氨冷冻系统带水原因分析及对策

郭晓宏

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

1 简 介

中海石油化学股份有限公司二期合成氨装置采用KBR深冷净化工艺，其冷冻系统由组合式氨冷器（120CF1／2）、氨受槽149D、冷氨收集槽152D、甲烷化炉出口氨冷器130C、冰机105J、氨升压机105J1等设备组成。

合成塔出口工艺气由组合式氨冷器通过两级氨冷将氨冷下来，从两级氨冷来的气氨送至冰机105J。冰机也同时压缩甲烷化出口氨冷器气氨，气氨最终被压缩到约1 605kPa。压缩后的气氨在水冷器127C中冷凝，随后送至氨受槽149D，然后送至尿素。冷冻系统设计为可在设计负荷下生产全部－33℃的冷氨产品，这通过在冷氨收集槽152D内常压闪蒸完成。从152D来的闪蒸气由氨升压机105J1压缩，冷氨送至氨罐。流程简图如图1。

生产中冷冻系统由于设计或者其他因素，有时不可避免地会带水，微量的水对冷冻系统的影响比较小，只需定期对130C底部导淋进行排放便能处理，但带水严重就会给系统带来比较大的影响。

图1 氨冷冻系统流程简图

2 对系统的影响

2.1 对换热器的影响

（1）对换热效果的影响

查不同温度和压力下氨水的饱和浓度表（表1）知，同一压力下，随着氨水浓度降低，氨水饱和温度会升高。

即冷冻系统中如果出现氨带水，氨水浓度便降低（纯氨浓度为100%），其饱和温度将升高，从而使降低工艺介质温度的效果变差，达不到换热目标。

同时由于氨溶于水属于放热反应，放出大量的热，而氨通常是作为冷却介质，因而进一步降低了换热效率，同时氨水蒸发量变大。

表1 不同温度和压力下氨水的饱和浓度（质量分率） %

（2）对液位的影响

氨水密度随着浓度的升高而降低，即氨带水时，密度会升高，从而导致差压式液位计测量的换热器液位比实际液位高。当偏离比较大时，可能会出现氨水没有淹没换热管的情况，导致换热效率进一步降低。

2.2 对压缩机的影响

由于氨蒸发量变大，导致105J功耗增大，同时由于气氨中不可避免地会带有水，水的分子量比氨的分子量大，进一步导致105J功耗增大，出口温度升高，而蒸汽耗量的增加又会影响到高压蒸汽系统。

3 原因分析及对策

冷冻系统氨带水有两种情况，其一是工艺设计本身就会带水，而其他情况则是非正常工况，需要避免，实际原因可能如下。

3.1 合成塔催化剂还原造成

二期合成氨装置合成塔采用KBR卧式合成塔以及南京化学工业公司生产的A110－1预还原催化剂，其主要成分为氧化铁，投入生产使用时需要进行还原，随着还原的进行，就会有稀氨水出现。

对策 初期稀氨水送入公用工程中和池，氨浓度超过25%送入冷冻系统，并及时通过147D至152D将稀氨水直接送入氨罐，同时提高105J入口压力，控制氨冷器温度在0℃以上，避免工艺气侧出现结冰。

3.2 弛放气回收系统带入

二期合成氨装置弛放气回收系统采用水循环吸收弛放气中的氨，然后利用中压蒸汽蒸出氨，送至127C，回收到149D，因而不可避免会将微量水带入冷冻系统。

对策 定期排放冷冻系统最低点130C底部的导淋，每次1h。

3.3 循环冷却水漏入

正常情况下，由于冷冻系统气氨压力均大于循环水压力，因而不可能出现循环水漏入冷冻系统的情况，只会出现氨漏入循环水中的情况。只有当停车泄压后或者检修时，才可能出现循环水漏入冷冻系统的情况。

对策 定期做循环水侧pH分析，监测换热器泄漏情况，同时在检修时对换热器进行检漏。

3.4 检修后排水不尽

检修后冷冻系统可能会进水用于氨的置换，系统恢复之前，假如排放不干净就可能有水积存。

对策 详细考虑可能积水部位，对照积水部位表一一进行确认，并尽可能排放干净。

3.5 泵机封冲洗水漏入

在正常生产时，水也可能会由泵的机封冲洗水带入。

现象 2012年5月1日，装置大修后尿素开车，15：16合成送氨给尿素，15：21尿素开氨泵，随即尿素打开返回阀，5：21：50 130C液位控制器LIC1009OP由65.06开大至83.8，PV由66.04掉至53.67，130C压力控制器PIC1114 OP由76.5开至82.08，PV由0.35涨至0.4。由于蒸发量变大，而105J转速为入口压力控制，为了降低入口压力，压缩机转速SI2660由9 743.6涨至9 919.41，同时130C工艺气出口温度TI1363由4.09到8.19，趋势如图2。

图2 氨冷冻系统带水工艺指标异常趋势图

分析 这是一起典型的因尿素氨泵机封密封水泄漏至泵体，导致返回氨带水的事故。因130C位于冷冻系统最低点，并且直接连接于氨泵返回管线上，因而最早表现出异常。

对策 立即打开130C底部导淋排放，同时通知尿素及时投料并关闭返回阀。

4 总 结

对于合成氨装置，氨冷冻系统带水的情况通常难以避免，这就需要在设计之初就要充分考虑到带水可能会给装置带来的影响。本装置通过对氨冷冻系统带水现象进行系统分析、及时处理，积累了宝贵经验，为以后的设计及同类型装置提供借鉴。