張超

唐山開灤炭素化工有限公司 河北唐山 063611

1 技改項目提出的背景

唐山開灤炭素化工有限公司（以下簡稱“炭素公司”）為開灤能源化工股份有限公司的控股子公司，主營業(yè)務(wù)范圍包括煤瀝青、輕油、工業(yè)萘、蒽油、炭黑油、燃料油等，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、日用等領(lǐng)域。公司地處環(huán)京、津和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)有利區(qū)位，具有良好的資源優(yōu)勢、交通優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

炭素公司的30萬噸/年煤焦油加工裝置，是開灤煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分，為開灤搶占和發(fā)展煤焦油加工及其下游奠定了基礎(chǔ)，是構(gòu)建形成“煤-焦-化”多元產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)營格局，致力做大做強(qiáng)、做精做細(xì)煤化工產(chǎn)業(yè)的重要環(huán)節(jié)之一。

2 煤瀝青成型裝置現(xiàn)狀

炭素公司瀝青成型裝置籌建于2007年，設(shè)計生產(chǎn)能力為17.1噸/小時（13.7萬噸/年)，與公司主體工程30萬噸/年焦油加工裝置同時規(guī)劃、設(shè)計和施工，裝置采用美國考伯斯技術(shù)，工程設(shè)計單位為山西化學(xué)工業(yè)第二設(shè)計院（現(xiàn)為賽鼎工程有限公司），裝置內(nèi)的設(shè)備供應(yīng)與安裝施工單位為武漢固久技術(shù)裝備有限公司，項目于2009年竣工，并于同年投入生產(chǎn)和使用。

3 成型裝置工藝流程

來自焦油蒸餾裝置的熱瀝青分別進(jìn)入到三個瀝青中間槽，每個槽頂部各配有1臺攪拌器，在瀝青冷卻到成型溫度之前，充分?jǐn)嚢瑁篂r青完成混合均勻。冷卻之后的液體瀝青，經(jīng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的瀝青齒輪泵輸送至瀝青成型設(shè)備，液體瀝青經(jīng)瀝青成型頭擠壓噴射至瀝青成型水箱內(nèi)，瀝青在水箱內(nèi)冷激、硬化成型。成型后的固體瀝青沉至水箱底部，經(jīng)螺旋輸送機(jī)送到帶有傾斜角度的鏈板輸送機(jī)上，該設(shè)備將瀝青帶出水面，瀝青中的水分在傾斜面上充分瀝干，最后經(jīng)皮帶機(jī)輸送至瀝青倉庫內(nèi)。

4 裝置目前存在的問題

炭素公司瀝青成型裝置采用考伯斯水下瀝青成型技術(shù)，與傳統(tǒng)水下成型相比，該技術(shù)具有單套裝置產(chǎn)能大、單位產(chǎn)能投資成本低等優(yōu)點，在公司投產(chǎn)的前幾年，該裝置發(fā)揮了明顯的產(chǎn)能優(yōu)勢，使公司在固體瀝青市場占據(jù)了重要地位。但是隨著設(shè)備使用年限的增加，裝置內(nèi)的設(shè)備老化嚴(yán)重，系統(tǒng)在運行過程中各類故障頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)活動和運行安全。這些問題主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）成型水箱下部特別容易積渣、堵塞，一旦堵塞嚴(yán)重，將造成螺旋輸送機(jī)的傳動鏈條和減速機(jī)的損壞，在生產(chǎn)過程中，裝置停工清渣頻繁，很難維持長周期連續(xù)運轉(zhuǎn)。

（2）循環(huán)冷卻水中瀝青渣過多，導(dǎo)致了循環(huán)水系統(tǒng)的頻繁堵塞，循環(huán)水泵、循環(huán)水管經(jīng)常因堵塞問題而影響正常開工；循環(huán)水中的瀝青渣還造成了冷卻塔填料的堵塞，嚴(yán)重影響了循環(huán)水的冷卻效果。

（3）因當(dāng)年輸送設(shè)備技術(shù)的局限性，所選用的鏈板輸送機(jī)不僅笨重，濾水效果也差，使用過程中，能耗高、壽命短。隨著設(shè)備的整體老化，料斗脫落、軌道損壞、過載跳閘等情況時有發(fā)生。

（4）瀝青成型頭老化嚴(yán)重，現(xiàn)有成型頭極易積料、堵塞，冬季尤為嚴(yán)重；成型頭一旦堵塞，將會造成裝置的停產(chǎn)檢修。

5 原有裝置的維修和改造

（1）將螺旋輸送機(jī)由聯(lián)軸器傳動，改為了上部鏈條傳動，解決了螺旋傳動軸的動密封問題；

（2）輸送平皮帶走廊增加了罩棚，防止輸送過程中瀝青渣對周邊環(huán)境的污染；

（3）自主對鏈板機(jī)的軸、滾輪、卡板等部件進(jìn)行了重新設(shè)計，緩解了鏈板機(jī)滾輪、卡板、軌道的快速非正常磨損，降低了設(shè)備的運轉(zhuǎn)電流；

（4）對循環(huán)水增加了兩級沉降和過濾設(shè)施，以減輕瀝青渣對循環(huán)水系統(tǒng)的不良影響。

（5）改造瀝青成型頭伴熱管，提高瀝青成型頭伴熱效果。

從效果上看，這些措施實施后僅能暫時維持系統(tǒng)的可運轉(zhuǎn)性，而無法從根本上消除設(shè)備老化帶來的生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，系統(tǒng)的整體惡化日益加劇，給公司生產(chǎn)經(jīng)營帶來了承重的負(fù)擔(dān)。

6 技改項目的必要性

開灤炭素公司30萬噸/年煤焦油加工裝置，年產(chǎn)瀝青約13萬噸，是公司最主要的產(chǎn)品。2016年底，公司股東結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，考伯斯撤出，隨之瀝青出口代理合同也終止，液體瀝青出口嚴(yán)重受限，公司內(nèi)銷壓力急劇增大。此外，政府史無前例的環(huán)保監(jiān)管，對公司目前的生產(chǎn)裝備水平提出了更高要求，生產(chǎn)過程中的各種環(huán)境問題必須得到有效解決，這些方面對現(xiàn)有的固體瀝青成型裝置提出了巨大挑戰(zhàn)。

據(jù)統(tǒng)計，2017年炭素公司固體瀝青產(chǎn)銷量為5.3萬噸，與2016年的4.5萬噸相比，產(chǎn)銷量增長了18%，這還不包括因裝置故障原因而導(dǎo)致的潛在的2萬噸固定瀝青訂單的損失，瀝青成型裝置的現(xiàn)狀與固體瀝青產(chǎn)銷需求之間的矛盾已經(jīng)難以通過其他手段有效調(diào)和。

現(xiàn)有裝置的頻繁清渣，對周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重的粉塵污染，基于目前的環(huán)保管控態(tài)勢，這種生產(chǎn)狀況如果不能得到及時改善，給企業(yè)帶來的環(huán)保壓力將是無法承受的。設(shè)備頻繁檢修、進(jìn)入成型水箱內(nèi)部頻繁清渣等給公司帶來了巨大的安全風(fēng)險。據(jù)統(tǒng)計，2017年現(xiàn)有瀝青成型裝置檢修次數(shù)達(dá)20次，清渣次數(shù)達(dá)30次[1]。

基于以上，其目前的這種生產(chǎn)狀況已明顯不符合當(dāng)前國家提倡的“安全、環(huán)保、健康、節(jié)能”的發(fā)展戰(zhàn)略要求，煤瀝青成型裝置亟需進(jìn)行升級技術(shù)改造。同時，為提高企業(yè)核心競爭力，樹立良好的企業(yè)形象，炭素公司也有義務(wù)改善目前的這種生產(chǎn)狀況。

7 技改項目方案的選定

經(jīng)公司相關(guān)部門和骨干技術(shù)人員的集體探討，對瀝青成型裝置的技改方向做了以下比選：

（1）設(shè)備更新。裝置內(nèi)的主要設(shè)備已整體嚴(yán)重老化，包括：螺旋輸送機(jī)、鏈板輸送機(jī)、瀝青成型頭、皮帶輸送機(jī)等，經(jīng)反復(fù)嘗試，已無維修價值，需要徹底更新。但是，炭素公司所使用的成型裝置全球僅此一套，裝置內(nèi)的主體設(shè)備已尋求不到合適的供貨廠家，即使采取量身定做的方式，原有設(shè)備也已不適合現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展要求，并且造價非常昂貴，沒有實施價值。

（2）在現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。因現(xiàn)有裝置已整體老化嚴(yán)重，大部分設(shè)備已無利舊價值，如若進(jìn)行改造，不僅技改投資高，還嚴(yán)重影響著公司固體瀝青的生產(chǎn)，根據(jù)核算，固體瀝青生產(chǎn)線需要停產(chǎn)4個月左右，同時改造效果無法得到保障，這種風(fēng)險也是企業(yè)無法承受的。

（3）在現(xiàn)有裝置的西側(cè)增建一套新型裝置。十年來，國內(nèi)水下瀝青成型技術(shù)發(fā)展非?？?，據(jù)調(diào)研了解，最新的瀝青成型裝置不僅占地面積小、自動化程度高，還可以實現(xiàn)無渣化生產(chǎn)，可以保持裝置長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，投資性價比高。經(jīng)咨詢設(shè)計單位和專利技術(shù)單位，現(xiàn)有裝置西側(cè)空間可以滿足新型裝置的占地要求，并且符合總圖布置規(guī)范（GB50489-2009）[2]。

與現(xiàn)有裝置相比，新型煤瀝青成型技術(shù)具有以下優(yōu)點：成型頭上部配有煙氣回收，成型過程中不產(chǎn)生瀝青煙氣，符合當(dāng)前環(huán)保要求；增加的降膜冷卻器，可以將成型前液體瀝青溫度冷卻至最佳范圍，并確保冷卻器、管道無堵塞；鋼帶機(jī)設(shè)備輕便、動力消耗小，設(shè)備使用壽命長，并且濾水性能好，使固體瀝青中含水量可降至到1%以下；瀝青成型外觀好，無結(jié)塊、渣沫等現(xiàn)象，循環(huán)水系統(tǒng)中無瀝青渣，水質(zhì)好，生產(chǎn)裝置可維持長期穩(wěn)定，檢修間隔周期長；全部自動化程度高，可以有效節(jié)省工人勞動強(qiáng)度。

最終一致認(rèn)為，在現(xiàn)有裝置西側(cè)增建一套新型瀝青成型裝置，不僅可以提升裝置的整體技術(shù)水平，改善生產(chǎn)環(huán)境，突破固體瀝青產(chǎn)銷窘境，還可以有效緩解環(huán)保壓力，避免因瀝青渣產(chǎn)生的環(huán)保問題而停產(chǎn)。

8 技改項目方案

在原有瀝青成型裝置西側(cè)增建一套新型水下瀝青成型裝置，實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)能力12噸/小時。為節(jié)約成本，本項最大程度地利用現(xiàn)有設(shè)施，包括：瀝青輸送泵、循環(huán)水系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)。同時，保留原有裝置，這樣可以在不影響固體瀝青生產(chǎn)經(jīng)營的條件下，提升瀝青成型裝置技術(shù)水平，突破目前固體瀝青裝置的瓶頸。新型水下瀝青成型裝置可以根據(jù)成型瀝青軟化點的不同，調(diào)節(jié)成型前液體瀝青溫度，使其穩(wěn)定在最佳范圍，最后通過氮壓系統(tǒng)擠壓成型。該技術(shù)去除了螺旋輸送機(jī)，沉降到水池底部的柱狀固體瀝青由鋼帶輸送機(jī)直接輸出[3]。

9 技改項目工藝流程

瀝青從瀝青中間槽經(jīng)瀝青成型輸送泵送入瀝青降膜冷卻器，瀝青泵流量由變頻控制，同時，為了防止瀝青流量過大超過瀝青降膜冷卻器的換熱量，在瀝青泵的出口管路上設(shè)有回流管，可以使多出的瀝青流回到瀝青中間槽中。降膜冷卻器是由多根降膜管組成，高溫瀝青沿降膜管流下，通過瀝青降膜冷卻器內(nèi)99℃熱水汽化潛熱吸收瀝青中的熱量，瀝青溫度被降至軟化點以上40℃左右。瀝青冷卻溫度由熱水液位和汽化量來控制，冷卻后的液體瀝青進(jìn)入瀝青成型裝置，被擠壓形成柱狀瀝青，通過成型池冷卻水冷卻成型，溫度降到60℃以下，由鋼帶機(jī)輸出水池，經(jīng)平皮帶輸送至瀝青倉庫（見圖1）。

10 效益分析

從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，項目的實施以來，能夠持續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)出高品質(zhì)的固體瀝青，為穩(wěn)定固體瀝青客戶和進(jìn)一步拓展瀝青市場提供了有利保障，還可以有效減少瀝青渣的產(chǎn)生，提高固體瀝青的產(chǎn)率，減少檢修和清渣頻次，節(jié)約運營成本。固定瀝青銷售市場的穩(wěn)定可以有效緩解液體瀝青的銷售壓力，并避免因此而造成的堵庫、減產(chǎn)等情況的發(fā)生。多種瀝青銷售渠道，可以充分發(fā)揮炭素公司的產(chǎn)能優(yōu)勢，參與多頭瀝青市場競爭，實現(xiàn)瀝青產(chǎn)品銷售的利潤最大化。穩(wěn)定和開拓固體瀝青市場，可以使炭素公司調(diào)整瀝青產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，使炭素公司騰出更多的精力來開發(fā)高端液體瀝青市場，增加瀝青產(chǎn)品的附加值，增加企業(yè)效益。

以2017年瀝青銷售為例，總固體瀝青生產(chǎn)量僅為5.3萬噸。經(jīng)統(tǒng)計，由于固體瀝青生產(chǎn)線各類故障問題，而導(dǎo)致近2萬噸的固體瀝青訂單損失，這無形中對液體瀝青的銷售產(chǎn)生了巨大壓力，導(dǎo)致液體瀝青因庫存問題，而無法緊跟市場行情變化，抓住產(chǎn)品價格波峰，實現(xiàn)液體瀝青銷售利潤最大化。根據(jù)核算，2萬噸固體瀝青訂單損失帶來的潛在平均價格差為200元，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)400萬元/年。

現(xiàn)有瀝青成型裝置的出渣率約為5%，2017年固體瀝青出渣量約為2800噸，這部分瀝青渣無法作為正常固體瀝青產(chǎn)品進(jìn)行出售，只能以平均低于市場價格500元/噸進(jìn)行處理。新裝置建成后，可確保裝置無瀝青渣產(chǎn)生，實現(xiàn)固體瀝青產(chǎn)率達(dá)100%，按2017年固體瀝青產(chǎn)銷量計算，提高瀝青產(chǎn)率帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益，可直接增加固體瀝青產(chǎn)品收益140萬元。

以2017年為例，瀝青成型裝置總檢修數(shù)量為20次，總清渣數(shù)量為30次。每次檢修費用按2萬元計算，本項目建成以來，帶來的檢修成本節(jié)省為40萬元；每次清渣時間持續(xù)5天，需要消耗外委民工總計50個工日，瀝青清渣工資按200元/工日計算，節(jié)省清渣成本30萬元。因此，減少檢修和清渣帶來的直接經(jīng)濟(jì)收益經(jīng)核算，可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益400萬元/年，直接經(jīng)濟(jì)效益210萬元/年。

本技改項目的社會效益主要在于無瀝青渣產(chǎn)生，并由此帶來環(huán)境效益和安全效益，環(huán)境效益因瀝青成型裝置生產(chǎn)條件的改善，生產(chǎn)系統(tǒng)中無瀝青渣產(chǎn)生，避免了瀝青渣的環(huán)境污染，可以顯著緩解公司的環(huán)保壓力，提高企業(yè)的競爭力。減少了檢修作業(yè)和清渣作業(yè)次數(shù)，積極改善了生產(chǎn)條件。

11 結(jié)語

煤瀝青成型系統(tǒng)升級技術(shù)改造在技術(shù)上切實可行，實施后有效改善了固體瀝青的生產(chǎn)條件，提高了生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，在緩解瀝青銷售壓力、擴(kuò)大瀝青銷售利潤點、降低檢修頻次、改善作業(yè)環(huán)境等方面效果顯著。