侯 松

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

氨罐小冰机效率下降原因分析及改进措施

侯 松

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

针对合成氨装置液氨储罐配套设备小冰机系统出现的效率下降问题，结合小冰机系统的工作原理及检修情况，分析小冰机效率下降的原因，并提出相应的改进措施，保证了小冰机的安全稳定运行。

小冰机；效率下降；原因分析；改进措施

中海石油化学股份有限公司（简称中海化学）二期合成氨装置采用美国KBR工艺，生产能力为1 500 t/d。该装置自2003年10月投产以来，总体运行稳定，能耗低。氨罐小冰机系统是合成氨装置的一个重要系统，主要由氨罐、小冰机、氨泵和氨火炬组成，见图1。

图1 氨罐小冰机系统

合成氨装置液氨储罐的温度为-33℃，远远低于环境温度（年平均25℃），氨罐中的液氨受热，部分液氨蒸发成气氨。正常生产时，小冰机系统通过螺杆式压缩机做功将蒸发的气氨压缩，被压缩后的气氨分别进入水冷器和节能器进行冷却成液氨后再返回氨罐，避免其放空对环境产生污染。如果小冰机系统出现故障，气氨则无法正常进行回收，随着氨罐内气氨的积聚，氨罐压力就会升高。当压力高于放空阀PV2003的设定值时，阀门就会打开，气氨将排放至氨火炬进行燃烧。所以小冰机系统的运行好坏，直接决定氨罐气氨是否放空，而气氨放空将会直接造成经济损失和环境污染。

1 故障现象

根据合成氨装置生产管理系统（WPKS）显示，见图2。2012年全年PV2003阀打开的次数超过100次。阀门的平均开度为3.5，每次打开时间约为4h。根据PV2003阀门设计参数得知，该阀最大流通量为44 300kg/h，其可调比为25，根据公式Q＝QmaxR（1/L-1）（l/L为阀门开度，Q表示流量，Qmax表示最大流量，R为可调比）计算得：PV2003在2012年至少放空的气氨量为：100×2×44 300×25（0.035-1）＝793 334kg。

图2 2012年PV2003阀门开关情况

小冰机的设计氨处理量为901m3（标）/h，换算成质量流量约为683.9kg/h。LIC2015是经小冰机氨储槽的液位控制阀，其阀门开度反应出经小冰机处理后的液氨流量。根据趋势发现全年LIC2015的平均开度为32.5％。根据阀门设计参数表，该阀最大流量为836.2kg/h（对应0.37Cv），则执行Cv值为2.5对应的最大流量5 650kg/h，设计压差1.0MPa，其可调比为100，根据公式Q＝QmaxR（1/L-1）（l/L为阀门开度，Q表示流量，Qmax表示最大流量，R为可调比）计算得：LIC2015阀位为32.5％的流通氨量＝5 650×100（0.325-1）＝252.4kg/h。

由此可判断经小冰机处理的气氨液化后返回氨罐的流量只有252.4kg/h，只为设计值的36.9％，说明小冰机的效率即气氨处理能力下降十分严重。

大量的气氨放空既给企业造成巨大经济损失，也对环境带来一定的污染。所以如果能够解决该系统存在的问题，及时将氨罐蒸发出的气氨进行回收，保证PV2003阀一直处于关闭状态，则每年至少可以减少793 334kg的气氨排放。为此，我部专门成立了《提升小冰机气氨处理能力》的技术攻关小组，经过不懈努力，终于解决了小冰机效率下降问题。

2 故障原因分析

通过查询历史数据，2006—2007年，小冰机的气氨处理能力是完全可以满足生产需要的。两年间内PV2003放空阀从未打开过。而到了2012年，小冰机的工况发生了改变，在气温最高的4—10月份，小冰机负荷几乎一直保持在100％，但是氨罐放空阀PV2003仍然频繁打开。

通过比较，200—2007年以及2012年的4—10月月平均气温都在30℃以上，并没有发生太大的变化。由此说明PV2003放空阀的打开不是受环境温度影响，而是由于小冰机经过长年的运行，气氨的处理能力下降造成的。经分析，小冰机系统效率下降可能有以下几个方面的原因：

2.1 小冰机负荷调节油油温高

通过比较2007年和2012年的小冰机运行数据，发现小冰机的负荷调节油油温由60℃涨至66℃。小冰机负荷调节油温度上升，在油气混合压缩的过程中热量传递给气氨，造成压缩机出口气氨温度升高，导致通过出口水冷凝器液化的气氨量下降，从而造成小冰机系统气氨处理量下降。

为此，我们将小冰机系统停运，更换新的润滑油后再次启机，此时系统负荷调节油温已下降至正常运行时的60℃。观察两周时间后，发现在系统负荷100％的情况下，PV2003放空阀仍然打开，说明负荷油温不是影响小冰机效率下降的原因。

2.2 压缩机滑阀阀头间隙增大，影响系统负荷调整

压缩机的负荷大小是通过滑阀的开度来调整的，频繁的负荷调整可能会造成滑阀阀头出现磨损，间隙增大，进而造成显示运行负荷与系统实际负荷的偏差。

通过对滑阀检修，发现滑阀阀头存在轻微的磨损，进行修复处理，重新启动小冰机。观察两周时间后，发现在系统负荷100％的情况下，PV2003放空阀仍然打开，说明滑阀不是影响小冰机效率下降的原因。

2.3 小冰机入口气氨温度高

来自氨罐的气氨在输送途中，由于管道保冷效果等原因，气氨温度升高。为了保证进入小冰机的气氨达到饱和温度-33℃，所以气氨在进入压缩机前先经过入口分离罐进行冷却。而通过小冰机的操作屏数据发现，该段时间小冰机的入口气氨温度平均在5.9℃左右，远远高于其饱和温度。这就造成压缩机的出口气氨温度升高，从而造成出口水冷凝器液化的气氨量下降。

经过检查，发现小冰机入口分离罐没有液位，原因是液氨调节阀出现故障，无法进行正常补液，所以气氨在未进行冷却后就进入压缩机，造成压缩机出口温度高。

2.4 水冷凝器换热效率下降

通过比较2007年和2012年的小冰机运行数据，发现其水冷凝器的循环水量由41 t/hr下降至34 t/hr，小冰机水冷器循环水流量下降，造成气氨的冷凝效果下降，进而导致小冰机系统的气氨处理量下降。

通过分析，水冷凝器换热管为碳钢材质，循环水常年流经碳钢设备，很容易造成换热管结垢堵塞，从而影响到循环水的流通量，进而降低了换热效率，造成气氨冷凝效果下降。

2.5 节能器出口液氨温度高

经过小冰机压缩后的气氨进入水冷凝中进行冷却，变成液氨进入氨储槽中，由于温度过高，所以氨储槽中的液氨还需要经过节能器进行再次冷却后才能送至氨罐，而节能器膨胀阀的好坏直接影响到液氨的冷却效果。检查发现，节能器出口液氨温度设计为-15℃，而实际却为35℃。出口液氨温度高，造成返回氨罐的液氨汽化量增多，进而加重小冰机的气氨处理负担。

通过检查，发现液氨温度高是由于节能器入口膨胀阀堵塞后，管程汽化液氨数量下降，从而无法提供更多的冷量冷却液氨。

2.6 结论

通过以上分析，2012年氨罐小冰机系统放空阀PV2003打开的可能主要原因为以下几个方面：①压缩机入口分离罐故障，吸入口气氨温度过高；②系统水冷凝器换热效率下降，影响气氨冷凝效果；③系统节能器入口膨胀阀故障，造成出口液氨温度过高。

3 改进措施

3.1 更换入口分离罐液位调节阀

小冰机系统停运后，对入口分离罐液位调节阀进行检查更换。系统投入运行前，入口分离罐建立40％液氨液位。此时压缩机入口温度由原5.9℃下降至-33℃。

3.2 水冷凝器换热管进行机械水射流清洗

在小冰机系统停运检修期间，对水冷凝器拆卸封头，发现换热器管板部分换热管被循环水中的杂物堵塞，换热管结垢明显，见图3。

图3 水冷凝器结垢图

联系换热器专业清洗厂家，对该换热器换热管进行高压机械水射流清洗。清洗过后，循环水的流量由34 t/h提高至41 t/h，换热器恢复正常，气氨冷凝效果提升。

3.3 更换节能器入口膨胀阀

更换小冰机节能器入口膨胀阀，系统投入运行后，对控制阀的开度进行调整，使节能器出口液氨温度由检修前的35℃下降至-10℃，基本接近设计温度。小冰机技术攻关前后工艺参数见表1。

表1 小冰机技术攻关前后工艺参数对照表

4 实施效果

4.1 设备运行情况

自改进措施实施以来，小冰机系统一直运行正常，正常运行期间，氨罐放空阀PV2003一直处于关闭状态。由此可以证实攻关小组对小冰机效率下降的原因分析及改进措施是准确有效的。

4.2 经济效益评价

小冰机的问题解决后，小冰机的气氨处理量明显增加。LIC2015阀的开度由之前的32.5％升至了54％。根据公式Q＝QmaxR（1/L-1）（l/L为阀门开度，Q表示流量，Qmax表示最大流量，R为可调比）计算得：LIC2015阀位为54％的流通氨量＝5 650×100（0.325-1）＝679.2kg/h。

相比2012年的运行情况，每年可减少约793.33t的气氨排放，若按每吨氨3 000元计算，每年可为企业节省资金238.00万元，经济效益显著。

5 结束语

合成氨装置氨罐小冰机系统的正常运行，关乎到企业的资源回收和社会的环境保护。通过对小冰机系统存在的问题进行深入分析和仔细研究，并实施有效改进措施后，恢复该系统应该发挥的重要作用，进而对企业的节能减排工作有明显提升，同时对环境保护也起到巨大作用。

[1]胡益民.氨罐小冰机故障诊断[J].大氮肥，1997.

[2]蒙福祥.小冰机损坏原因分析及其改进措施[J].压缩机技术，2003.

[3]任晓善.化工机械维修手册.下卷[M].北京：化学工业出版社，2004.

Cause Analysis and Improvement Measures of Decreasing Ammonia Tank Ice Machine Efficiency

Hou Song

The efficiency of synthetic ammonia device of liquid ammonia storage tank equipment wheatgrass machine system for decline，combined with wheatgrass machine system working principle and maintenance，analysis of the reasons for the decreased efficiency of the ice machine，and put forward the corresponding improvement measures，ensure the wheatgrass machine of the safe and stable operation of.

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TQ113.25

B

1003-6490（2016）08-0001-03

2016-07-30

侯松（1986—），男，助理工程师，主要从事设备技术管理工作。