尿素系统与CO_2压缩机组的优化_孙友文.pdf

氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月尿素系统与 压缩机组的优化孙友文，张东旭，魏小鹏，李家栋，万小勇（兖矿新疆煤化工有限公司，乌鲁木齐）摘 要：阐述了 压缩机组在运行中出现的一些问题，从优化工艺系统运行、节能降耗角度出发，对尿素系统 压缩机组进行优化技改。结果表明：通过技改优化使得 压缩机运行更加稳定，奠定了尿素系统的安稳长满优的基础。关键词：压缩机；尿素；空分系统；防腐；压缩比 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：压缩机组作为尿素系统 提供装置，其运行状况直接决定着尿素系统的正常与否，而在 气中配入一定量防腐空气可以作为保护设备 的 手 段。从 净 化 解 吸 系 统 来 的.的 气经过离心式压缩机压缩到.，投入反应器中作为生产尿素的原料。在 压缩机一段出口配入一定量的防腐空气，脱出 气中的硫化物和，使其满足尿素系统设备防腐及尾气防爆的要求。存在的问题由于在设计期沟通不足，压缩机入口设计压力为.，而净化 解吸系统实际送出 压力为.，故在净化系统后设置减压阀，以达到设计需要操作。在运行中出现以下问题：（）低压缸的压缩比大，驱动汽轮机.过热蒸汽消耗大；（）压缩机组运行期间二回一、四回三防喘振回流量大，且容易造成机组运行不稳定；（）尿素装置最高负荷仅达设计负荷的，运行经济性受限；（）由于净化系统后的减压阀影响，压缩机组一段入口压力波动较大，常使得系统被迫停车及机组喘振；（）压缩机组连接管道时常振动。优化技改措施.压缩机一段入口压力稳定在 压 缩 机 入 口 处 新 增 个 、.缓冲罐，保证净化 解吸系统送来的 气，防止压力大幅波动影响 压缩机组的运行。将 压缩机入口压力从.调至.，经过调整后一段入口压力显著稳定，减少了受甲醇解吸系统减压过程的影响。在一段入口缓冲罐前新增 个切断阀，主要用于在检修时与前系统安全隔绝。.压缩机低压缸改造将 压缩机组低压缸首级叶轮摘除，将 级叶轮改为 级叶轮，可提高 压缩机一段入口压力，降低压缩比（见图）。（）改造前（）改造后图 改造前后首级叶轮分布图作者简介：孙友文（），男，高级工程师，主要从事煤化工科研、生产、技术、调度节能方面工作；在 压缩机一级出口新增 根回路管线至一段入口，作为 补充量，防止因一段入口气量不足引起压缩机组喘振。在一回一回路管线设置 套控制阀组，作为氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月压缩机组运行调节阀。调整一级与二级间的隔板间距，新增导流套，改变一级、二级叶轮流道。.实践经验总结在超低负荷下 放空阀富裕开度时（正常情况一般），采用全回路开车法，即全开四回三、二回一、一回一，关闭四段出口，进入系统自循环逐级升速、升压，进而顺利压缩机组，保证系统在低负荷下开车成功生产。压缩机改造前后参数对比见表。改造后喘振发生次数显著减少，管道振动情况明显改善。表 压缩机改造前后参数对比项目改造前改造后进气体积流量（）进气压力 进气温度 低压缸出口压力.正常运行程序（）提前将.过热蒸汽拉至 压缩机组前放空，保证汽轮机启动运行过程中的蒸汽供给。（）净化系统产出合格 气（体积分数.），放空阀有富裕开度（）。（）现场开启 压缩机缓冲罐前切断阀，引入 气进入缓冲罐及 压缩机系统，随系统一起升速、升压。（）气依次进入 压缩机低压缸二段共 级叶轮升压后，经过脱硫脱氢系统后再进入高压缸继续压缩至.后送至尿素合成系统。（）在一级入口气量不足或靠近防喘振线时，通过开大一回一管线回路，将一段出口气全部或部分作为一段入口气量补充，同时配合调节二回一、四回三防喘振阀，保证机组稳定。（）压缩机一、二段为低压缸，三、四段为高压缸。（）当 压 缩 机 二 段 出 口 压 力 达 到.后，将干气密封 气切换为 气密封。压缩机组的流程见图。净化系统；净化放空阀；入口切断阀；缓冲罐；全开 全关阀；一段分离器；低压缸一段压缩段；一段冷却器；外加的防腐空气；二段分离器；低压缸二段压缩段；二段冷却器；脱硫脱氢；三段分离器；高压缸三段压缩段；三段冷却器；四段分离器；高压缸四段压缩段；尿素合成系统；汽轮机；一回一管线；一回一调节阀；二回一管线；二回一调节阀；四回三管线；四回三调节阀；变速箱。图 压缩机组流程 尿素系统与空分系统防腐空气耦合的流程优化 尿素生产过程中由于存在氨、氨基甲酸铵、尿素、等腐蚀性介质，因此对设备的抗腐蚀性要求极高。采用 钢（尿素级不锈钢），同时在整体系统中加入空气或，使得在设备内表面形成一层致密的氧化膜，隔离腐蚀性介质与设备本体，从而达到保护设备的目的。原始设计采用 型螺杆式空气压缩机，提高系统所需氧量氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月及包装系统的压缩空气量，压缩空气从 压缩机一段出口分离器并入 气中，随 气一起进入系统起作用。但螺杆式空气压缩机在运行过程中经常出现以下问题：（）夏季环境气温高，且空气压缩机做功后散热性差，造成空气压缩机易超温而引起系统跳车；（）空气中杂质多，造成空气压缩机超电流，引起系统跳车；（）空气压缩机跳车造成尿素自动包装线被迫停止；（）在空气压缩机跳车后，没有 供给，对脱氢系统催化剂使用寿命造成影响，且使得高压尾气 含量超标，有尾气燃烧的危险；（）空气压缩机跳车后破坏高压系统防腐钝化膜，造成设备腐蚀。为了减少因空气压缩机跳车对整个尿素系统及包装系统的影响，实现对系统催化剂及设备的保护，利用系统已有的工艺平衡整个公用工程，具体改造措施为：（）将空分增压机一级出口新配制 条至压缩机一段出口分离器的管线，供给空气，提供。（）在新配管线上增设快关两位阀组及设置快关联锁逻辑，保证空分系统运行安全稳定。（）在两位快关阀组后配置单向阀，只允许空分增压机出口洁净的空气单向供给，防止 压缩机跳车影响空分系统。（）新增管线并入原空气压缩机至 压缩机一段出口分离器管线，将原空气压缩机改为后备系统。（）在新增管线与原空气压缩机管线之间增加 个截止阀，作为切断阀及空气量粗调阀。（）新增空分系统去尿素包装系统的调节阀，原空气压缩机去尿素包装系统的管线改为备用管线。尿素系统与空分系统防腐空气耦合的流程见图。空分增压机一级出口；仪表气球罐；快关两位阀组；单向阀；空分系统至尿素系统新配管线；空分至尿素截止阀；去尿素包装系统截止阀；空气压缩机；空气压缩机；、空气压缩机至 压缩机截止阀、；压力流量调节阀组；自净化来的；压缩机；压缩机一级出口至一段分离器管线；一段分离器；一段分离器至二段入口管线；二段出口至脱硫脱氢管线；脱氢反应器；脱氢反应器出口至压缩机三段入口管线；压缩机出口至尿素高压系统管线；尿素高压系统；尿素高压尾气放空管线；至尿素包装系统；放至空气；低压循环系统；蒸发系统；造粒系统；尿素包装系统；空气压缩机至尿素包装系统截止阀。图 尿素系统与空分系统防腐空气耦合流程.空分系统正常时尿素生产流程（）空分系统开车正常，供给合格干净的压缩空气（压力约.），打通空分系统至尿素系统新配管线，尿素系统打通全流程，空分系统打开快关两位阀组。（）联锁设置要求为：空分系统停车，快关两位阀联锁关闭；增压机组卸载，快关两位阀联锁关闭；压缩机停车，快关两位阀联锁关闭；快关两位阀关闭报警。（）尿素控制室通过压力流量调节阀组 调节空气用量，保证尿素系统 含量。（）正常生产中关闭空气压缩机至 压缩机截止阀、，以及空气压缩机至尿素包装系统截止阀 阀组，由去尿素包装系统截止阀 控制去尿素包装系统的空气量。（）通过监控脱氢反应器 指标，调节脱氢反应程度，防止在尿素高压系统尾气放空管线 的尾气燃烧。.空分系统异常时尿素生产流程（）当空分系统停车或增压机组卸载时，空分联锁快关两位阀组，尿素系统立刻关闭空分至尿素截止阀，打开空气压缩机至 压缩机截止阀 或（和）。（）开启空气压缩机 或（和）。氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月（）尿素控制室通过压力流量调节阀组 调节空气用量，保证尿素系统 含量。（）在尿素系统空气流量调节稳定后，现场联系尿素包装系统打开空气压缩机至尿素包装系统截止阀，开启尿素包装系统运行。结语克服了空压机的频繁跳车对高压系统及脱氢系统的影响，一方面延长了催化剂的使用寿命，避免了高压系统的缺氧腐蚀；另一方面将空气压缩机改为后备系统节约了大量的电耗，也节省了专用润滑油、备件等的费用。参考文献 孙清涛，孙岩，李勇，等 压缩机低压缸改造总结 中氮肥，（）：姜磊，李刚 尿素装置防腐脱氢空气改造与应用 氮肥与合成气，（）：张东旭，吴涛，杨建霞 尿素系统提产优化总结 氮肥与合成气，（）：，许海，张东旭 压缩机三段冷却器的思考 氮肥与合成气，（）：（收稿日期）（上接第 页）灰被除尘器拦截后，由仓泵送入灰仓暂存，达到一定量后由罐车外运。细渣锅炉的环保设施严格按照超低排放指标执行。粉煤灰送砖厂制砖或送水泥厂。脱硫后细渣中硫含量很低，脱硫所产生的副产品量很少。.设备选型要点 细渣脱水干燥设备每个生产单位产生的气化细渣情况可能都有所不同，细渣的脱水干燥设备需要利用微型机进行现场试验，确定细渣参数，以进一步确定设备规格。以压榨机选型为例，假设压滤后压实滤饼的干密度为.；全自动压滤机过滤面积为，滤饼厚度按照 （可满足水分质量分数要求）计算，单次产出滤饼干基质量为.。经试验验证，全自动压滤机的生产过程用时见表。由表 可以看出，每次排料时间合计为，则单台设备的处理能力为.。表 全自动压滤机的生产过程用时名称时间 备注入料过滤 隔膜压榨.高压风干正吹风、反吹风、贯通吹风辅助时间压紧、松开等 根据用户的干基细渣量及备用设备数量，可以最终确定设备数量。烘干用蒸汽量计算过程成熟，其他如设备机械部分、电气自动化控制部分、检维修及备品备件部分的要求，各生产企业要求各有不同，此处不再赘述。细渣锅炉细渣锅炉及其蒸汽的利用，不同项目阶段和不同生产企业对物料和蒸汽平衡方案的不同，具体方案都会有所区别。新疆天业汇合新材料有限公司和中科院工程热物理研究所在细渣焚烧方面有其自主知识产权的 残碳焚烧技术及相配套的装备。细渣在工业化试验装置上经过了试烧，各项指标均满足。细渣锅炉的设计要点在于细渣的稳燃、燃尽温度的控制、停留时间的控制、旋风切割粒径的控制、床料的补充等，其余参照相似锅炉设计优化。结语随着煤价的上涨、环保压力的加大，气化细渣资源化利用可以实现将细渣由固废转化为燃料，进一步转化为原料的产业链延伸，有效提高资源化利用效率并降低生产成本。参考文献 杨帅，石立军 煤气化细渣组分分析及其综合利用探讨 煤化工，（）：，周辉，李灵，娄伦武 水煤浆气化细渣处理分析 化工设计通讯，（）：杜杰，戴高峰，李帅帅，等 气化细渣基础燃烧特性试验研究 洁净煤技术，（）：陈倩倩，何晓方，孙东柏，等 气化炉堵渣问题及解决 氮肥与合成气，（）：（收稿日期）