河南晋煤天庆煤化工有限责任公司（简称晋煤天庆公司）30万t/a合成氨、52万t/a尿素装置的混合制冷工段由赛鼎工程公司设计，汽轮机部分由杭州汽轮机股份有限公司设计和制造，压缩机部分由重庆通用工业有限公司成套提供。混合制冷工段主要为低温甲醇洗工段提供15.62×106 kcal/h的冷量，采用氨作为制冷剂。混合制冷工段自2014年12月联动试车、投料试车以及随后的生产运行至今已有10个多月，期间也出现了一些问题和事故，经技术改造后，至今运行平稳。
1.工艺流程简述
来自低温甲醇洗工段的－40 ℃、0.056 MPa（A）的气氨进入氨分离器，分离夹带的液氨雾滴后送至氨压缩机提压至0.30 MPa（A），经后冷却器冷却至40 ℃，与从低温甲醇洗变换气冷却器来的0 ℃气氨及从过冷却器壳程来的0 ℃气氨汇合后进入氨吸收器的壳程；氨吸收器中的吸收液是精馏塔的塔釜液 （经发生器加热、溶液热交换器冷却成为浓度为21.2％，48 ℃、1.65 MPa的稀氨水）。气氨被全部吸收下来后生成浓度为34.8％的氨水溶液（43 ℃，0.2 MPa），进入受液槽，吸收过程中所产生的热量被吸收器管程的循环冷却水带走。34.8％的浓氨水溶液用氨水泵送往溶液热交换器的通道，与从发生器解吸后的148 ℃的精馏塔塔釜液换热到接近饱和状态（116 ℃，2.1 MPa），由精馏塔中部进入进行精馏。塔顶精馏出的浓度99.8％、65 ℃、1.72 MPa的气氨经氨冷凝器冷凝为40℃的液氨后送入液氨槽；出液氨槽的液氨分成两股，一股作为精馏塔回流液，另一股经冷却器冷却后（5 ℃）去低温甲醇洗的氨蒸发器为其提供冷量。
2.出现的问题及应对措施
（1）联动试车冲转时联锁停车
2014年12月，氨压缩机第一次联动试车时，采用空气作为试车介质，空气入口为氨分离器的中部人孔，在机组进行冲转时，转速达到400 r/min时联锁停车。后查明为汽轮机调速阀阀位和转速不匹配造成联锁停车。分析原因有三：一是机组设计介质为氨气，氨的分子量为17，而联动试车时介质是空气，空气的分子量为29，试车介质密度远大于设计介质密度，过载导致调速阀阀位和转速不匹配，从而引起联锁跳车；二是机组启动时转子处于静止状态，惯性较大；三是压缩机转子重达4.66 t，质量较大，调速阀阀位与转速联锁设定值是30%，阀位设定值太小，从而引起启动时联锁跳车。
应对措施：①把氨分离器的人孔用钢板堵上50%，启动时起到节流作用，减少空气进入量，从而避免过载；②把调速阀阀位与转速联锁设定值由30%修改为40%，远离联锁值。
修改后一次性试车成功。但在随后的投料试车过程中又发生了调速阀阀位与转速不匹配导致联锁跳车的问题，于是把阀位设定值修改为45%。再次修改后，随后的开车过程中再未发生调速阀阀位与转速不匹配导致的跳车。
（2）液氨倒回到防喘振线阀组和后冷却器的壳程
在投料试车配制氨水过程中，由于液氨直接配到压缩机出口气氨管线上，使液氨倒回到防喘振线阀组和后冷却器的壳程，导致阀组和后冷却器表面结霜、结冰，拆开后冷却器发现管程循环水几乎全部冻堵，化冻后共检测到13根换热管漏水。分析原因有三：一是配氨水的液氨管线设计位置有问题，很容易导致液氨倒流；二是后冷却器的气氨管线未设计分离器，无法监测液氨的倒流，也无法监测后冷却器的循环水是否漏到气氨系统；三是压缩机出口气氨管线上无导淋，无法排出液氨。
应对措施：①更改氨水的配制方案，通过氨冷器的蒸发及吸收器的吸收配制氨水；②待年度大修停车时在后冷却器后增加分离器，以便监测循环水是否漏到气氨系统里；③在后冷却器后的气氨管线低点处增加导淋，开停车时不定时进行液氨排放，以防止液氨倒流。
在随后的多次开停车过程中，压缩机系统一直正常开停车，压缩机后冷却器再未发生冻堵及漏水现场。
（3）溶液加热器蒸汽和循环冷却水用量远大于设计值
溶液热交换器是2台并联的板式换热器，设计浓氨水从43 ℃加热到116 ℃，稀氨水从148 ℃冷却到48 ℃。但在实际运行过程中，浓氨水只能从40 ℃加热到86 ℃，稀氨水只能从146 ℃冷却到84.5 ℃，远远达不到设计值，从而加大了加热蒸汽和循环冷却水的用量，能耗远远大于设计值。分析原因有二：一是溶液加热器的换热面积不够，导致换热效果差；二是浓氨水和稀氨水在板式换热器内是顺流接触而并非逆流接触，从而导致换热效果差。
应对措施：①把2台并联的板式换热器改为串联使用，增大介质的换热面积和在设备内的停留时间；②把板式换热器的顺流接触改为逆流接触。
利用一次短停机会将2台板式换热器改为串联使用，效果比较明显，浓氨水可以被加热到103.18 ℃，稀氨水可以被冷却到65.5 ℃，但还是没有达到设计值，计划在年度大修时把介质的接触形式从顺流改为逆流。
（4）系统久停无法正常开车
2015年2月，由于系统停车时间太长，超过了1个月，在随后的3月份再次开车时，打开氨冷凝器气氨侧的截止阀，管道剧烈震动，无法正常开车，通过氨冷凝器壳程的导淋排放出大量的氨水。分析原因有三：一是发生器的加热蒸汽切断阀内漏，停车后精馏塔底部一直有蒸汽加热，氨气和水蒸气在冷凝器壳程冷凝聚集；二是停车以后精馏塔降温后未及时泄压；三是精馏塔顶部气氨管线到氨冷凝器之间的U形弯很容易聚集氨水，构成开车安全隐患。
应对措施：①更换发生器的加热蒸汽切断阀，以便在停车时及时切断热源；②停车后精馏塔及时降温降压；③精馏塔顶部气氨管线到氨冷凝器之间U形弯最低点增加导淋，每次开停车时及时进行排液。
整改后，在随后的开车过程中，顺利开车，管道再未发生震动、气阻等现象。
（5）循环水系统检测到氨
应对措施：①把机封冷却循环水改为脱盐水，以减少积垢和泄漏的氨水腐蚀；②备用泵及停车期间，机封冷却水系统用阀门进行隔离，确保脱盐水系统安全；③停车期间注意氨水系统的压力，压力一旦升高及时进行泄压；④更换新的机械密封。
随后的开车及运行过程中，氨水泵运行良好，机封积垢及腐蚀现象大为改观，机封使用寿命有所延长。
3.总结
混合制冷工段经多次开停车和技术改造优化，现已基本实现了安全、稳定、长周期运行，改造达到了节约能耗、降低成本、长周期运行的目的，为同类装置及相似装置的工艺路线选择提供了参考和依据，也为其他企业混合制冷装置的试车、开车提供了借鉴经验。
（晋煤天庆煤化工 郭金海 苗胜利 樊成林）