紀云功

(安徽三星化工有限責任公司安徽渦陽233600)

生產(chǎn)系統(tǒng)能量優(yōu)化工程技術及運行總結

紀云功

(安徽三星化工有限責任公司安徽渦陽233600)

1 項目由來

安徽三星化工有限責任公司(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、復合肥等，年產(chǎn)值可達10億元以上。近幾年，三星化工公司雖經(jīng)過多次技術改造，但隨著行業(yè)技術的不斷升級，生產(chǎn)系統(tǒng)中仍有部分工藝設備存在能耗偏高、產(chǎn)能偏小的問題，凸顯了現(xiàn)有裝置與先進技術的差距。通過分析研究，利用行業(yè)“十二五”期間推廣的先進技術以及國家財政的支持，對氨合成系統(tǒng)部分工段進行改造，可實現(xiàn)增產(chǎn)、節(jié)能降耗。項目實施后，經(jīng)過驗收，達到行業(yè)先進水平，并受到行業(yè)協(xié)會的好評。

2 主要改造內(nèi)容

項目批準主要改造內(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回收尿素低位熱能。

3 各子項改造方案及運行效果

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)負荷逐漸增大，氨合成系統(tǒng)生產(chǎn)能力明顯偏小，當合成氨產(chǎn)量提高時，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)的關鍵設備，直接關系到氨合成壓力、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)、催化劑全自卸結構Φ 1 500 mm氨合成塔內(nèi)件。此內(nèi)件技術先進、成熟可靠、阻力小、結構簡單、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)能不斷擴大的需要。

裝置投入運行后，氨合成系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定，各項指標都明顯優(yōu)于原來的2套氨合成系統(tǒng)，達到了預期的目的。系統(tǒng)壓力從32.0 MPa降至24.0 MPa，下降了8.0 MPa;壓縮機終端出口壓力低，循環(huán)機進出口壓差小;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)主要設備有氨合成塔、熱交換器、分離器、水冷器及相應的工藝管線、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，增加壓縮機生產(chǎn)能力，提高總氨產(chǎn)量，實現(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)水的溫度還需用風機進行降溫，能量未能得到綜合利用。

此改造項目采用帶熱回收裝置的甲醇塔對現(xiàn)有甲醇塔進行改造，改造后可以對出塔氣(230～260℃)的熱量進行回收，甲醇合成塔選用南京昊安科技工程有限公司設計開發(fā)的NJP-I型列管式低壓甲醇反應器。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構，下設波紋膨脹節(jié)來補償合成塔外筒的膨脹，內(nèi)筒的膨脹則由出口管道補償。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，折標煤5 592.8 t。列管式低壓甲醇反應器相關參數(shù)見表2。

表2 列管式低壓甲醇反應器相關參數(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)，全部通過微機進行操作，操作方便，運行穩(wěn)定，工藝指標控制平穩(wěn)。投運以來，各電器設施、儀表、儀器操作符合規(guī)定;各泵運轉(zhuǎn)正常，無異常;各項指標符合要求，達到了預期的目的，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)醇裝置新增設備見表3。

表3 Φ 2 400 mm低壓聯(lián)醇裝置新增設備

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(或稱風冷式)及蒸發(fā)式(制冷劑在管內(nèi)冷凝，管外同時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)水泵和冷卻水塔風機耗功也較大。

蒸發(fā)式冷凝器冷卻效果好，且具有節(jié)水、節(jié)電和結構緊湊、占地面積小等優(yōu)點，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，使壓縮機出口壓力下降，壓縮機的輸入功率亦相應下降。

三星化工公司冷凍系統(tǒng)改造前采用殼管式冷凝器，本項目將現(xiàn)有殼管式冷凝器改成蒸發(fā)式冷凝器。冰機出口壓力在1.6 MPa，冷凝器出液溫度為36～38℃。

根據(jù)運行經(jīng)驗和理論計算，冷凝溫度每降低1℃，壓縮機功率下降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系統(tǒng)節(jié)電約15%，較風冷式冷凝器冷凍系統(tǒng)節(jié)電約30%。原冰機系統(tǒng)有功功率為2 640 kW，年耗電1.9×107kW·h;項目實施后，系統(tǒng)耗電降低15%，折標煤350.4 t。

3.4 溴化鋰制冷

溴化鋰吸收式制冷機以熱能為動力，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制冷機明顯節(jié)約電能;機組除功率較小的屏蔽泵外，無其他運動部件，噪音低，僅為75～80 dB;制冷量調(diào)節(jié)范圍廣，可在20%～100%的負荷內(nèi)進行冷量的無級調(diào)節(jié)，并且隨著負荷的變化調(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)新增設備見表4。三星化工公司現(xiàn)有3套氫氮壓縮機裝置(MH92壓縮機、H12壓縮機和6M32壓縮機)，通氣量分別為:29 000 m3/h (標態(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)實際情況，匹配2臺8.4×106kJ/h溴化鋰制冷機組，每臺機組制取7～12℃冷水400 m3/h、回收尿素一吸冷卻器熱水310 m3/h。利用尿素熱水的低位熱能，通過溴化鋰制冷機組(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，提高壓縮機打氣量，增加合成氨產(chǎn)量，降低電耗，年可節(jié)約標煤13 524.6 t。

表4 冷凍系統(tǒng)新增設備

4 結語

三星化工公司生產(chǎn)裝置能量優(yōu)化工程是“十二五”期間一項重點工程，也是重要系統(tǒng)的節(jié)能工程，通過2年多實施，順利投運;工程主要技術依托單位有安徽省化工設計院、洛陽隆華制冷設備公司、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)