大型化肥生產(chǎn)裝置中，主冷凝器的真空度對(duì)汽輪機(jī)裝置的效率、功率有重大影響。本文就實(shí)際生產(chǎn)過程中存在的問題，從主冷凝器端差、循環(huán)水水量、水質(zhì)等角度分析造成主冷凝器真空緩慢下降的原因，通過制定相應(yīng)的對(duì)策并實(shí)施應(yīng)用后，達(dá)到提高機(jī)組工作效率和運(yùn)行周期的目的。

　　中國(guó)石油寧夏石化公司一化肥合成氨裝置氮?dú)鈮嚎s機(jī)為德國(guó)德馬克(DEMAG) 公司制造的離心式壓縮機(jī)，產(chǎn)出8.0 MPa，12.0 MPa 的高壓氮?dú)猱a(chǎn)品，由3.8 MPa蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。汽輪機(jī)主冷凝器真空度高低直接影響著機(jī)組的汽耗率和平穩(wěn)度；在壓縮機(jī)功率不變的情況下，真空度越高，汽輪機(jī)汽耗率越低。真空度低不僅直接影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行和有效功率，而且直接影響著整套合成氨裝置8.0 MPa 高壓氮系統(tǒng)的平穩(wěn)供應(yīng)。2010-2012 年氮?dú)鈮嚎s機(jī)的真空度頻繁出現(xiàn)低的態(tài)勢(shì)，尤其在夏季高溫、高負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)真空度低，不僅影響著裝置的高負(fù)荷穩(wěn)定生產(chǎn)，而且還威脅著蒸汽透平的安全運(yùn)行。因此，氮?dú)鈮嚎s機(jī)主冷凝器真空度低的問題已成為制約裝置高負(fù)荷運(yùn)行的瓶頸問題。

1、氮?dú)鈮嚎s機(jī)主冷凝器的工作原理

　　主冷凝器是3.8 MPa 蒸汽驅(qū)動(dòng)輪機(jī)做功后排出的蒸汽變成凝結(jié)水的熱交換設(shè)備。蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)完成一個(gè)膨脹過程后，在凝結(jié)過程中，排汽體積急劇縮小，原來被蒸汽充滿的空間形成了高度真空(見圖1)。凝結(jié)水則通過凝結(jié)水泵輸送進(jìn)鍋爐。

圖1 主冷凝器真空形成原理

　　3.8 MPa 蒸汽驅(qū)動(dòng)輪機(jī)做功后，排汽進(jìn)入主冷凝器，經(jīng)過循環(huán)水冷卻后形成冷凝液，冷凝液送往鍋爐使用(見圖2)。為維持主冷凝器需要的真空，設(shè)置了由0.98 MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)的抽氣器，其中不凝惰性氣體放入大氣。

圖2 氮?dú)鈮嚎s機(jī)蒸汽冷凝液系統(tǒng)流程

2、影響主冷凝器真空度的原因

　　在正常生產(chǎn)中，影響真空度高低的原因有：汽輪機(jī)負(fù)荷；冷卻水進(jìn)出口溫度和流量；凝汽器傳熱面積和傳熱系數(shù)；凝汽器傳熱表面狀態(tài)；真空噴射器工作情況等因素。下面結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)以下幾方面的主要原因進(jìn)行具體說明。

2.1、主冷凝器冷卻水流量小，換熱效率差

　　氮?dú)鈮嚎s機(jī)主冷凝器冷卻水處于四大機(jī)組末端，總管水量的變化對(duì)機(jī)組的影響比較明顯(見表1)。

表1 氮?dú)鈮嚎s機(jī)在同等負(fù)荷狀態(tài)下參數(shù)運(yùn)行對(duì)照表

　　從壓縮機(jī)段間換熱器冷卻水量變化可以看出，水量的變化引起真空度的變化非常明顯，水量降低，主冷凝器的換熱效率下降，真空度下降，導(dǎo)致機(jī)組的運(yùn)行效果差。當(dāng)循環(huán)水量不足時(shí)，汽輪機(jī)產(chǎn)生的泛汽在凝結(jié)器中被冷的量將減小，進(jìn)而使排汽缸溫度上升，凝結(jié)器真空下降；2011 年水量的變化比較明顯。

2.2、主冷凝器冷卻水水質(zhì)差，堵塞管線

　　2011 年，對(duì)氮?dú)鈮嚎s機(jī)主冷凝器冷卻水入口加裝反沖洗過濾器，以此來應(yīng)對(duì)因水質(zhì)差，雜物進(jìn)入主冷凝器的可能。2011 年至2012 年4 月反沖洗操作29 次，反沖洗出來的雜質(zhì)有填料碎片、銹皮、泡沫、焊渣、木楔、木棒、鐵塊、塑料袋等(見圖3)。

圖3 主冷凝器入口冷卻水反沖洗洗出的雜質(zhì)

　　在每次執(zhí)行反沖洗操作后，都會(huì)沖出類似情況的雜質(zhì)，而且反沖洗后真空度也會(huì)有明顯的上升趨勢(shì)，但是持續(xù)運(yùn)行短時(shí)間，還要再次反沖洗操作。說明水質(zhì)較差是直接影響主冷凝器換熱效率差的原因。

2.3、主冷凝器換熱器銅管結(jié)垢

　　主冷凝器換熱器在運(yùn)行過程中，由于冷卻介質(zhì)冷卻水流經(jīng)銅管表面結(jié)垢，溶液中的菌藻、泥沙以及鐵銹等也逐漸沉積在表面，尤其在流速較低的死角區(qū)域內(nèi)。這導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱效率逐漸下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)�堵塞換熱管。2011 年氮?dú)鈮嚎s機(jī)主冷凝器主要運(yùn)行參數(shù)(見表2)。

　　從表2 運(yùn)行數(shù)據(jù)看，在冷卻水流量偏低情況下，冷卻水進(jìn)出口溫度大致相同，設(shè)計(jì)運(yùn)行熱端端差為12 ℃，而實(shí)際端差在29 ℃，說明換熱器傳熱阻力明顯上升，表明換熱器結(jié)垢的可能性非常大。主冷凝器換熱器結(jié)垢致使氮?dú)鈮嚎s機(jī)真空度下降嚴(yán)重，阻礙機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和裝置的高負(fù)荷生產(chǎn)。

表2 主冷凝器主要運(yùn)行參數(shù)對(duì)照

3、主冷凝器真空度低的處理措施

3.1、工藝系統(tǒng)優(yōu)化，平衡和調(diào)節(jié)用冷卻水量

　　通過增加冷卻水總管循環(huán)水量后，氮?dú)鈮嚎s機(jī)和空氣壓縮機(jī)真空度有明顯的上升趨勢(shì)(見表3)，確保了安全穩(wěn)定和高負(fù)荷生產(chǎn)。

表3 調(diào)整前后冷卻水流量變化

　　由表3 可知：通過調(diào)整前后冷卻水量，機(jī)組的真空度會(huì)有所上升。

3.2、通過執(zhí)行反沖洗操作，確保高負(fù)荷運(yùn)行下指標(biāo)和生產(chǎn)正常

　　從表4 可以看出：反沖洗后真空度上升較明顯，所以執(zhí)行反沖洗有效杜絕了因冷卻水質(zhì)差，雜質(zhì)進(jìn)入主冷凝器管程中的危險(xiǎn)，保證裝置在高負(fù)荷下生產(chǎn)。進(jìn)入2012 年后，主冷凝器未再頻繁出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，真空運(yùn)行穩(wěn)定。反沖洗流程(見圖4)。

表4 主冷凝器冷卻水入口反沖洗前后參數(shù)對(duì)照

圖4 氮壓機(jī)主冷凝器循環(huán)冷卻水入口反沖洗流程

3.3、對(duì)主冷凝器管程實(shí)施在線化學(xué)清洗操作，有效防止銅管堵塞或結(jié)垢

　　對(duì)于冷卻水水質(zhì)差導(dǎo)致銅管結(jié)垢問題，可對(duì)主冷凝器實(shí)施在線化學(xué)清洗措施。化學(xué)清洗就是將酸性溶液注入主冷凝器循環(huán)水冷卻中，針對(duì)水垢的特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)那逑磩?選擇氨基磺酸溶液)對(duì)水垢進(jìn)行洗滌，但從設(shè)備的安全性考慮，就必須控制酸性水的濃度，防止設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。

表5 氮?dú)鈮嚎s機(jī)主冷凝器化學(xué)清洗前后真空變化

　　主冷凝器是管殼式換熱器，殼程是比較厚的鋼材，而管程是銅管構(gòu)成。所以，在化學(xué)清洗前要對(duì)水溶液進(jìn)行酸度測(cè)量、銅片腐蝕試驗(yàn)。確保化學(xué)清洗既能有效清洗，又能保證對(duì)銅管的腐蝕降到最低。

　　經(jīng)過試驗(yàn)，主冷凝器循環(huán)冷卻水出口處pH 值保持在3.0 左右時(shí)，清洗效果比較明顯，銅管腐蝕也會(huì)降到最低。化學(xué)清洗前后的數(shù)據(jù)對(duì)照(見表5)。經(jīng)過對(duì)氮?dú)鈮嚎s機(jī)主冷凝器實(shí)施了兩次化學(xué)清洗操作后，氮壓機(jī)的真空度平均提高10 kPa，主冷凝器循環(huán)冷卻水的出口溫度平均降低了7 ℃，通過對(duì)照段間換熱器的水量，進(jìn)段間換熱器的水量降低，表明進(jìn)入主冷凝器的水量增加。表明經(jīng)過化學(xué)清洗后，銅管堵塞或結(jié)垢的問題得到了解決。

4、結(jié)論

　　氮?dú)鈮嚎s機(jī)作為整套合成氨裝置的主體機(jī)組，長(zhǎng)期以來，受到氣溫、水溫等外界因素的影響而導(dǎo)致主冷器真空度下降，裝置被迫降負(fù)荷。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，從2010 年4月至2011 年3 月裝置共降負(fù)荷18 次。通過采取多項(xiàng)舉措并執(zhí)行優(yōu)化和維護(hù)后，2011 年因主冷凝器真空度低導(dǎo)致系統(tǒng)降負(fù)荷僅為1 次。2012 年因主冷凝器真空度低導(dǎo)致系統(tǒng)降負(fù)荷次數(shù)為0 次；在低負(fù)荷運(yùn)行下，不但能耗上升，而且影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，有效保障壓縮機(jī)的真空度，對(duì)實(shí)現(xiàn)安全高負(fù)荷運(yùn)行和節(jié)能降耗起著至關(guān)重要的作用。