黃 靜,曾曉軍
(中國石油化工股份有限公司湖北化肥分公司, 湖北枝江 443200)
某公司合成氨裝置始建于20世紀(jì)70年代,采用美國凱洛格工藝[1],設(shè)計產(chǎn)能為1 000 t/d。2006年5月該公司與上海國際化建工程咨詢公司合作完成氨合成回路增產(chǎn)節(jié)能改造工作[2],由原來的塔前分離工藝改為塔后分離工藝,使合成回路產(chǎn)能增大至1 200 t/d,提高了產(chǎn)品液氨的生產(chǎn)能力[3]。2021年,在單產(chǎn)合成氨模式下,該公司產(chǎn)能可以達到1 100~1 150 t/d。
液氨充裝站[4]作為合成氨裝置的重要組成單元,2臺液氨輸送泵(共有4臺液氨輸送泵,其中2臺運行,2臺備用)與3條液氨充裝線同時運行,設(shè)計最大輸送質(zhì)量流量為92 t/h。通過對3條液氨充裝線輸送質(zhì)量流量進行現(xiàn)場實測,測得最大有效質(zhì)量流量為90 t/h,僅能達到設(shè)計值的97.82%,且有效充裝時間在15 h左右,無法滿足單產(chǎn)合成氨的液氨充裝效率。此外,通過現(xiàn)場實測,3條液氨充裝線裝車鶴管流速不符合GB/T 51246—2017 《石油化工液體物料鐵路裝卸車設(shè)施設(shè)計規(guī)范》要求,存在一定的安全風(fēng)險及隱患。
針對目前存在液氨充裝能力達不到設(shè)計要求及充裝流速無法滿足規(guī)范要求的問題,對原液氨充裝流程進行設(shè)計優(yōu)化,以提升液氨充裝能力及充裝效率。
2臺液氨輸送泵分別由現(xiàn)場配電室和中控集散控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)變頻來控制液氨充裝壓力,經(jīng)液氨加熱器和液氨加熱器A加熱后,進入液氨充裝總管(DN100)。液氨充裝時,液氨經(jīng)總管壓力調(diào)節(jié)閥后分兩路:一路進入3#液氨充裝總管,通過DN100變徑為DN50進入3#裝車鶴管;另一路通過DN100分為兩路(DN100)后再變徑為DN50,分別進入1#、2#裝車鶴管。原液氨充裝流程見圖1。
按液氨輸送泵和液氨輸送泵A的設(shè)計體積流量(68 m3/h)進行測算,2臺液氨輸送泵的最大輸送質(zhì)量流量為92 t/h(設(shè)計值)。在3條液氨充裝線同時充裝的條件下,分別對1#、2#、3#裝車鶴管的質(zhì)量流量進行現(xiàn)場實測,實測分2種情況進行。
2.1.1 情況1
關(guān)閉液氨輸送泵及液氨輸送泵A的出口返回閥及液氨加熱器A的熱返回閥進行實測。3條液氨充裝線的充裝總質(zhì)量流量為90 t/h,達到設(shè)計值的97.82%。其中1#、2#、3#裝車鶴管的質(zhì)量流量分別為25 t/h、 28 t/h 、37 t/h。
2.1.2 情況2
在液氨輸送泵及液氨輸送泵A的出口返回閥及液氨加熱器A的熱返回閥正常操作開度條件下進行實測。3條液氨充裝線的充裝總質(zhì)量流量為88 t/h,達到設(shè)計值的96.65%。其中1#、2#、3#裝車鶴管的質(zhì)量流量分別為25 t/h、30 t/h、33 t/h。
依據(jù)GB/T 51246—2017的規(guī)定:甲A類及液氨等液體物料裝卸車總管道的介質(zhì)流速應(yīng)不大于4.5 m/s;小鶴管出口流速不得大于7 m/s。在保證現(xiàn)場實測質(zhì)量流量為88 t/h的充裝能力下,計算得出液氨輸送泵和液氨輸送泵A的出口總管流速為4.99 m/s,1#裝車鶴管流速為5.67 m/s,2#裝車鶴管流速為6.80 m/s, 3#裝車鶴管流速為7.48 m/s??偣芰魉俸?#裝車鶴管流速均大于規(guī)定,無法滿足GB/T 51246—2017要求。
規(guī)定充裝時間為每天06:00:00—24:00:00,目前最大有效充裝時間為15 h。根據(jù)現(xiàn)場測試,在充裝時間、管道流速均滿足GB/T 51246—2017要求的條件下,充裝最大質(zhì)量流量為1 200 t/d;計算出3條液氨充裝線的充裝總質(zhì)量流量最大為80 t/h, 僅為2臺液氨輸送泵設(shè)計總量的86.95%,遠遠達不到設(shè)計要求。若延長充裝時間,會嚴(yán)重影響裝車效率,影響客戶的滿意度。
通過對現(xiàn)有充裝能力的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析,在原充裝流程下,暫不考慮總管流速及小鶴管流速,3條液氨充裝線的最大充裝能力可以達到設(shè)計值的97.82%,無法滿足設(shè)計能力的要求,且充裝流速過快也存在一定的安全隱患。在滿足GB/T 51246—2017要求的流速下,3條液氨充裝線的充裝能力僅能達到設(shè)計值的86.95%,更遠遠達不到設(shè)計要求。綜上所述,在現(xiàn)有設(shè)備條件、運行模式下,充裝總能力無優(yōu)化空間,延時充裝會影響裝車效率和客戶滿意度,因此只能通過優(yōu)化液氨充裝管網(wǎng)設(shè)計,擴大充裝總管來達到提升液氨充裝能力的目的。
由于部分管線流速達到相關(guān)規(guī)范控制指標(biāo),且存在3條液氨充裝線充裝能力不均衡問題,在不增加充裝鶴位的情況下,通過改變總管直徑、優(yōu)化管道走向及優(yōu)化充裝線來實現(xiàn)液氨充裝流程優(yōu)化改造,可以適當(dāng)提升液氨充裝能力。
優(yōu)化后的液氨充裝流程見圖2。
對比圖2和圖1可以看出,優(yōu)化路徑有2點:(1) 將4臺液氨輸送泵出口總管的管徑由DN100改為DN150,通過增大總管直徑來提高充裝流量,并優(yōu)化管道走向,減少管件(如彎頭)從而減少管道壓降;(2) 將1#、2#、3#液氨充裝線單獨與液氨加熱器A出口總管相接,同時將1#充裝線鶴位及鶴管管路進行局部優(yōu)化,減少阻力。
優(yōu)化改造后,3條液氨充裝線的充裝速度相當(dāng),在正常充裝能力下,液氨充裝總管流速達到2.27 m/s,小鶴管流速達到6.80 m/s,滿足GB/T 51246—2017中液體物料裝卸車總管道的介質(zhì)流速不大于4.5 m/s、小鶴管出口流速不得大于7 m/s的要求。
通過優(yōu)化液氨充裝流程,改變管徑,優(yōu)化管道走向及充裝線,既保證了充裝能力及充裝效率,又滿足了充裝規(guī)范對流速的要求,大大降低了操作人員的勞動強度,同時提升了客戶滿意度,為公司產(chǎn)品銷售打下了良好的品牌基礎(chǔ)。