压段每小时需要比以前多打30000KG气氨。由于气化工序使用煤作为原料以后,对氧的需求量增加较大,需要增加一套空分系统,新空分系统需要一台高压氨冷器,每小时蒸发的气氨量为1000KG,即新的冷冻系统高压冰机需要每小时打量为40吨左右。冷量变化表如下:

如果根据以上所需冷量,将老系统增加螺杆冰机满足系统需要的话,需要低压螺杆冰机5台,运行状态为4开1备。总共需要在原来的基础上增加4台螺杆冰机。如果改用透平驱动离心式冰机只需要一台冰机即满足低压段的需求。

2、螺杆冰机和离心式冰机的优劣性对比

使用螺杆冰机最大的优点是在系统变工况时调节灵活,能够适应系统各种不同工况下的运行。但是螺杆冰机均由电机驱动,能耗较高。多台冰机的连续平稳运行将耗费大量的人力,由于螺杆冰机自身的机封问题,为了保证能够正常的备车,检修会相当的频繁,造成运行的成本高。综合考虑使用螺杆冰机对系统的运行是不经济的。采用螺杆冰机的缺点,由于压缩方式是气氨与润滑油一起压缩,带油问题是很难避免的,氨带油不仅浪费润滑油,使大系统运行成本增加,不利于整个大系统的节能降耗。并且氨冷器排油操作还有一定的危险性。使用离心式透平的优点是排气量大,尺寸小,占地面积小,安全可靠,能够长周期连续运行。运行平稳,调节方便,易于自动化操作。

离心式压缩机的缺点是一次性投资达,只适合大气量的场合,否则效率很低,转速高,气氨不能带液,日常中的监测和维护要求很高;工况随气体的温度、压力变化而变化,特别是开停车及发生事故时,防止出现喘振及其它波动情况

3、 离心式冰机的性能  

综合改造户合成氨大系统需要的冷量以及螺杆冰机和离心式冰机的优缺点,最后冷冻系统选用的离心式冰机,其性能特点如下:该离心式冰机能够在不同工况下满足系统的需要:

工况一:系统100%负荷运行,全部产液氨,8吨液氨常压大罐储存,其余的液氨送往氨用户。低压段需要吸入的气氨量为10000KG;

高压段需要吸入的气氨量为40000KG;

工况二:系统100%负荷运行,外送26吨,剩余16吨液氨送往常压大罐。

低压段入口吸入的气氨量为11200KG,高压段入口吸入的气氨量为42000KG。

工况三:系统80%负荷运行,外送26吨,剩余8吨液氨送往常压大罐。

低压段入口吸入的气氨量为9000KG,高压段入口吸入的气氨量为36000KG。

工况四:系统80%负荷运行,液氨全部外送。

低压段入口吸入的气氨量为8000KG,高压段入口吸入的气氨量为35000KG。

工况五:系统50%负荷运行,液氨全部送往氨罐储存。

低压段入口吸入的气氨量为12300KG,高压段入口吸入的气氨量为30000KG。

小结

综合上面二种冰机的优缺点,如果选用螺杆冰机需要增加4台螺杆冰机,投资数目也不是小数,但是离心式冰机的长周期经济运行能弥补其一次性投资大的不足,对于现在合成氨生产成本日益上涨的今天,选用离心式冰机是大势所趋;离心式冰机带油少优点也减少了润滑油的损失,给合成氨系统的经济运行,环保,人力投入各方面带来不少益处。

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