楊 杰, 楊志崗, 張 林
(河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司, 河南新鄉(xiāng) 453700)
某化工企業(yè)45萬(wàn)t/a煤制合成氨、80萬(wàn)t/a尿素裝置于2013年11月建成投產(chǎn),采用當(dāng)前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的水煤漿加壓氣化工藝,配套寬溫耐硫變換、低溫甲醇洗、液氮洗、中壓氨合成、CO2汽提法尿素工藝及公用工程。其中公用工程設(shè)置有3套循環(huán)冷卻水場(chǎng),分別用于空分裝置、合成氨裝置、尿素裝置。
3套循環(huán)水場(chǎng)均采用砼結(jié)構(gòu)逆流式?jīng)鏊?,單塔冷卻水量為5 000 m3/h,其中空分、合成、尿素循環(huán)水分別設(shè)置涼水塔3座、5座、4座。循環(huán)水流程為:循環(huán)水通過(guò)涼水塔冷卻降溫后進(jìn)入涼水池,通過(guò)涼水池與吸水池連通管進(jìn)入吸水池,之后通過(guò)循環(huán)水泵加壓輸送至各崗位循環(huán)水冷卻器。換熱之后的回水再回入涼水塔循環(huán)降溫;另一路回水經(jīng)旁濾器過(guò)濾之后進(jìn)吸水池。
3套循環(huán)水場(chǎng)投運(yùn)后,相繼出現(xiàn)循環(huán)水濁度高、循環(huán)水中楊絮多、裝置電耗高等問(wèn)題。為此,根據(jù)循環(huán)水裝置實(shí)際運(yùn)行情況,采取增加除鐵裝置、封閉涼水塔及風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改為水輪機(jī)拖動(dòng)等優(yōu)化措施,穩(wěn)定了循環(huán)水水質(zhì)和降低了裝置電耗,實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水裝置的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
循環(huán)水裝置投運(yùn)后,循環(huán)水補(bǔ)水含鐵量(體積分?jǐn)?shù))平均值在1.3×10-6左右,最高時(shí)達(dá)1.8×10-6,補(bǔ)水中的鐵離子含量高且為二價(jià)鐵,在空氣中容易氧化成三價(jià)鐵而形成膠體物質(zhì)。旁濾器不能有效過(guò)濾膠體,造成循環(huán)水濁度增加(一般在30 NTU左右,最高時(shí)可達(dá)到60 NTU左右),易在裝置中沉積導(dǎo)致局部腐蝕,不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
2.1.1 改造內(nèi)容
為降低循環(huán)水系統(tǒng)鐵離子含量和循環(huán)水濁度,穩(wěn)定循環(huán)水水質(zhì),該企業(yè)聯(lián)合GE公司技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),在旁濾器進(jìn)口增加除鐵裝置,包括計(jì)量泵及加藥桶,用于投加除鐵助濾劑。旁濾器進(jìn)口虛線部分為新增除鐵裝置(見(jiàn)圖1)。
圖1 循環(huán)水旁濾器進(jìn)口增加除鐵裝置
2.1.2 改造效果
項(xiàng)目投運(yùn)后,改造前后數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
由表1可知:合成循環(huán)水鐵離子體積分?jǐn)?shù)下降5.8×10-6,濁度下降44 NTU,濃縮倍數(shù)提高0.73,每天可減少補(bǔ)水量為919 m3。在改善循環(huán)水濁度的同時(shí),提高了循環(huán)水濃縮倍數(shù)[1-2],節(jié)約了一次水用量。
表1 合成循環(huán)水增加除鐵裝置后循環(huán)水水質(zhì)對(duì)比
由于企業(yè)周圍生長(zhǎng)大量楊樹(shù)、柳樹(shù),在4月下旬—6月上旬期間空中漂浮的楊絮、柳絮較多,而涼水塔無(wú)防護(hù)攔截網(wǎng),致使空氣中的楊絮、柳絮通過(guò)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入涼水塔后帶入循環(huán)水。循環(huán)水涼水池與吸水池連通管處裝有格柵,格柵堵塞比較嚴(yán)重,每天清理工作量很大。若處理不及時(shí),導(dǎo)致吸水池液位低,影響循環(huán)水水泵安全運(yùn)行。楊絮、柳絮隨循環(huán)水進(jìn)入后系統(tǒng),極易堵塞換熱器,不利于生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
2.2.1 改造內(nèi)容
在涼水塔前后兩側(cè)通風(fēng)口處安裝鋼框架,并在框架上吊掛不銹鋼網(wǎng),對(duì)進(jìn)入涼水塔的空氣進(jìn)行過(guò)濾,從源頭上避免楊絮、柳絮等雜質(zhì)進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)。涼水塔封閉改造示意見(jiàn)圖2,其中虛線為新增鋼框架及不銹鋼網(wǎng)。
圖2 循環(huán)水涼水塔封閉
2.2.2 改造效果
通過(guò)實(shí)施改造,合成循環(huán)水濾網(wǎng)清理頻率由每2 h/次延長(zhǎng)至每6 h/次,大大降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度。改造前后每月循環(huán)水水溫?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表2。
表2 合成循環(huán)水涼水塔封閉前后循環(huán)水水溫變化
由表2可知:循環(huán)水水溫?zé)o明顯變化,本次改造未影響涼水塔降溫效果。
合成循環(huán)水共有5臺(tái)風(fēng)機(jī),原設(shè)計(jì)均為電機(jī)驅(qū)動(dòng),單臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為200 kW,正常運(yùn)行電流為220~240 A,每臺(tái)風(fēng)機(jī)8 h耗電量在984 kW·h左右,循環(huán)水崗位電耗較高。
2.3.1 改造內(nèi)容
對(duì)循環(huán)水運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行分析,合成循環(huán)水系統(tǒng)上水壓力為0.41 MPa,回水壓力為0.26 MPa,循環(huán)量為18 000~21 000 m3/h。經(jīng)與水輪機(jī)廠家聯(lián)系,對(duì)合成循環(huán)水1#、4#風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造(見(jiàn)圖3),將電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為由水輪機(jī)驅(qū)動(dòng),利用循環(huán)水回水能量拖動(dòng)水輪機(jī),以減少系統(tǒng)電耗[3-4]。
圖3 循環(huán)水風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為水輪機(jī)拖動(dòng)
2.3.2 改造效果
實(shí)施改造后,合成循環(huán)水1#、4#水輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,水輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表3。
表3 合成循環(huán)水水輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)
改造前后合成循環(huán)水運(yùn)行參數(shù)變化見(jiàn)表4。
由表4可知:系統(tǒng)上水、回水壓力無(wú)變化,循環(huán)量減少36.8~493.0 m3/h,涼水塔進(jìn)出水溫降約0.38 K,循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
單臺(tái)風(fēng)機(jī)耗電量約123 kW·h,拆除合成1#、4#風(fēng)機(jī)電機(jī),即日節(jié)電量為5 904 kW·h。按照電價(jià)為0.55元/ kW·h計(jì)算,改造后每日節(jié)約電費(fèi)為3 247.20元,每年(按330 d計(jì)算)節(jié)約電費(fèi)107.16萬(wàn)元。
表4 改造前后合成循環(huán)水運(yùn)行參數(shù)變化
企業(yè)針對(duì)自身循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行存在問(wèn)題,通過(guò)增設(shè)除鐵劑投加裝置、改造涼水塔等措施,有效改善了循環(huán)水水質(zhì),降低了濾網(wǎng)清理勞動(dòng)強(qiáng)度;通過(guò)風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)由電機(jī)改為水輪機(jī)拖動(dòng),有效降低了循環(huán)水用電,實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。