張偉華

(中海石油華鶴煤化有限公司， 黑龍江鶴崗 154100)

中海石油華鶴煤化有限公司30萬(wàn)t/a合成氨、52萬(wàn)t/a大顆粒尿素裝置區(qū)內(nèi)存在余壓資源，如能加以利用，可以提高廠區(qū)的能源利用率，降低總體能耗和生產(chǎn)成本。對(duì)中壓廢熱鍋爐排污水進(jìn)行回收利用，在滿足節(jié)能減排要求的同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)效益。

1 背景

中海石油華鶴煤化有限公司氨生產(chǎn)部變換崗位將氣化裝置生產(chǎn)的粗煤氣中的CO變換為生產(chǎn)合成氨需要的H2和尿素所需的CO2；用鍋爐水洗滌煤氣中的氨，為低溫甲醇洗提供合格的變換氣，工藝流程見(jiàn)圖1。

變換反應(yīng)為放熱反應(yīng)，中壓廢熱鍋爐利用變換反應(yīng)的熱量與中壓鍋爐水換熱副產(chǎn)中壓蒸汽。廢熱鍋爐設(shè)計(jì)連續(xù)排污，將排污水(體積流量為1.2 m3/h)排至地溝。這部分被排放的高能量鍋爐水(250 ℃、4.3 MPa)，不但造成能量的浪費(fèi)，而且導(dǎo)致污水處理成本增加，加之黑龍江地區(qū)冬季寒冷，裝置現(xiàn)場(chǎng)霧凇、積冰累計(jì)，增加裝置的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1—原料氣分離器；2—原料氣過(guò)濾器；3—煤氣預(yù)熱器；4—蒸汽過(guò)熱器；5—中壓廢熱鍋爐；6—第一變換爐；7—第二變換爐。

2 提出方案

為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，建立排污水回收系統(tǒng)，以降低污水處理成本以及防范冬季安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。

對(duì)回收排污水的方法進(jìn)行研究，提出改造設(shè)備、優(yōu)化排污方法、優(yōu)化工藝操作3項(xiàng)方案。根據(jù)安全性、預(yù)期效果、操作難易度、成本經(jīng)濟(jì)性等因素，最終決定采用改造設(shè)備的方式對(duì)排污水進(jìn)行回收。

設(shè)備改造必須滿足以下3項(xiàng)要求[2]。

(1) 工藝要求：排污水指標(biāo)必須合格(Fe質(zhì)量濃度<0.05 mg/L、電導(dǎo)<10 μs/cm)；廢熱鍋爐內(nèi)鍋爐水指標(biāo)合格(電導(dǎo)<150 μs/cm、pH值為9～10)；回收處理量在1.2 m3/h以上。

(2) 安全要求：管線、設(shè)備無(wú)損壞，無(wú)水擊、無(wú)水汽混合現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)易操作。

(3) 成本要求：盡量避免使用復(fù)雜及專業(yè)的材料。

根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)與要求，提出將排污水回收至尿素解吸水管、蒸汽中壓擴(kuò)容器、凝結(jié)水回收器3種方案。

3 確認(rèn)最佳方案

(1) 通過(guò)尿素解吸水解系統(tǒng)，氨水經(jīng)解吸后成為尿素解吸水(76.5 ℃、0.3MPa)，通過(guò)泵送往水處理系統(tǒng)。

(2) 蒸汽擴(kuò)容器可用于接收中壓和次中壓蒸汽冷凝液，接收的冷凝液在設(shè)備內(nèi)進(jìn)行閃蒸，氣相以低壓蒸汽的形式進(jìn)入低壓蒸汽管網(wǎng)，液相作為工藝?yán)淠核腿胨幚?，精制成除鹽水。

(3) 凝結(jié)水回收器用于接收低壓蒸汽工藝?yán)淠汉桶闊崂淠?。接收的冷凝液通過(guò)冷凝液泵送往水處理回收。

對(duì)比以上3種方案，排污水與蒸汽擴(kuò)容器的壓差、溫差相對(duì)小一些，回收過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)較低，并入蒸汽擴(kuò)容器中同時(shí)會(huì)副產(chǎn)低壓蒸汽。為此，將排污水回收至中壓擴(kuò)容器更為合理[3]。

4 細(xì)化方案

對(duì)改造方案提出以下具體實(shí)施計(jì)劃：

(1) 關(guān)閉中壓廢鍋連排雙閥進(jìn)行能量隔離(見(jiàn)圖2)，確認(rèn)地溝無(wú)水排出后，對(duì)排污管線甩頭、加閥。

(2) 檢修時(shí)，在擴(kuò)容器入口管線處加閥、甩頭。截止閥入擴(kuò)容器前低點(diǎn)加導(dǎo)淋泄壓點(diǎn)。

(3) 確認(rèn)設(shè)備能充分切出后，對(duì)中間管道進(jìn)行施工，碰頭完畢后充壓試漏，合格后管線吹掃，正常投用。

圖2 中壓廢熱鍋爐排污水回收示意圖

5 方案可行性分析

5.1 技術(shù)可行性分析

蒸汽擴(kuò)容器冬季負(fù)荷最大工況設(shè)計(jì)入口體積流量為18.1 m3/h，氣相出口低壓蒸汽體積流量為0.7 m3/h，底部低壓冷凝液體積流量為13.2 m3/h，冬季主控調(diào)節(jié)閥閥門(mén)開(kāi)度為66%，可以滿足輸送最大冷凝液量。頂部蒸汽為截止閥，無(wú)法通過(guò)閥位確認(rèn)其余量，但是頂部和底部采用相同材質(zhì)、相同尺寸的管道，加之頂部管道流量相對(duì)于底部小很多，蒸汽擴(kuò)容器可以接受體積流量為1.2 m3/h的鍋爐水[4]。

改造需要工藝經(jīng)理、工藝和設(shè)備技術(shù)監(jiān)督、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施人員、主控人員配合。人員配置充足，能夠滿足方案的順利進(jìn)行。

匯總中壓廢鍋排污分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：近31天排污水最大電導(dǎo)為8.5 μs/cm，pH值平均在7以上，SiO2質(zhì)量濃度平均為3 mg/L。確認(rèn)排污水合格(Fe質(zhì)量濃度<0.05 mg/L、電導(dǎo)<10 μs/cm)。

5.2 安全可行性分析

(1) 確認(rèn)裝置現(xiàn)場(chǎng)具備登高、動(dòng)火、臨時(shí)用電等特種作業(yè)需求。

(2) 確認(rèn)改造所有人員通過(guò)安全培訓(xùn)并正確佩戴個(gè)人防護(hù)用品。

(3) 確認(rèn)物料充分隔離、排液、交出后，進(jìn)行施工。

此改造將排污水(4.3 MPa、250 ℃)排入設(shè)備(0.7 MPa、170 ℃)，壓差及溫差較高，危險(xiǎn)性很大。依據(jù)安全操作的原則，平時(shí)運(yùn)行中要求將圖3中的1、4、5閥全開(kāi)，2閥微開(kāi)節(jié)流保證排污量。壓差大對(duì)閥門(mén)的水汽沖刷會(huì)很大，因此對(duì)2閥的沖刷很大。平時(shí)2閥對(duì)地面排放，改造后，2閥存在0.7 MPa的背壓，降低了2閥的壓差，延長(zhǎng)其使用壽命。如果2閥產(chǎn)生內(nèi)漏，可以將1、4閥關(guān)閉，打開(kāi)3閥泄壓后對(duì)2閥進(jìn)行檢修。

(4) 在保證安全的情況下，盡量降低材料成本要求，4閥處使用15CrMo材質(zhì)，虛線部分使用普通20#鋼材質(zhì)。

圖3 中壓排污水安全可行性操作示意圖

5.3 效益可行性分析

(1) 經(jīng)濟(jì)效益：降低污水處理成本，回收利用排污水余壓和余熱。

(2) 社會(huì)效益：響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的方針、策略；現(xiàn)場(chǎng)霧凇、積冰環(huán)境得以改善，避免裝置安全風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)可行性分析，確認(rèn)方案可行。

6 方案實(shí)施

2020年6月開(kāi)始，按照方案實(shí)施規(guī)劃進(jìn)行操作，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 方案實(shí)施規(guī)劃

7 改造效果

運(yùn)行至今，整個(gè)回收系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、良好。

項(xiàng)目投入：管道、閥門(mén)、吊車(chē)和焊工人工算支出共計(jì)1萬(wàn)元。

閃蒸汽化率=(熱水焓-閃蒸壓力下的飽和水焓)/閃蒸壓力下的飽和水汽化潛熱。

通過(guò)查表，熱水焓為1 108.3 kJ/kg，閃蒸壓力下的飽和水焓為697.3 kJ/kg，閃蒸壓力下的飽和水汽化潛熱為2 066 kJ/kg，經(jīng)計(jì)算，閃蒸汽化率為0.199。

排污水轉(zhuǎn)化為低壓蒸汽質(zhì)量為1.2 t，按價(jià)格為45元，全年(按330 d)收益為85 108元。污水處理成本按單價(jià)為5元計(jì)算，共節(jié)約為47 520元。全年總經(jīng)濟(jì)效益為132 628元。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)裝置現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)排污水運(yùn)行問(wèn)題，對(duì)此提出多種具體解決方案，對(duì)方案進(jìn)行對(duì)比、可行性分析、實(shí)施，完成改造。此次改造既回收了排污水，又副產(chǎn)了低壓蒸汽產(chǎn)生了效益為類(lèi)似外排水的回收提供了一定借鑒意義。