氮气压缩机主冷凝器真空度低的分析与研究

大型化肥生产装置中，主冷凝器的真空度对汽轮机装置的效率、功率有重大影响。本文就实际生产过程中存在的问题，从主冷凝器端差、循环水水量、水质等角度分析造成主冷凝器真空缓慢下降的原因，通过制定相应的对策并实施应用后，达到提高机组工作效率和运行周期的目的。

中国石油宁夏石化公司一化肥合成氨装置氮气压缩机为德国德马克(DEMAG) 公司制造的离心式压缩机，产出8.0 MPa，12.0 MPa 的高压氮气产品，由3.8 MPa蒸汽轮机驱动。汽轮机主冷凝器真空度高低直接影响着机组的汽耗率和平稳度；在压缩机功率不变的情况下，真空度越高，汽轮机汽耗率越低。真空度低不仅直接影响汽轮机的安全运行和有效功率，而且直接影响着整套合成氨装置8.0 MPa 高压氮系统的平稳供应。2010-2012 年氮气压缩机的真空度频繁出现低的态势，尤其在夏季高温、高负荷生产时真空度低，不仅影响着装置的高负荷稳定生产，而且还威胁着蒸汽透平的安全运行。因此，氮气压缩机主冷凝器真空度低的问题已成为制约装置高负荷运行的瓶颈问题。

主冷凝器是3.8 MPa 蒸汽驱动轮机做功后排出的蒸汽变成凝结水的热交换设备。蒸汽在汽轮机内完成一个膨胀过程后，在凝结过程中，排汽体积急剧缩小，原来被蒸汽充满的空间形成了高度真空(见图1)。凝结水则通过凝结水泵输送进锅炉。

图1 主冷凝器真空形成原理

3.8 MPa 蒸汽驱动轮机做功后，排汽进入主冷凝器，经过循环水冷却后形成冷凝液，冷凝液送往锅炉使用(见图2)。为维持主冷凝器需要的真空，设置了由0.98 MPa蒸汽驱动的抽气器，其中不凝惰性气体放入大气。

图2 氮气压缩机蒸汽冷凝液系统流程

在正常生产中，影响真空度高低的原因有：汽轮机负荷；冷却水进出口温度和流量；凝汽器传热面积和传热系数；凝汽器传热表面状态；真空工作情况等因素。下面结合生产实际，对以下几方面的主要原因进行具体说明。

2.1、主冷凝器冷却水流量小，换热效率差

氮气压缩机主冷凝器冷却水处于四大机组末端，总管水量的变化对机组的影响比较明显(见表1)。

表1 氮气压缩机在同等负荷状态下参数运行对照表

从压缩机段间换热器冷却水量变化可以看出，水量的变化引起真空度的变化非常明显，水量降低，主冷凝器的换热效率下降，真空度下降，导致机组的运行效果差。当循环水量不足时，汽轮机产生的泛汽在凝结器中被冷的量将减小，进而使排汽缸温度上升，凝结器真空下降；2011 年水量的变化比较明显。

2.2、主冷凝器冷却水水质差，堵塞管线

2011 年，对氮气压缩机主冷凝器冷却水入口加装反冲洗过滤器，以此来应对因水质差，杂物进入主冷凝器的可能。2011 年至2012 年4 月反冲洗操作29 次，反冲洗出来的杂质有填料碎片、锈皮、泡沫、焊渣、木楔、木棒、铁块、塑料袋等(见图3)。

图3 主冷凝器入口冷却水反冲洗洗出的杂质

在每次执行反冲洗操作后，都会冲出类似情况的杂质，而且反冲洗后真空度也会有明显的上升趋势，但是持续运行短时间，还要再次反冲洗操作。说明水质较差是直接影响主冷凝器换热效率差的原因。

2.3、主冷凝器换热器铜管结垢

主冷凝器换热器在运行过程中，由于冷却介质冷却水流经铜管表面结垢，溶液中的菌藻、泥沙以及铁锈等也逐渐沉积在表面，尤其在流速较低的死角区域内。这导致换热器换热效率逐渐下降，严重时甚至会堵塞换热管。2011 年氮气压缩机主冷凝器主要运行参数(见表2)。

该机组低压缸胀差零位误差处理后，彻底解决了这个长期以来影响机组经济运行的老问题，机组负荷在151mw时低压缸胀差为5.68mm（正方向保护动作值7.2mm），再热汽温运行在额定值535.5℃，机组恢复到安全经济运行模式。当气温高负荷大，进出水温度高于标准值时，设置机组以100%的制冷功率运行，同时卸下部分负荷，尽量提高冷却条件而使媒水温度较快降低、再逐步还原负荷。中央空调的冷却水泵的功率是根据空调冷冻机组的压缩机满负荷工作设计的，当环境温度及各种外界因素，冷冻机组不需要开启全部压缩机组，此时空调的冷凝系统所需要的冷却量也相应地减小，这时就可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环速度及流量，使冷却水的冷负荷被冷凝系统充分利用，从而达到节能目的。

表2 主冷凝器主要运行参数对照

3.1、工艺系统优化，平衡和调节用冷却水量

冷却水量w计算采用公式： 式中qc为冷却塔排走热量，压缩式制冷机取负荷的1．3倍，吸收式制冷机 3。中央空调的冷却水泵的功率是根据空调冷冻机组的压缩机满负荷工作设计的，当环境温度及各种外界因素，冷冻机组不需要开启全部压缩机组，此时空调的冷凝系统所需要的冷却量也相应地减小，这时就可以通过变频调速器来调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环速度及流量，使冷却水的冷负荷被冷凝系统充分利用，从而达到节能目的。冷却构件采用汽化冷却强制循环系统，工作流程：汽包中的欠饱和水→汽包的下降总管→热水循环泵升压→下降总管→分配联箱→下降支管→固定梁及立柱冷却构件，吸收加热炉传给的热量变为饱和的汽水混合物→分配联箱→上升母管→回到汽包，汽水混合物在汽包中被分离为水及蒸汽，蒸汽送至分汽缸后引至用户，汽包中的水与补入的给水混合后成欠饱和水再重复上述循环。

表3 调整前后冷却水流量变化

由表3 可知：通过调整前后冷却水量，机组的真空度会有所上升。

3.2、通过执行反冲洗操作，确保高负荷运行下指标和生产正常

从表4 可以看出：反冲洗后真空度上升较明显，所以执行反冲洗有效杜绝了因冷却水质差，杂质进入主冷凝器管程中的危险，保证装置在高负荷下生产。进入2012 年后，主冷凝器未再频繁出现堵塞现象，真空运行稳定。反冲洗流程(见图4)。

表4 主冷凝器冷却水入口反冲洗前后参数对照

图4 氮压机主冷凝器循环冷却水入口反冲洗流程

3.3、对主冷凝器管程实施化学清洗操作，有效防止铜管堵塞或结垢

对于冷却水水质差导致铜管结垢问题，可对主冷凝器实施化学清洗措施。化学清洗就是将酸性溶液注入主冷凝器循环水冷却中，针对水垢的特点选择适当的清洗剂(选择氨基磺酸溶液)对水垢进行洗涤，但从设备的安全性考虑，就必须控制酸性水的浓度，防止设备腐蚀严重。

表5 氮气压缩机主冷凝器化学清洗前后真空变化

1、化学清洗：锅炉的清洗是对锅炉对流管、过热器管、空气热器、水冷壁管水垢、铁锈进行清洗，加入化学清洗剂将系统内的浮锈、垢、油污清洗分散排出，还原成清洁的金属表面，根据不同的工作条件有停炉清洗和不停炉清洗两种方式。其缺点是管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换，又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中心部分布管不紧凑，所以管子数不能太多，且管束中心部分存在间隙，使壳程流体易于短路而影响壳程换热。其缺点是管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换，又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中心部分布管不紧凑， 所以管子数不能太多，且管束中心部分存在间隙，使壳程流体易于短路而影响壳程换热。

经过试验，主冷凝器循环冷却水出口处pH 值保持在3.0 左右时，清洗效果比较明显，铜管腐蚀也会降到最低。化学清洗前后的数据对照(见表5)。经过对氮气压缩机主冷凝器实施了两次化学清洗操作后，氮压机的真空度平均提高10 kPa，主冷凝器循环冷却水的出口温度平均降低了7 ℃，通过对照段间换热器的水量，进段间换热器的水量降低，表明进入主冷凝器的水量增加。表明经过化学清洗后，铜管堵塞或结垢的问题得到了解决。

氮气压缩机作为整套合成氨装置的主体机组，长期以来，受到气温、水温等外界因素的影响而导致主冷器真空度下降，装置被迫降负荷。经统计，从2010 年4月至2011 年3 月装置共降负荷18 次。通过采取多项举措并执行优化和维护后，2011 年因主冷凝器真空度低导致系统降负荷仅为1 次。2012 年因主冷凝器真空度低导致系统降负荷次数为0 次；在低负荷运行下，不但能耗上升，而且影响机组的安全稳定运行，因此，有效保障压缩机的真空度，对实现安全高负荷运行和节能降耗起着至关重要的作用。真空冷凝器工作原理

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
https://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-96871-1.html