合成氨裝置離心壓縮機改造經驗

來源： 2007年02月02日 17:59

【關鍵詞】合成氨裝置,離心壓縮機,改造經驗

【論文摘要】二十世紀七十年代我國引進了十多套日產千噸的合成氨裝置，近年來我公司承擔了其中數套裝置的增產節能技改項目。占地不變，定員不增，投資較少，用一個月大修期完成了壓縮機的技術改造，日產合成氨達到1500噸，收到了明顯的經濟效益。本文以其中某裝置為例，介紹工藝空氣壓縮機和合成氣壓縮機的改造經驗。

1. 工藝空氣壓縮機改造方案

1.1 原引進機組情況

73年引進的該壓縮機為兩缸四段壓縮，型號為5CK57+7CK31，低壓缸共5級分兩段，高壓缸共7級分兩段，低壓缸和高壓缸間設齒輪增速箱。機組設三個段間冷卻器和一套油系統（與105J/JT氨壓縮機組公用）。正常工況時，第四段排氣量為 48 419 kg/h，一段進氣壓力為0.091MPa.A，四段排氣壓力為3.42MPa.A，軸功率 7437 kW。機組由DELAVAL公司制造。

驅動機為中壓背壓式汽輪機，型號為KJWV-DF，葉輪共8級，進汽壓力為3.77MPa.A，溫度321℃，冷凝壓力114mmHg.A。正常工況時，耗汽量為37.4 T/h，汽耗率5.03kg/kW.h。汽輪機的額定功率為 9765kW。
1.2 已改造情況
95年節能增產技改時，由國內制造廠對壓縮機高、低壓缸的內件進行了更新。原13級葉輪僅*、第二級為三元流葉輪，此次改造已全部更換為三元流葉輪，并改造了隔板、氣封等內件。四段出口氣量達到57 320kg/h（濕基）。改造后滿足了氨日產1150噸的要求，整機多變效率提高了5個百分點，軸功率 8117 kW。汽輪機及其它的輔機未改動。改造后，壓縮機組的實際性能達到美國KBR公司可研報告的數據：軸功率8400kW，汽輪機的汽耗5.2kg/kW.h，中壓蒸氣4.04 MPa.A、363℃用汽量為43.68T/h。

1.3 改造方案
本次技改按美國KBR公司流程，四段排氣量要求達到73 760 kg/h（濕基），排氣壓力3.672 MPa.A，進口空氣溫度35℃，相對濕度75%。為使改造后的工藝空氣壓縮機有足夠的富裕量，相對濕度按82%，空氣流量富裕量按10~15%考慮。
本機組改造有兩個方案。一是改造現有機組，二是并聯一臺電機驅動離心壓縮機。表1從一次性投資、運行費、改造工作量和風險性四方面對兩方案作了對比。方案的報價分別取自相關公司的初步報價，備件費系估計價。

多軸式離心壓縮機比常規的單軸式離心壓縮機效率高、價格低的原因是：
各級葉輪可在*轉速下運轉，同時葉輪直徑和轉速能*匹配，因此保證了各級葉輪的率。而單軸式壓縮機則只有一種或兩種轉速。
每級葉輪懸臂安裝，軸向進氣，流動狀態比單軸式壓縮機均勻，提高了級效率。
每級葉輪壓比高。工藝空氣壓縮機的總壓比為37.8，多軸式壓縮機僅用6個葉輪，單軸式壓縮機要12個葉輪，因此造價降低。

1．4關于并聯多軸式離心壓縮機的進一步說明

（1）離心壓縮機氣量調節的方法是改變轉速，其次是可調入口導葉、進氣節流、排氣節流、打回流（經濟性遞減）。由于本次改造中并聯的壓縮機是用電動機驅動，大功率電機用變頻器調轉速投資太高，用液力偶合器費用也高，還有功率損失。因此，通常是電動的壓縮機全氣量運行，負荷調節僅由汽輪機驅動的機組承擔。如汽動式壓縮機的氣量減少得太多，接近壓縮機喘振線時，則采用調節另一臺電動式壓縮機的入口導葉來實現。多軸式壓縮機的優點是每級葉輪前部便于安裝可調進口導葉，在保證恒定的出口壓力下，穩定運行范圍擴大，而功率損失很小。
（2）近十年來，多軸式離心壓縮機才在我國開始大量使用。但這是一種成熟可靠的老機型。1947年德國的DEMAG公司研制成功世界*臺多軸式四級離心壓縮機，1948年取得了權。1968年到期，世界上主要的離心壓縮機廠競相開始制造。八十年代初，沈陽鼓風機廠引進了日立公司DH系列多軸式四級離心壓縮機制造技術，目前已經生產近200臺。但用于合成氨裝置的工藝空氣壓縮機總壓比高，需采用多軸式六級離心壓縮機，目前我國還不能制造。現在我國已在數套合成氨裝置上采用了多軸式離心壓縮機，已有十年成功的工業運行經驗?？梢哉J為，選用此機型是可靠的。
（3）多軸式離心壓縮機制造廠多，能形成競爭局面，與*制造廠承擔舊機組改造相比，價格可大幅下降。對多軸式六級離心壓縮機可供選擇的制造廠有：DEMAG、GHH、Atlas-Copco、神戶制鋼等。

2. 合成氣壓縮機改造方案

2.1 原引進機組情況

原引進的壓縮機由兩缸直聯而成，低壓缸型號為2BC9，共有9級葉輪；高壓缸型號為2BF9-8，前7級葉輪為后段，和第8級葉輪為循環段。壓縮機由DRESSER-CLARK 公司制造。驅動汽輪機由DELAVAL公司制造，由高壓背壓式汽輪機和中壓冷凝式汽輪機串聯而成，前者為2 級，后者為6級。
正常工況下的總軸功率為15110 kW。高壓背壓式汽輪機進汽壓力9.8 MPa.G，440℃，進汽量246.7T/h，排汽壓力3.82 MPa.G；中壓冷凝式汽輪機進汽壓力3.75 MPa.G，321℃，進汽量13.4T/h，冷凝壓力0.0135 MPa.A。

2.2 已改造情況
88年6月節能技改時，在103-J壓縮機入口增設了氨冷器1115-C，降低了壓縮機進氣溫度，達到節能增產的效果。1989年5月，因循環量減少，對壓縮機循環段葉輪進行了改造。95年5月，將高壓汽輪機103/JAT的轉子由二級改為三級，每級焓降減小，提高了汽輪機的效率，并滿足了合成氨增產15%的要求。

2.3 改造方案
本次技改，按KBR公司的工藝方案，合成回路的循環氣量減小至273.8T/h，合成回路的壓降由原來的1.54 MPa降到1.1 MPa，使循環段的功率減少。一段補充氣質量流量與1000MT/D氨能力相比增加50%，但入口氣體先經過1115-C氨冷器降溫，使進壓縮機的氣體溫度從原設計的37.8℃降為9℃，在相同質量流量、相同壓比、相同效率的條件下，軸功率可節省9.3%。因一段進氣的體積流量比原設計條件增加約36.1%，壓縮機不改轉子，僅提高轉速已不能勝任，因此本壓縮機低壓缸和高壓缸的轉子、隔板、聯軸器將更換新的。由于新轉子可用率的三元流葉輪，加上入口氣經氨冷降溫和循環氣量減少，循環段壓升的降低等三項節能措施，氨產量從日產千噸增至日產1.5千噸后，合成氣壓縮機正常工況時的軸功率僅從原15 110 kW增至16 513 kW，僅增加9.3%。目前，103JAT高壓汽輪機的額定功率為14 036 kW，103-JBT中壓汽輪機的額定功率為5595 kW，總額定功率為19 631 kW，已達到正常工況壓縮功率的1.19倍。蒸汽條件與原設計變化又不大，因此這兩臺汽輪機*不需改造。

壓縮機的改造有兩種途徑。一是由原制造廠承擔內件轉子、隔板等部件的改造，因原制造廠保留有該壓縮機的全套零部件加工的原始記錄，可保證新加工的內件與現有缸體的正確配合，避免現場組裝時的再加工，縮短組裝時間，確保在一個月大修停車期間完成壓縮機的改造。不過，由*制造廠承擔改造任務，費用居高不下，我方處于被動地位，為此，可以引入競爭機制。合適的競爭者可選三菱重工，理由如下：
七十年代引進的美型合成氨裝置的合成氣壓縮機由美國DRESSER—CLARK公司制造；而日型合成氨裝置的合成氣壓縮機是由日本三菱重工（MHI）公司制造，兩家公司均采用美國CLARK公司的技術。后來DRESSER-CLARK公司與Ingersoll—Rand公司合并，更名為DRESSER—RAND。八十年代三菱重工（MHI）與DRESSER—RAND各出資50%，組建合資公司MD-R公司。因此三菱重工至少可以*按美型合成氣壓縮機的安裝尺寸制造節能型合成氣壓縮機的低壓缸和高壓缸。由此可見，由兩家制造廠來競爭合成氣壓縮機的改造對我們十分有利。

3.結束語
該項目去年底投產，工藝空氣壓縮機和合成氣壓縮機運行正常，裝置改造已達到預期的目的，經濟效益十分顯著。工藝空氣壓縮機的改造采用并聯電動多軸式離心壓縮機的方式，改造工作量少、風險小、投資省，是合理的方案，目前已在數套日產千噸合成氨裝置的增產節能技改項目中采納。至于合成氣壓縮機的改造，是由原制造廠承擔內件的改造，還是由幾家制造廠投標更換新的高低壓缸，還有待實踐檢驗。

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