40万t/a合成氨装置凝气系统表冷器真空度偏低原因分析及技改措施
达州玖源化工有限公司40万t/a合成氨装置系于2007年引进的美国二手设备，2010年建成投产，但自原始开车以来一直存在表冷器真空度偏低的问题。介绍了装置凝气系统的组成和工艺流程；叙述了表冷器真空度偏低的情况；分析了真空度偏低的原因；提出了更新表冷器抽气器、改用中压蒸汽、替换疏水器等技改措施。结果表明，2013年1月实施技改后，表冷器的真空度由技改前的-72～-74.5kPa达到-90.6kPa，由此降低了凝气式透平的蒸汽消耗，可节约生产成本800万元/a。
1、凝汽系统工艺流程
装置凝汽系统由大小表冷器及3台大机组凝汽式透平101-JT、105-JT、103-JBT、6台小机泵凝汽式透平101-BJAT、101-BJBT、104-JT/JAT、107-JT/JAT组成。来自各运行凝汽式透平的乏汽进入大表冷器(101-JC)、小表冷器(101-JCA)壳侧，在管侧循环水的冷却下，形成蒸汽冷凝液，在表冷器液位控制阀(LCV-2)的控制下，由蒸汽冷凝液泵(112-J)送到脱盐水工段精制器。大、小表冷器中的不凝气分别由大表冷器抽气冷却器(168-C)、小表冷器抽气冷却器(169-C)抽出冷却，冷却形成的蒸汽冷凝液返回表冷器热水井，不凝气经二级排气口排入大气，以保持一定的真空度。
2、表冷器真空度情况
表冷器真空度设计值为-87.7kPa，但自合成装置开车以来，系统真空度一直运行不好。经过反复调整，表冷器压力始终只能维持在-82.6～-80kPa，而且开工抽气器不能停下来，造成抽气器耗蒸汽量较大且现场噪音较大。在高负荷状态下，凝汽式透平(101-JT)的一级后背压最高达到2.1MPa，远高于国内同类型压缩机透平的一级后背压。真空度低影响机组继续升转，进而影响装置加负荷。真空度偏低造成各凝汽式透平的蒸汽耗量增加，影响装置的产品单耗。国内同类型装置表冷器真空度大多能维持在-93～-86.6kPa，相比之下，该装置表冷器真空度有较大差距。
3、表冷器真空度偏低原因分析
影响表冷器真空度的因素一般有以下几个方面：①真空系统泄漏；②表冷器循环水温高；③热水井液位过高；④抽气器工作效率降低；⑤表冷器换热管结垢；⑥抽气阀或蒸汽阀开度不当；⑦表冷器水侧带气，影响换热；⑧主抽气器蒸汽喷嘴堵塞；⑨主抽气冷却器疏水不畅，引起主抽气器工作效率降低。针对有可能导致真空度偏低的相关因素，该公司组织相关技术人员逐项排查，最后发现真空系统存在以下问题。
3.1、小表冷器抽气冷却器(169-C)失去作用
小表冷器抽气冷却器(169-C)在建设安装时发现其腐蚀严重，因此由某机械厂按原样重新制作，但其在重新制作过程中的恢复设计时出现错误，在设计上一级冷却器的换热面积要比二级冷却器大，而实际制作的一级冷却器换热面积却比二级换热面积明显偏小，这已从厂家提供的图纸与现场实物进行对比得到证实。另外小表冷器抽气冷却器(169-C)一级没有疏水，二级没有排气，虽经公司对小表冷器抽气冷却器(169-C)做了相关的改造，即增加一级疏水，二级排气，且更换了一级扩压器，但小表冷器抽气冷却器(169-C)再次投用时，
表冷器真空度没有明显变化，切除后也不会对真空度造成影响，说明小表冷器抽气冷却器(169-C)没有起到应有的作用。
3.2、大表冷器抽气冷却器(168-C)失去作用
现场检查发现，在其他条件正常的情况下，大表冷却器抽气冷却器(168-C)不凝气放空管空气排出，偶尔发生空气倒灌或喷水现象，经现场调整后无明显效果，说明主抽气器未发生作用，若其工作正常，放空管肯定会有不凝气体排出的。经过关闭主抽气器空气阀验证，真空不但没有下降反而略有好转。2012年大修期间对大表冷器抽气冷却器(168-C)的中间冷却器和后冷却器做隔板试漏时发现，隔板有轻微漏水现象，说明大表冷器抽气冷却器(168-C)使用时间长，一、二级之间的隔板出现漏气现象，二级气反漏到一级，影响抽气效果。隔板在一、二级之间，还有换热管从隔板穿过，因此难以进行修复。
大修开车后，发现表冷器真空度明显偏低，仅-72～-74.5kPa，经现场排查发现大表冷器抽气冷却器(168-C)二级排气口有较明显吸气的现象，逐步关闭大表冷器抽气冷却器(168-C)不凝气进口阀，切除大表冷器抽气冷却器(168-C)后，真空度反而好转，达到～-81.3kPa。因此可以断定，大表冷器抽气冷却器(168-C)根本就没有发挥作用。
3.3、大表冷器抽气冷却器疏水器排水不畅
现场检查发现，大表冷器抽气冷却器(168-C)放空管间断喷水，大小表冷疏水器入口管温度低(如畅通应是热的)，说明疏水器排水不畅，导致换热器壳层积水，既影响换热又对气流造成阻塞，既影响抽气效果又造成冷凝液损失。
现场检查疏水器，发现疏水器为自由浮球式，疏水孔较小，其系统存在杂质，容易造成疏水器堵塞无法疏水。另外疏水器安装在地面，主抽气器与表冷器热水井之间形成U形弯，阻力降较大，全开疏水器副线阀仍然没有明显变化，而同类大型化肥装置疏水器安装位置离地面较高，疏水器后管道水平接至热水井。改进办法是改变疏水器位置，从主抽气器冷凝液排口出来后直接连接疏水器，保证疏水器后管道水平进入表冷器热水井，降低冷凝液流动阻力，并且在疏水器出口设置水平方向副线，同时用原从美国拆回的疏水器更换国产疏水器。但在上述改进下，仍然无任何效果。
4、对策及措施
经过上述措施与分析，该公司认为表冷器的2台主抽气器已失去作用，没有修复价值，为提高表冷器真空度，降低装置消耗，必须对大表冷器抽气冷却器(168-C)及小表冷器抽气冷却器(169-C)2台设备进行更换。针对原大表冷器抽气冷却器(168-C)及小表冷器抽气冷却器(169-C)结构上存在的缺陷，经与制造厂家商定，采取3项技改措施：①新的主抽气器采用中间管侧进出冷却水，将一、二级抽气器放在两边，消除设备使用时间较长后出现一、二级之间可能窜气的问题；②针对原设计采用低压蒸汽品质较差，耗气量大的缺点，改为直接使用中压蒸汽，蒸汽品质大为改善且耗气量降低；③针对原疏水器疏水效果差的问题，采用英国原装进口疏水器。新订购抽气器的主要工艺参数见表1。
表1 抽气器主要工艺参数
5、实施效果
2013年1月，该公司订购的国内某知名厂家生产的大表冷器抽气冷却器(168-C)和小表冷器抽气冷却器(169-C)安装完毕投入运行，表冷器真空度达到了-90.6kPa，优于合同约定值-89.4kPa，彻底解决了困扰公司2年多的运行问题。新的主抽气器投用后，开工抽气器能够停用，节约了蒸汽，也显著降低了现场噪音。由于表冷器的真空度明显改善，在同等负荷状态下，凝汽式透平(101-JT)一级后背压由投用前的1.61MPa降至1.54MPa，凝汽式透平(105-JT)一级后背压由投用前的1.54MPa降至1.5MPa，以投用前与投用后的辅锅少用的天然气以及快锅减少向合成装置送的蒸汽量计算，每吨合成氨天然气耗实际下降19.4m3(20℃)。在合成氨装置负荷为28600m3/h状态下，合成氨装置向尿素装置每小时输送蒸汽约5t，按降低的天然气耗计算，每年可节约成本约800万元，在极短的时间内即收回了投资。
