紀(jì)云功
(安徽三星化工有限責(zé)任公司安徽渦陽233600)
生產(chǎn)系統(tǒng)能量優(yōu)化工程技術(shù)及運(yùn)行總結(jié)
紀(jì)云功
(安徽三星化工有限責(zé)任公司安徽渦陽233600)
安徽三星化工有限責(zé)任公司(以下簡稱三星化工公司)經(jīng)過多年的發(fā)展,現(xiàn)已成長為一家綜合性的化工企業(yè),產(chǎn)品有尿素、甲醇、復(fù)合肥等,年產(chǎn)值可達(dá)10億元以上。近幾年,三星化工公司雖經(jīng)過多次技術(shù)改造,但隨著行業(yè)技術(shù)的不斷升級,生產(chǎn)系統(tǒng)中仍有部分工藝設(shè)備存在能耗偏高、產(chǎn)能偏小的問題,凸顯了現(xiàn)有裝置與先進(jìn)技術(shù)的差距。通過分析研究,利用行業(yè)“十二五”期間推廣的先進(jìn)技術(shù)以及國家財(cái)政的支持,對氨合成系統(tǒng)部分工段進(jìn)行改造,可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、節(jié)能降耗。項(xiàng)目實(shí)施后,經(jīng)過驗(yàn)收,達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平,并受到行業(yè)協(xié)會的好評。
項(xiàng)目批準(zhǔn)主要改造內(nèi)容有:①Φ 1 500 mm氨合成系統(tǒng)取代原Φ 800 mm氨合成系統(tǒng);②帶熱回收裝置的甲醇塔代替聯(lián)醇生產(chǎn)中的直冷式甲醇塔;③蒸發(fā)式冷凝器代替冷凍系統(tǒng)的冷卻器;④采用溴化鋰吸收制冷技術(shù)回收尿素低位熱能。
3.1 氨合成系統(tǒng)
三星化工公司改造前有Φ 1 200 mm和Φ 800 mm氨合成系統(tǒng)各1套,具備氨醇230 kt/a、尿素300 kt/a、甲醇100 kt/a的生產(chǎn)能力。隨著系統(tǒng)不斷改造,生產(chǎn)負(fù)荷逐漸增大,氨合成系統(tǒng)生產(chǎn)能力明顯偏小,當(dāng)合成氨產(chǎn)量提高時(shí),2套氨合成系統(tǒng)壓力在32.0 MPa,循環(huán)氣中φ(CH4)只能控制在10%~12%,合成放空氣量大,噸氨煤耗高、電耗高,系統(tǒng)壓力高,既不節(jié)能,又存在不安全因素。
氨合成塔內(nèi)件是氨合成系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,直接關(guān)系到氨合成壓力、系統(tǒng)阻力、噸氨原料氣消耗、氨轉(zhuǎn)化率及系統(tǒng)冷量消耗。此次技改將Φ 800 mm氨合成系統(tǒng)改造為1套Φ 1 500 mm氨合成系統(tǒng),選用南京國昌公司GC型軸徑向(二軸二徑)、催化劑全自卸結(jié)構(gòu)Φ 1 500 mm氨合成塔內(nèi)件。此內(nèi)件技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、阻力小、結(jié)構(gòu)簡單、操作性能穩(wěn)定、催化劑裝填量多、生產(chǎn)彈性大,能滿足三星化工公司產(chǎn)能不斷擴(kuò)大的需要。
裝置投入運(yùn)行后,氨合成系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定,各項(xiàng)指標(biāo)都明顯優(yōu)于原來的2套氨合成系統(tǒng),達(dá)到了預(yù)期的目的。系統(tǒng)壓力從32.0 MPa降至24.0 MPa,下降了8.0 MPa;壓縮機(jī)終端出口壓力低,循環(huán)機(jī)進(jìn)出口壓差小;噸氨電耗比原來降低約80 kW·h,全年節(jié)電總量約為1.6×107kW·h,折標(biāo)煤為6 400 t;循環(huán)氣中φ(CH4+Ar)控制在23%~25%,弛放氣量明顯減少,氨凈值也明顯提高。
Φ 1 500 mm氨合成系統(tǒng)主要設(shè)備有氨合成塔、熱交換器、分離器、水冷器及相應(yīng)的工藝管線、閥門管件等(表1)。
表1 Φ 1 500 mm氨合成系統(tǒng)主要新增設(shè)備
3.2 低壓聯(lián)醇
一般的甲醇生產(chǎn)工藝(這里指聯(lián)醇工藝)的操作壓力是12.0 MPa或32.0 MPa。三星化工公司為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,在本次系統(tǒng)改造中選擇采用了5.0 MPa低壓聯(lián)醇裝置。操作壓力低,可以大幅降低壓縮功耗,增加壓縮機(jī)生產(chǎn)能力,提高總氨產(chǎn)量,實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效。
三星化工公司1#系統(tǒng)的甲醇生產(chǎn)能力為50 kt/a,共有5臺直冷式甲醇塔,甲醇出塔氣中的反應(yīng)熱量全部靠循環(huán)水冷卻散熱,不僅熱量被損失掉了,且循環(huán)水的溫度還需用風(fēng)機(jī)進(jìn)行降溫,能量未能得到綜合利用。
此改造項(xiàng)目采用帶熱回收裝置的甲醇塔對現(xiàn)有甲醇塔進(jìn)行改造,改造后可以對出塔氣(230~260℃)的熱量進(jìn)行回收,甲醇合成塔選用南京昊安科技工程有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)的NJP-I型列管式低壓甲醇反應(yīng)器。其管內(nèi)裝催化劑,管間用脫鹽水換熱,通過汽包副產(chǎn)2.5 MPa中壓蒸汽,減壓至1.25 MPa后送往蒸汽管網(wǎng)。合成塔采用浮頭式結(jié)構(gòu),下設(shè)波紋膨脹節(jié)來補(bǔ)償合成塔外筒的膨脹,內(nèi)筒的膨脹則由出口管道補(bǔ)償。采用新工藝后,噸甲醇可副產(chǎn)蒸汽0.8 t(1.25 MPa,400℃),年副產(chǎn)蒸汽40 000 t,折標(biāo)煤5 592.8 t。列管式低壓甲醇反應(yīng)器相關(guān)參數(shù)見表2。
表2 列管式低壓甲醇反應(yīng)器相關(guān)參數(shù)
低壓聯(lián)醇裝置控制系統(tǒng)采用浙大中控的DCS控制系統(tǒng),全部通過微機(jī)進(jìn)行操作,操作方便,運(yùn)行穩(wěn)定,工藝指標(biāo)控制平穩(wěn)。投運(yùn)以來,各電器設(shè)施、儀表、儀器操作符合規(guī)定;各泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常,無異常;各項(xiàng)指標(biāo)符合要求,達(dá)到了預(yù)期的目的,對優(yōu)化操作控制和穩(wěn)定合成氨裝置生產(chǎn)起到巨大作用。Φ 2 400 mm低壓聯(lián)醇裝置新增設(shè)備見表3。
表3 Φ 2 400 mm低壓聯(lián)醇裝置新增設(shè)備
3.3 蒸發(fā)式冷凝器
常用的冷凝器按其冷卻介質(zhì)和冷卻方式一般可分為:水冷式(又分為殼管式、套管式、沉浸式等)、空氣冷卻式(或稱風(fēng)冷式)及蒸發(fā)式(制冷劑在管內(nèi)冷凝,管外同時(shí)受到水及空氣的冷卻)。
空氣冷卻式冷凝器冷卻效果較差、冷凝溫度較高,主要用于缺乏冷卻水水源場所的分散式及小型制冷系統(tǒng)。大、中型制冷系統(tǒng),以往大多采用水冷式、立式或臥式、殼管式冷凝器,并且為了減少冷卻水消耗量,大多使用循環(huán)水,需建有冷卻水塔或涼水池,占地面積大,循環(huán)水泵和冷卻水塔風(fēng)機(jī)耗功也較大。
蒸發(fā)式冷凝器冷卻效果好,且具有節(jié)水、節(jié)電和結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小等優(yōu)點(diǎn),蒸發(fā)式冷凝器的循環(huán)水流量僅為水冷式冷凝器的10%,水泵的能耗明顯降低。由于蒸發(fā)式冷凝器冷卻效果大大優(yōu)于水冷式和風(fēng)冷式冷凝器,故可使冷媒在冷凝器中的冷凝溫度降低3~5℃;由于冷凝溫度降低,使壓縮機(jī)出口壓力下降,壓縮機(jī)的輸入功率亦相應(yīng)下降。
三星化工公司冷凍系統(tǒng)改造前采用殼管式冷凝器,本項(xiàng)目將現(xiàn)有殼管式冷凝器改成蒸發(fā)式冷凝器。冰機(jī)出口壓力在1.6 MPa,冷凝器出液溫度為36~38℃。
根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算,冷凝溫度每降低1℃,壓縮機(jī)功率下降3%,再加上蒸發(fā)式冷凝器循環(huán)水量小而帶來的節(jié)電功能,故采用蒸發(fā)式冷凝器后,整個冷凍系統(tǒng)較水冷式冷凝器冰機(jī)系統(tǒng)節(jié)電約15%,較風(fēng)冷式冷凝器冷凍系統(tǒng)節(jié)電約30%。原冰機(jī)系統(tǒng)有功功率為2 640 kW,年耗電1.9×107kW·h;項(xiàng)目實(shí)施后,系統(tǒng)耗電降低15%,折標(biāo)煤350.4 t。
3.4 溴化鋰制冷
溴化鋰吸收式制冷機(jī)以熱能為動力,充分利用低勢熱能以大幅降低能耗,比利用電能為動力的壓縮機(jī)制冷機(jī)明顯節(jié)約電能;機(jī)組除功率較小的屏蔽泵外,無其他運(yùn)動部件,噪音低,僅為75~80 dB;制冷量調(diào)節(jié)范圍廣,可在20%~100%的負(fù)荷內(nèi)進(jìn)行冷量的無級調(diào)節(jié),并且隨著負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)溶液的循環(huán)量,具有良好的調(diào)節(jié)特性。
冷凍系統(tǒng)新增設(shè)備見表4。三星化工公司現(xiàn)有3套氫氮壓縮機(jī)裝置(MH92壓縮機(jī)、H12壓縮機(jī)和6M32壓縮機(jī)),通氣量分別為:29 000 m3/h (標(biāo)態(tài),下同),27 000 m3/h和75 500 m3/h,配套Φ 1 800 mm×6 625 mm,Φ 1 600 mm×6 625 mm和Φ 2 600 mm×7 084 mm煤氣換熱器。2套尿素裝置每小時(shí)可產(chǎn)尿素45 t,在一吸冷卻器產(chǎn)生熱水320 m3/h。根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)實(shí)際情況,匹配2臺8.4×106kJ/h溴化鋰制冷機(jī)組,每臺機(jī)組制取7~12℃冷水400 m3/h、回收尿素一吸冷卻器熱水310 m3/h。利用尿素?zé)崴牡臀粺崮埽ㄟ^溴化鋰制冷機(jī)組(發(fā)生器、蒸發(fā)器、冷凝器、吸收器)制備低溫冷水,利用這部分冷水降低半水煤氣溫度,提高壓縮機(jī)打氣量,增加合成氨產(chǎn)量,降低電耗,年可節(jié)約標(biāo)煤13 524.6 t。
表4 冷凍系統(tǒng)新增設(shè)備
三星化工公司生產(chǎn)裝置能量優(yōu)化工程是“十二五”期間一項(xiàng)重點(diǎn)工程,也是重要系統(tǒng)的節(jié)能工程,通過2年多實(shí)施,順利投運(yùn);工程主要技術(shù)依托單位有安徽省化工設(shè)計(jì)院、洛陽隆華制冷設(shè)備公司、南京國昌公司等。通過對氨合成、低壓醇、蒸發(fā)冷、溴化鋰制冷幾個主要系統(tǒng)的改造,年可節(jié)煤近30 kt,節(jié)能效果顯著。
2015-09-23)