王亞樂 ， 樊安靜 ， 郭秀紅 ， 楊海彬

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng) 453731)

?生產(chǎn)與實踐?

降低合成氨裝置冷凍系統(tǒng)冰機電耗的方法

王亞樂 ， 樊安靜 ， 郭秀紅 ， 楊海彬

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng) 453731)

針對合成氨裝置冷凍系統(tǒng)冰機電耗高的問題，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的方法尋找造成電耗高的原因，針對原因?qū)ζ洳僮鞣绞交蛘吖に囍笜诉M行調(diào)整，節(jié)電效果明顯，為企業(yè)低成本運行提供了技術(shù)支持。

冷凍系統(tǒng) ； 冰機 ； 節(jié)能降耗 ； 蒸發(fā)冷 ； 效果

0 前言

節(jié)能降耗是企業(yè)的生存之本，化工生產(chǎn)中，每一度電，每一滴水的節(jié)約都會為生產(chǎn)運行帶來巨大的成本節(jié)降空間，河南心連心化肥有限公司樹立“從點點滴滴做起，從分分鐘鐘做起”的節(jié)能意識，以最佳的方式來實現(xiàn)節(jié)能效益的最大化。公司化肥分廠的生產(chǎn)能力為24萬t/a合成氨、40萬t/a甲醇的合成氨尿素聯(lián)產(chǎn)裝置，液氨冷凍系統(tǒng)的螺桿式壓縮機是合成氨系統(tǒng)中主要的耗能設(shè)備之一，據(jù)統(tǒng)計冷凍系統(tǒng)冰機的耗電量平均每天達到1萬 kW·h以上。針對此情況，我們從現(xiàn)場操作方式、工藝指標調(diào)整等方面進行探討與改進，最終有效實現(xiàn)了冰機系統(tǒng)能耗的降低。現(xiàn)將具體過程進行總結(jié)，以供同行業(yè)借鑒。

1 合成氨裝置冷凍系統(tǒng)

合成氨裝置冷凍系統(tǒng)的主要作用是將合成、烴化崗位的氣氨經(jīng)本崗位提壓、冷卻為液氨，送往氨儲槽，以保證合成氨冷、烴化氨冷用氨及合成循環(huán)機填料降溫，并實現(xiàn)合成氨系統(tǒng)的氨平衡。該系統(tǒng)中的冰機及配套的蒸發(fā)冷是合成氨裝置中主要的耗能設(shè)備。目前合成冷凍系統(tǒng)現(xiàn)有3臺JZKA31.5螺桿式制冷壓縮機，配備3組蒸發(fā)式冷卻器(每組2臺，共6臺)，每組冷負荷為2 000 kW。工藝系統(tǒng)流程簡圖如圖1：

圖1 冷凍系統(tǒng)流程簡圖

2 冷凍系統(tǒng)冰機運行現(xiàn)狀

2.1 冰機耗電情況

為清晰了解冷凍系統(tǒng)冰機的運行現(xiàn)狀，對2013年度冰機耗電情況進行了詳細統(tǒng)計，結(jié)果如表1所示。由統(tǒng)計結(jié)果可知，冰機電耗受冬夏季氣溫差異的影響很大，因夏季大氣溫度較高，首先造成冰機進口氣氨溫度較冬季高，冰機打氣量下降導(dǎo)致冰機電耗高；其次造成蒸發(fā)式冷卻器循環(huán)水溫度高，蒸發(fā)式冷卻器循環(huán)水泵負荷加重，造成冰機系統(tǒng)電耗升高，夏季冰機系統(tǒng)整體電耗約為冬季的三倍之多。

表1 2013年冰機電耗統(tǒng)計表

2.2 蒸發(fā)式冷卻器運行情況

冷凍系統(tǒng)運行過程中，根據(jù)運行經(jīng)驗，一般在冬季一臺冰機配備四臺蒸發(fā)式冷卻器，夏季兩臺冰機配備六臺蒸發(fā)式冷卻器。而在實際數(shù)據(jù)統(tǒng)計及指標排查中發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)式冷卻器的啟停機數(shù)量并沒有明確的指標規(guī)定，根據(jù)經(jīng)驗觀點：蒸發(fā)式冷卻器投運數(shù)量越多，冷卻效果越好。這在無形中造成冷凍系統(tǒng)總電耗的升高及浪費。

2.3 工藝指標執(zhí)行情況

冷凍系統(tǒng)冷卻后的液氨主要是為合成氨工序的氨冷換熱器提供冷量，氨冷換熱器熱流體出口溫度指標為-15～-8 ℃，工藝指標范圍比較寬泛，班組間氨冷溫度運行過程中波動較大，導(dǎo)致冰機負荷與氨冷指標沒有合理匹配，造成了冰機電量浪費。

3 原因分析及改進措施

3.1 蒸發(fā)式冷卻器冷卻效果差

目前的冷凍系統(tǒng)中，蒸發(fā)式冷卻器為開放式冷凝器，在其循環(huán)水池中會聚集污泥及雜質(zhì)，隨著水泵將循環(huán)水抽至蒸發(fā)式冷卻器的布水器中，這些污泥會將布水器的噴頭堵塞，從而造成噴淋效果差，影響蒸發(fā)式冷卻器換熱效果。針對此情況，對蒸發(fā)式冷卻器噴頭增加了反沖洗過濾裝置(沖洗水的壓力為0.3 MPa)，定期(每隔一個月)或者當氨槽壓力過高時啟用蒸發(fā)式冷卻器備機對在運行中的蒸發(fā)式冷卻器噴頭進行沖洗，保證噴頭正常運行。通過現(xiàn)場試驗，蒸發(fā)式冷卻器布水器噴頭疏通前后運行效果如下：

表2 蒸發(fā)式冷卻器布水器噴頭疏通前后工況對比

注：工況1表示大氣溫度3 ℃(1臺冰機、2臺蒸發(fā)冷)；工況2表示大氣溫度20 ℃(1臺冰機、4臺蒸發(fā)冷)。

通過試驗驗證，蒸發(fā)式冷卻器布水器噴頭疏通之后，其冷卻效果明顯得到改善，液氨溫度較未疏通前明顯降低，冰機耗電量也明顯降低，這一措施，在大氣溫度較低時效果更加明顯。

3.2 蒸發(fā)式冷卻器卻器運行無管控措施

2014年上半年度，針對蒸發(fā)式冷卻器運行臺數(shù)與冰機運行負荷無明確匹配的問題，進行了現(xiàn)場試驗和大氣溫度，一定的冰機負荷的情況下，保證液氨槽壓力不升高的標準下，逐步停運蒸發(fā)式冷卻器數(shù)量，所得試驗結(jié)果如表3所示。

表3 不同大氣溫度下蒸發(fā)式冷卻器及冰機運行指標

注：蒸發(fā)式冷卻器簡稱蒸發(fā)冷。

通過以上試驗，對蒸發(fā)式冷卻器與冰機匹配問題進行了規(guī)范：①大氣溫度在-2～5 ℃時，采用1臺冰機，2臺蒸發(fā)式冷卻器的運行模式；②大氣溫度在7～15 ℃時，采用1臺冰機，4臺蒸發(fā)式冷卻器；③大氣溫度在20～25 ℃時，采用1臺或2臺冰機，6臺蒸發(fā)式冷卻器的運行模式。

通過采取對蒸發(fā)式冷卻器系統(tǒng)的一系列技改管控措施，當冰機啟動臺數(shù)和負荷不變，并且保證液氨槽壓力在指標內(nèi)的情況下，可以減少蒸發(fā)式冷卻器運行臺數(shù)，從而節(jié)約輔機用電量。據(jù)統(tǒng)計，如果每天少啟動一臺蒸發(fā)式冷卻器的話，可以節(jié)約電量30 kW·h/d。

3.3 合成氨裝置氨冷卻器出口溫度未嚴格控制

在合成氨工藝指標中，氨冷卻器出口溫度要求控制在-15～-8 ℃都是合理的。當氨冷溫度控制得較低時，氨冷卻器的用氨量則會增大，造成冰機負荷加大從而導(dǎo)致電耗升高。結(jié)合自動控制中的質(zhì)量卡邊原理，在保證工藝指標穩(wěn)定的情況下，只有長期地連續(xù)小幅波動運行才能最大化節(jié)約系統(tǒng)消耗的宗旨。我們進行了現(xiàn)場試驗，在相同的生產(chǎn)負荷下，當氨冷溫度由-10 ℃波動至-8.5 ℃時，冰機運行電流下降約1 A，冰機耗電量相差15 kW·h，而在現(xiàn)場試驗過程中，當氨冷溫度按指標中的高限控制在-9～-8 ℃時，對合成氨系統(tǒng)無不良影響。

針對此種情況對氨冷卻器設(shè)定溫度高限控制與低限控制兩種模式，既滿足了合成氨工序生產(chǎn)要求，又降低了液氨溫度的波動幅度，為系統(tǒng)節(jié)能降耗帶來了很好的效果。

4 運行效果分析

通過以上措施的實施，2014年度與2013年度相比，年平均噸氨電耗下降了7.33 kW·h，對比數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 2014年冰機電耗與2013年冰機電耗對比

據(jù)統(tǒng)計，2014年度總氨(合成氨+甲醇)實際產(chǎn)量為34萬t，則年節(jié)約用電量為249.22萬kW·h，按每度電0.4元，2014年共節(jié)約資金為99.69萬元。

5 結(jié)論

隨著化工行業(yè)的進步，節(jié)能減排政策要求日益嚴格，自2015年國家取消企業(yè)單位用電優(yōu)惠政策以來，使得化肥行業(yè)的電價成本提高。為保持化肥系統(tǒng)低成本領(lǐng)先的能力，引領(lǐng)行業(yè)進步，本次通過利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的方法，對現(xiàn)場的工藝指標操作數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)等進行了統(tǒng)計分析，采用簡單實用的工藝指標優(yōu)化及小技改方式，達成了合成氨冰機系統(tǒng)節(jié)能降耗的目的。本次冷凍系統(tǒng)的改造，不僅為企業(yè)節(jié)省了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟效益顯著，且在具體整改措施中，無需投入過多成本即可達到較好的節(jié)能降耗效果，適合在同行業(yè)內(nèi)進行推廣應(yīng)用。

2015-09-27

王亞樂(1991-)，女，助理工程師，從事化工設(shè)計及合成工藝的研究，電話：18738535869。

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