CN116659109A - 合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统及其防喘振方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于合成氨领域，具体涉及一种合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统及其防喘振方法，包括多级氨压缩机组、气氨循环水冷却冷凝器、液氨槽、氨蒸发冷却器组、液氨流量计组、气氨流量计组、平衡氨蒸发冷却器组和调节分配阀组，液氨流量计组包括N个与氨蒸发冷却器一一对应的液氨流量计，气氨流量计组包括M个与各级氨压缩机一一对应的气氨流量计，平衡氨蒸发冷却器组包括N个与氨蒸发冷却器一一对应的平衡氨蒸发冷却器，调节分配阀可将平衡氨蒸发冷却器组蒸发的气氨分配至氨压缩机组中的任意K个氨压缩机。本发明能够解决多级压缩机组由于各级负荷比例失衡导致的喘振问题，而且平衡氨蒸发冷却器组也可以用于给物料降温，不存在作无效功的问题。
Description
技术领域
本发明属于合成氨领域，具体涉及一种合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统及其防喘振方法。
背景技术
合成氨装置工艺流程主要由造气、变换、净化、氨合成等工艺段组成。在工艺生产过程中，根据工艺物流对温度级的需要，通过常温循环冷却水冷却、物料间冷热交换、氨蒸发冷却深冷等手段对物料进行降温冷却、冷凝，达到对物料分离、提纯、净化、降温的目的。
在工艺流程中，净化工段的-38℃低温甲醇、解析可用的H2物料、需冷却至-38℃的含硫/无硫富甲醇、需冷却至-35℃的H2S馏分，合成工段的氨分离需分级冷却至10℃、-8℃的低温冷等，需大量的且能达到深冷的冷负荷。由于温度级的需要，无法通过常温循环冷却水、7℃的溴化锂制冷机或常规电制冷机直接实现。因此，在合成氨装置中，就地取材利用氨蒸发能够达到低温的特点，通过氨冷冻系统实现，且由于根据合成氨装置中需要不同温度级的制冷温度，常规设置三级氨压缩机组，压缩不同温度级及对应不同蒸发压力级回路中蒸发后的气氨。
现有的氨冷冻系统中，受生产负荷对应的需冷量、环境温度变化对冷却循环水温度的影响、制冷剂蒸发冷却器前段循环水冷却器结垢导致传热性能下降等原因，往往会导致各温度级制冷剂蒸发冷却回路实际需蒸发的制冷剂量与原设计值出现差异，导致各温度级制冷剂蒸发量比例失衡，进而导致氨压缩机出现喘振。现有技术的解决方法是在氨压缩机前安装喘振阀，喘振阀的作用是将一部分液氨槽的液氨补充到负荷过小的氨压缩机中，问题在于这些补充到氨压缩机的液氨没有经过氨蒸发冷却器，即没有用到工艺上给物料降温，这样等于做了无效功，造成了能耗的浪费。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统及其防喘振方法的技术方案。
一种合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统，包括依次通过管路连接并构成循环回路的多级氨压缩机组、气氨循环水冷却冷凝器、液氨槽和氨蒸发冷却器组，所述多级氨压缩机组配合连接用以驱动其工作的汽轮机，所述多级氨压缩机组包括M级依次串联的氨压缩机，所述氨蒸发冷却器组包括N个与多级氨压缩机组通过管路按蒸发温度级的不同进行连接，还包括液氨流量计组、气氨流量计组、平衡氨蒸发冷却器组和调节分配阀组，所述液氨流量计组包括N个与氨蒸发冷却器一一对应的液氨流量计，所述液氨流量计监测对应氨蒸发冷却器的实际液氨进量，所述气氨流量计组包括M个与各级氨压缩机一一对应的气氨流量计，所述气氨流量计监测对应氨压缩机的实际气氨进量，所述平衡氨蒸发冷却器组包括N个与氨蒸发冷却器一一对应的平衡氨蒸发冷却器，所述平衡氨蒸发冷却器分流部分对应氨蒸发冷却器的液氨，所述调节分配阀组可将平衡氨蒸发冷却器蒸发的气氨分配至氨压缩机组中的任意K个氨压缩机，M、N为大于1的正整数，N不小于M，K为小于M的正整数。
进一步地，所述调节分配阀组包括M个调节分配阀，M个调节分配阀与M个氨压缩机通过管路一一对应连接，每个调节分配阀均通过管路与所有平衡氨蒸发冷却器连接。
进一步地，所述平衡氨蒸发冷却器的液氨进口设置分流阀。
进一步地，所述液氨流量计设置于对应氨蒸发冷却器的液氨进口。
进一步地，所述气氨流量计设置于对应氨压缩机的气氨进口。
进一步地，所述液氨槽与氨压缩机之间设置喘振回路，用以为氨压缩机补偿液氨，所述喘振回路上设置喘振阀。
本发明还包括一种防喘振方法，应用于如上所述的防喘振型氨冷冻系统，包括：
步骤1，通过液氨流量计组监测各个氨蒸发冷却器的实际液氨进量；
步骤2，通过气氨流量计组监测各级氨压缩机的实际气氨进量；
步骤3，将各个氨蒸发冷却器的实际液氨进量与设计液氨进量作比较，选出实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，将各级氨压缩机的实际气氨进量与设计气氨进量作比较，选出设计气氨进量超出实际气氨进量的氨压缩机；
步骤4，对于实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，将其回路上部分液氨分流至对应的平衡氨蒸发冷却器，通过调节分配阀组将平衡氨蒸发冷却器蒸发出来的气氨分配至设计气氨进量大于实际气氨进量的氨压缩机。
进一步地，所述步骤3具体为：将各个氨蒸发冷却器的实际液氨进量与设计液氨进量作比较，选出实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，并按超出量比例的大小依次排序；将各级氨压缩机的实际气氨进量与设计气氨进量作比较，选出设计气氨进量超出实际气氨进量的氨压缩机，并按超出量比例的大小依次排序；
所述步骤4具体为：对于实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，按超出量比例从大到小依次将其回路上部分液氨分流至对应的平衡氨蒸发冷却器，通过调节分配阀组将平衡氨蒸发冷却器蒸发出来的气氨依次分配至按设计气氨进量超出实际气氨进量的超出量比例从大到小排列的氨压缩机。
进一步地，所述步骤3中，若存在实际液氨进量超出设计液氨进量的超出量大于预设阈值的氨蒸发冷却器，则执行步骤4，若不存在实际液氨进量超出设计液氨进量的超出量大于预设阈值的氨蒸发冷却器，则不执行步骤4。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设置了液氨流量计组、气氨流量计组、平衡氨蒸发冷却器组、调节分配阀组等结构，能够对实际液氨进量大于设计液氨进量的氨蒸发冷却器机进行分流，使分流出来的液氨经过平衡氨蒸发冷却器组后补充给设计气氨进量大于实际气氨进量的氨压缩机，从而解决多级氨压缩机组由于各级负荷不平衡导致的喘振的问题，而且平衡氨蒸发冷却器组也可以用于给物料降温，不存在作无效功的问题。
附图说明
图1为本发明的实施例1结构示意图；
图2为本发明的实施例2流程图；
图3为本发明的实施例3流程图。
图中：
1为汽轮机；
2a为一级氨压缩机；
2b为二级氨压缩机；
2c为三级氨压缩机；
3为气氨循环水冷却冷凝器；
4为液氨槽；
5a为一级氨蒸发冷却器；
5b为二级氨蒸发冷却器；
5c为三级氨蒸发冷却器；
6a为第一液氨流量计；
6b为第二液氨流量计；
6c为第三液氨流量计；
7a为第一气氨流量计；
7b为第二气氨流量计；
7c为第三气氨流量计；
8a为第一平衡氨蒸发冷却器；
8b为第二平衡氨蒸发冷却器；
8c为第三平衡氨蒸发冷却器；
9a为第一调节分配阀；
9b为第二调节分配阀；
9c为第三调节分配阀；
10a为第一循环水冷却器；
10b为第二循环水冷却器；
11a为第一分流阀；
11b为第二分流阀；
11c为第三分流阀；
12为喘振阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
请参阅图1，一种合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统，包括依次通过管路连接并构成循环回路的多级氨压缩机组、气氨循环水冷却冷凝器3、液氨槽4和氨蒸发冷却器组，还包括液氨流量计组、气氨流量计组、平衡氨蒸发冷却器组和调节分配阀组。
继续参阅图1，多级氨压缩机组配合连接用以驱动其工作的汽轮机1，多级氨压缩机组包括3级依次串联的氨压缩机，分为一级氨压缩机2a、二级氨压缩机2b和三级氨压缩机2c。
继续参阅图1，氨蒸发冷却器组包括3个氨蒸发冷却器，分别为一级氨蒸发冷却器5a、二级氨蒸发冷却器5b和三级氨蒸发冷却器5c。一级氨蒸发冷却器5a冷却温度为-38℃，其通过管路与一级氨压缩机2a连接，二级氨蒸发冷却器5b冷却温度为-8℃，其通过管路与二级氨压缩机2b连接，三级氨蒸发冷却器5c冷却温度为10℃，其通过管路与三级氨压缩机2c连接。
继续参阅图1，液氨流量计组包括3个液氨流量计，分别为第一液氨流量计6a、第二液氨流量计6b和第三液氨流量计6c。第一液氨流量计6a设置于一级氨蒸发冷却器5a的进口，用于监测一级氨蒸发冷却器5a的实际液氨进量。第二液氨流量计6b设置于二级氨蒸发冷却器5b的进口，用于监测二级氨蒸发冷却器5b的实际液氨进量。第三液氨流量计6c设置于三级氨蒸发冷却器5c的进口，用于监测三级氨蒸发冷却器5c的实际液氨进量。
继续参阅图1，气氨流量计组包括3个气氨流量计，分别为第一气氨流量计7a、第二气氨流量计7b和第三气氨流量计7c。第一气氨流量计7a设置于第一氨压缩机2a的进口，用于监测第一氨压缩机2a的实际气氨进量。第二气氨流量计7b设置于第二氨压缩机2b的进口，用于监测第二氨压缩机2b的实际气氨进量。第三气氨流量计7c设置于第三氨压缩机2c的进口，用于监测第三氨压缩机2c的实际气氨进量。
继续参阅图1，平衡氨蒸发冷却器组包括3个平衡氨蒸发冷却器，分别为第一平衡氨蒸发冷却器8a、第二平衡氨蒸发冷却器8b和第三平衡氨蒸发冷却器8c。第一平衡氨蒸发冷却器8a的进口设置第一分流阀11a，第一分流阀11a通过管路与一级氨蒸发冷却器5a的液氨进口连接，第一平衡氨蒸发冷却器8a所在管路相当于是一级氨蒸发冷却器5a回路的并联液氨支路，第一平衡氨蒸发冷却器8a用于分流一级氨蒸发冷却器5a的液氨。第二平衡氨蒸发冷却器8b的进口设置第二分流阀11b，第二分流阀11b通过管路与二级氨蒸发冷却器5b的液氨进口连接，第二平衡氨蒸发冷却器8b所在的管路相当于是二级氨蒸发冷却器5b回路的并联液氨支路，第二平衡氨蒸发冷却器8b用于分流二级氨蒸发冷却器5b的液氨。第三平衡氨蒸发冷却器8c的进口设置第三分流阀11c，第三分流阀11c通过管路与三级氨蒸发冷却器5c的液氨进口连接，第三平衡氨蒸发冷却器8c所在的管路相当于是三级氨蒸发冷却器5c回路的并联液氨支路，第三平衡氨蒸发冷却器8c用于分流三级氨蒸发冷却器5c的液氨。
进一步参阅图1，三个平衡氨蒸发冷却器的气氨出口通过管路连接在一起，该段管路上设置三个调节分配阀，分别为第一调节分配阀9a、第二调节分配阀9b和第三调节分配阀9c。第一调节分配阀9a接入一级氨蒸发冷却器5a和一级氨压缩机2a之间的管路，为一级氨压缩机2a输送气氨。第二调节分配阀9b接入二级氨蒸发冷却器5b和二级氨压缩机2b之间的管路，为二级氨压缩机2b输送气氨。第三调节分配阀9c接入三级氨蒸发冷却器5c和三级氨压缩机2c之间的管路，为三级氨压缩机2c输送气氨。本实施例通过三个调节分配阀的通断来控制对平衡氨蒸发冷却器组蒸发的气氨的分配。
更进一步地，液氨槽4与各级氨压缩机之间分别设置喘振回路，喘振回路用以为氨压缩机补偿液氨，喘振回路上设置喘振阀12。本实施例本质上是解决多级氨冷冻系统由于负荷分配失衡导致的喘振，如果系统整体负荷过低，依然需要打开喘振阀12给氨压缩机补充液氮。
需要说明的是，本实施例可根据氨压缩机组级数的不同，对气氨流量计、液氨流量计、调节分配阀、分流阀、平衡氨蒸发冷却器的数量做相应调整。
工作时，液氨槽4为氨蒸发冷却器组供应液氨，本实施例根据实施例2或实施例3的防喘振方法，将一部分本应供给氨蒸发冷却器组的液氨分流至平衡氨蒸发冷却器组，物料经过另外配备的第一循环水冷却器10a和第二循环水冷却器10b的初步冷却后再依次经平衡氨蒸发冷却器组和氨蒸发冷却器组的降温，然后到下一工序，氨蒸发冷却器蒸发出来的气氨直接通入对应的氨压缩机，平衡氨蒸发冷却器蒸发的气氨通过调节分配阀组分配至有喘振隐患的氨压缩机中，氨压缩机组对气氨进行增压，然后气氨循环水冷却冷凝器3对增压后的气氨进行冷却冷凝，形成液氨，液氨回流至液氨槽4，如此往复循环。
其中，液氨分流以及气氨分配的依据将在实施例2和实施例3中介绍。
实施例2
请参阅图2，一种防喘振方法，应用于如实施例1所述的防喘振型氨冷冻系统，包括：
步骤1，通过液氨流量计组监测各个氨蒸发冷却器的实际液氨进量。
步骤2，通过气氨流量计组监测各级氨压缩机的实际气氨进量。
步骤3，将各个氨蒸发冷却器的实际液氨进量与设计液氨进量作比较，选出实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，并按超出量比例的大小依次排序，这里超出量比例是指超出量占设计液氨进量的比例；将各级氨压缩机的实际气氨进量与设计气氨进量作比较，选出设计气氨进量超出实际气氨进量的氨压缩机，并按超出量比例的大小依次排序，这里超出量比例是指超出量占设计气氨进量的比例。
步骤4，对于实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，按超出量比例从大到小依次将其回路上部分液氨分流至对应的平衡氨蒸发冷却器，通过调节分配阀组将平衡氨蒸发冷却器蒸发出来的气氨依次分配至按设计气氨进量超出实际气氨进量的超出量比例从大到小排列的氨压缩机，即先分流实际液氨进量超出量比例最大的氨蒸发冷却器，同时先给设计气氨进量超出实际气氨进量的超出量比例最大的氨压缩机补充气氨。
其中，设计液氨进量和设计气氨进量预先根据相应设备以及工作需求进行设定。
可以理解，在上述技术方案中，本实施例将平衡氨蒸发冷却器蒸发出来的气氨分配至设计气氨进量超出实际气氨进量比例最大的氨压缩机，能够解决压缩机的喘振问题。
实施例3
请参阅图3，一种防喘振方法，应用于如实施例1所述的防喘振型氨冷冻系统，包括：
步骤1，通过液氨流量计组监测各个氨蒸发冷却器的实际液氨进量。
步骤2，通过气氨流量计组监测各级氨压缩机的实际气氨进量。
步骤3，将各个氨蒸发冷却器的实际液氨进量与设计液氨进量作比较，选出实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，并按超出量比例的大小依次排序，这里超出量比例是指超出量占设计液氨进量的比例；将各级氨压缩机的实际气氨进量与设计气氨进量作比较，选出设计气氨进量超出实际气氨进量的氨压缩机，并按超出量比例的大小依次排序，这里超出量比例是指超出量占设计气氨进量的比例；若存在实际液氨进量超出设计液氨进量的超出量大于预设阈值的氨蒸发冷却器，则执行步骤4，若不存在实际液氨进量超出设计液氨进量的超出量大于预设阈值的氨蒸发冷却器，则不执行步骤4。
步骤4，对于实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，按超出量比例从大到小依次将其回路上部分液氨分流至对应的平衡氨蒸发冷却器，通过调节分配阀组将平衡氨蒸发冷却器蒸发出来的气氨依次分配至按设计气氨进量超出实际气氨进量的超出量比例从大到小排列的氨压缩机，即先分流实际液氨进量超出量比例最大的氨蒸发冷却器，同时先给设计气氨进量超出实际气氨进量的超出量比例最大的氨压缩机补充气氨。
其中，设计液氨进量、设计气氨进量以及实际液氨进量超出设计液氨进量的预设阈值都是预先根据相应设备以及工作需求进行设定。
可以理解，在上述技术方案中，本实施例不仅能够解决多级压缩机组由于各级负荷比例失衡导致的喘振问题，而且根据设置了预设阈值，只有设计气氨进量超出实际气氨进量的超出量大于预设阈值时，才会执行液氨分流的工作，这样操作更加精准，可以减少系统的工作量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统，包括依次通过管路连接并构成循环回路的多级氨压缩机组、气氨循环水冷却冷凝器（3）、液氨槽（4）和氨蒸发冷却器组，所述多级氨压缩机组配合连接用以驱动其工作的汽轮机（1），所述多级氨压缩机组包括M级依次串联的氨压缩机，所述氨蒸发冷却器组包括N个与多级氨压缩机组通过管路按蒸发温度级的不同进行连接，其特征在于，还包括液氨流量计组、气氨流量计组、平衡氨蒸发冷却器组和调节分配阀组，所述液氨流量计组包括N个与氨蒸发冷却器一一对应的液氨流量计，所述液氨流量计监测对应氨蒸发冷却器的实际液氨进量，所述气氨流量计组包括M个与各级氨压缩机一一对应的气氨流量计，所述气氨流量计监测对应氨压缩机的实际气氨进量，所述平衡氨蒸发冷却器组包括N个与氨蒸发冷却器一一对应的平衡氨蒸发冷却器，所述平衡氨蒸发冷却器分流部分对应氨蒸发冷却器的液氨，所述调节分配阀组可将平衡氨蒸发冷却器蒸发的气氨分配至氨压缩机组中的任意K个氨压缩机，M、N为大于1的正整数，N不小于M，K为小于M的正整数。
2.根据权利要求1所述的一种合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统，其特征在于，所述调节分配阀组包括M个调节分配阀，M个调节分配阀与M个氨压缩机通过管路一一对应连接，每个调节分配阀均通过管路与所有平衡氨蒸发冷却器连接。
3.根据权利要求1所述的一种合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统，其特征在于，所述平衡氨蒸发冷却器的液氨进口设置分流阀。
4.根据权利要求1所述的一种合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统，其特征在于，所述液氨流量计设置于对应氨蒸发冷却器的液氨进口。
5.根据权利要求1所述的一种合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统，其特征在于，所述气氨流量计设置于对应氨压缩机的气氨进口。
6.根据权利要求1所述的一种合成氨装置用防喘振型氨冷冻系统，其特征在于，所述液氨槽（4）与氨压缩机之间设置喘振回路，用以为氨压缩机补偿液氨，所述喘振回路上设置喘振阀（12）。
7.一种防喘振方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6中任一所述的防喘振型氨冷冻系统，包括：
步骤1，通过液氨流量计组监测各个氨蒸发冷却器的实际液氨进量；
步骤2，通过气氨流量计组监测各级氨压缩机的实际气氨进量；
步骤3，将各个氨蒸发冷却器的实际液氨进量与设计液氨进量作比较，选出实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，将各级氨压缩机的实际气氨进量与设计气氨进量作比较，选出设计气氨进量超出实际气氨进量的氨压缩机；
步骤4，对于实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，将其回路上部分液氨分流至对应的平衡氨蒸发冷却器，通过调节分配阀组将平衡氨蒸发冷却器蒸发出来的气氨分配至设计气氨进量大于实际气氨进量的氨压缩机。
8.根据权利要求7所述的防喘振方法，其特征在于，所述步骤3具体为：将各个氨蒸发冷却器的实际液氨进量与设计液氨进量作比较，选出实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，并按超出量比例的大小依次排序；将各级氨压缩机的实际气氨进量与设计气氨进量作比较，选出设计气氨进量超出实际气氨进量的氨压缩机，并按超出量比例的大小依次排序；
所述步骤4具体为：对于实际液氨进量超出设计液氨进量的氨蒸发冷却器，按超出量比例从大到小依次将其回路上部分液氨分流至对应的平衡氨蒸发冷却器，通过调节分配阀组将平衡氨蒸发冷却器蒸发出来的气氨依次分配至按设计气氨进量超出实际气氨进量的超出量比例从大到小排列的氨压缩机。
9.根据权利要求8所述的防喘振方法，其特征在于，所述步骤3中，若存在实际液氨进量超出设计液氨进量的超出量大于预设阈值的氨蒸发冷却器，则执行步骤4，若不存在实际液氨进量超出设计液氨进量的超出量大于预设阈值的氨蒸发冷却器，则不执行步骤4。
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