陳新振，符君

（海洋石油富島有限公司，海南 東方 572600）

1 前言

海洋石油富島有限公司化肥一期合成氨裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為合成氨1000t/d，采用英國ICI—AMV生產(chǎn)工藝，以組分含高二氧化碳的天然氣為生產(chǎn)原料。燃?xì)馔钙綇U熱鍋爐（設(shè)備位號(hào)02B001）為意大利MACCHI制造，高壓蒸汽設(shè)計(jì)產(chǎn)能為100t/h，操作壓力12.6MPa。燃?xì)馔钙綇U熱鍋爐有2種運(yùn)行方式：FDF方式和TEG方式。燃?xì)馔钙剑?qū)動(dòng)空壓機(jī)）故障或停運(yùn)時(shí)廢熱鍋爐在FDF方式運(yùn)行向裝置提供高壓蒸汽。在燃?xì)馔钙介_車正常時(shí)，F(xiàn)DF切換為TEG方式運(yùn)行，不但可提高燃?xì)馔钙降臒嵝?，也提高了燃?xì)馔钙綇U熱鍋爐運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。自1996年5月1日點(diǎn)火運(yùn)行到現(xiàn)在已運(yùn)行超過27年，由于各方面的原因經(jīng)過多次技術(shù)改造及更新。燃?xì)馔钙綇U熱鍋爐流程簡圖如圖1所示。

圖1 燃?xì)馔钙綇U熱鍋爐流程簡圖

2 廢熱鍋爐燃料氣管線改造

2.1 燃料氣管線改造的原因

由于02B001運(yùn)行方式FDF與TEG互相切換時(shí)，點(diǎn)火燒咀將點(diǎn)燃。主燒咀減負(fù)荷至25%，即燃?xì)饪刂崎yFV02055將關(guān)至25%，且TEG運(yùn)行方式切換至FDF運(yùn)行時(shí)2#燒嘴熄。常導(dǎo)致燃?xì)夤芫€壓力高聯(lián)鎖與燒咀燃?xì)鈮毫Φ吐?lián)鎖動(dòng)作，引起02B001跳車。

2.2 改造舉措

針對(duì)1.1提到的狀況，在燃?xì)夤芫€壓力與流量控制閥之間增設(shè)一條放空管線，改進(jìn)后總控在DCS上操作壓力控制閥及燃?xì)夥趴臻y干預(yù)燃?xì)鈮毫φ{(diào)節(jié)，保證燃料氣壓力在合適范圍內(nèi)。即在02B001 FDF與TEG互相切換時(shí)，將部分天然氣放空，避免了引起壓力高聯(lián)鎖。且在切換時(shí)人為將燒咀背壓提高，解決了鍋爐切換跳車的問題。改造前與改造后的流程圖如圖2所示。

圖2 燃?xì)夤芫€流程簡圖

2.3 改造效果

對(duì)燃?xì)庀到y(tǒng)增加放空閥，完全避免了輔助鍋爐兩種方式切換過程中因燃?xì)鈮毫Ω吒呗?lián)鎖引起的停車。對(duì)于操作人員日常面對(duì)外界天然氣壓力大幅度波動(dòng)的操作提供了多樣性應(yīng)對(duì)手段，保證輔助鍋爐的穩(wěn)、長、優(yōu)的運(yùn)行。

3 FDF/TEG切換擋板FV02033與FV02034儀表改造

3.1 FV02033與FV02034儀表改造的原因

FV02033是煙囪擋板，F(xiàn)V02034是燃?xì)馔钙脚c輔助鍋爐的通道擋板。FV02033與FV02034兩個(gè)擋板從建廠以來，曾多次出現(xiàn)開關(guān)不到位、誤動(dòng)作等故障，導(dǎo)致輔助鍋爐多次非計(jì)劃停車。

3.2 改造舉措

在2005年利用合成氨裝置大修契機(jī)，在鍋爐原設(shè)計(jì)的聯(lián)鎖保護(hù)功能和FDF與TEG切換功能不改變的基礎(chǔ)上，保留擋板原有氣動(dòng)執(zhí)行器，改造執(zhí)行器的儀表氣路，將擋板開關(guān)定位器用兩位閥替代，避免了因定位器膜片破裂隱患導(dǎo)致?lián)醢彘_關(guān)異常。同時(shí)，將執(zhí)行器的聯(lián)鎖電磁閥功能和保護(hù)斷氣功能繼續(xù)使用，只是另外增加一個(gè)電磁閥的滑閥組以實(shí)現(xiàn)擋板開/關(guān)的氣路功能，儀表在軟件方面將原來的FV02033、FV02034的PLC模擬量輸出改為開關(guān)量輸出，如果出現(xiàn)開的條件滿足，則相應(yīng)的電磁閥帶電擋板開。改造如圖3所示。

圖3

3.3 改造效果

此改造后，在鍋爐連續(xù)運(yùn)行250天未出現(xiàn)擋板位置開關(guān)故障、擋板位置調(diào)試不合格、擋板定位器膜片易破裂、擋板定位器滑閥卡澀的故障，為裝置在當(dāng)年連續(xù)運(yùn)行214天的長周期奠定了基礎(chǔ)。

4 燃料氣替代改造

4.1 燃料氣替代改造原因

2007年前，輔助鍋爐燃料氣是由崖13-1氣田提供的高熱值天然氣6000～7000m3/h，天然氣組分如表1所示。由于2007年后崖13-1天然氣產(chǎn)量衰減，供氣計(jì)劃減少5000萬m3/a且購氣合同即將到期。為了避免裝置的生產(chǎn)運(yùn)行負(fù)荷減少，決定對(duì)輔助鍋爐燃料氣進(jìn)行替代改造。

表1

4.2 改造舉措

通過協(xié)調(diào)決定利用樂東15-1氣田低熱值的天然氣替代崖13-1的高熱值天然氣作為輔助鍋爐燃料氣。兩個(gè)氣田的天然氣相比，熱值高低不一樣，二氧化碳含量有差異。樂東15-1天然氣通過天然氣終端脫出二氧化碳再送到輔助鍋爐進(jìn)行燃燒。兩種天然氣組分對(duì)比如表1所示。經(jīng)過天然氣組分對(duì)比，樂東15-1脫碳后天然氣熱值只相當(dāng)于崖13-1天然氣的88.8%。在相同的負(fù)荷下，全部使用樂東脫碳?xì)庾鳛檩o助鍋爐燃料氣，流量增加11.2%約為700m3/h。

經(jīng)過對(duì)輔助鍋爐燒嘴及燃?xì)夤芫€使用新燃料氣是否能夠滿足裝置工藝生產(chǎn)要求進(jìn)行論證，完全滿足設(shè)備本身設(shè)計(jì)及工藝生產(chǎn)要求。自2007年5月提出論證，2008年設(shè)計(jì)、組織施工，2009年9月投用。

2016年2月，原供氣合同到期，裝置原料氣由崖13-1替換為東方1-1中深層熱值低的天然氣，因此裝置增加一套天然氣預(yù)脫碳裝置。為保證輔助鍋爐燃料氣供應(yīng)穩(wěn)定，避免因上游氣源影響鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行，特將預(yù)脫碳裝置出口天然氣（預(yù)脫碳?xì)猓┮徊糠忠凛o助鍋爐作為備用燃料氣，其組分見表1。輔助鍋爐燃?xì)夤芫€技改工藝流程簡圖如圖4所示。

圖4

4.3 改造效果

通過輔助鍋爐燃?xì)飧脑?，輔助鍋爐燃料氣全部替換為樂東15-1天然氣，且東方1—1預(yù)脫碳天然氣作為備用燃料氣。輔助鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定且完全滿足裝置的蒸汽需求，又避免了崖13-1衰減帶來的裝置減負(fù)荷問題。

5 輔助鍋爐PLC控制系統(tǒng)改造

5.1 PLC控制系統(tǒng)改造原因

（1）輔助鍋爐PLC控制系統(tǒng)是1996年美國MODICON公司E984系列可編程控制器，到2012年輔助鍋爐已運(yùn)行16年，主控制器及卡件技術(shù)相對(duì)落后且出現(xiàn)老化易出現(xiàn)故障，操作界面復(fù)雜煩瑣。且E984系列控制器屬于淘汰產(chǎn)品，各種卡件備件已停產(chǎn)，無法采辦備件。若出現(xiàn)卡件故障只能單機(jī)運(yùn)行，存在較大風(fēng)險(xiǎn)，無法保證工藝生產(chǎn)安全、裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）非雙重化的多點(diǎn)數(shù)字輸入輸出卡采用32點(diǎn)的電子卡件，這種高度集中的數(shù)據(jù)輸入輸出變量對(duì)于系統(tǒng)的可靠性有較大的影響，是較大隱患。

（3）準(zhǔn)確判斷輔助鍋爐聯(lián)鎖信跳車第一信號(hào)。原PLC控制系統(tǒng)產(chǎn)生發(fā)出的信號(hào)在總控室DCS操作站上有指示，且有打印機(jī)輸出打印儀表信號(hào)，同時(shí)這些信號(hào)在PLC現(xiàn)場(chǎng)控制柜面板上有燈光報(bào)警。但是，舊PLC系統(tǒng)存在的掃描周期，掃描過程存在時(shí)間間隙，其捕捉到的第一故障信號(hào)不一定是導(dǎo)致鍋爐跳車的原因，這樣就會(huì)影響跳車事故分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5.2 改造舉措

針對(duì)于4.1所列問題，2012年改造采用橫河公司當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的EDS系統(tǒng)PROSAFE-RS。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的控制功能、簡便的操作監(jiān)視畫面、安全可靠的雙重化CPU控制器和輸入輸出卡以及供電系統(tǒng)，既滿足裝置運(yùn)行時(shí)操作監(jiān)視的基本需要，最主要的是極大地降低了系統(tǒng)的維護(hù)成本，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

5.3 改造效果

2012年3月20日，輔助鍋爐PLC系統(tǒng)改造后成功點(diǎn)火至今，運(yùn)行狀況良好穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)因PLC系統(tǒng)故障等原因停車。

6 輔助鍋爐省煤器更新改造

6.1 省煤器改造原因

（1）鍋爐省煤器改造前發(fā)生泄漏：一次是輔鍋省煤器最南側(cè)一排列管自西向東第三根光管部位腐蝕穿孔發(fā)生泄漏；一次是省煤器低點(diǎn)排放導(dǎo)淋管斷裂。省煤器若發(fā)生重大泄漏故障，整個(gè)裝置的蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)無法維持壓力、流量平衡，不能完全滿足生產(chǎn)需求，導(dǎo)致全裝置停產(chǎn)停工。泄漏部位如圖5所示。

圖5 省煤器泄漏情況

（2）由于省煤器原始結(jié)構(gòu)及工藝設(shè)計(jì)的原因，省煤器采用翅片管，易結(jié)垢難維護(hù)清理，導(dǎo)致長時(shí)間結(jié)垢嚴(yán)重，內(nèi)部排管翅片結(jié)垢更甚，況且有部分換熱翅片脫落，使鍋爐給水的換熱效果嚴(yán)重降低。結(jié)垢情況如圖6所示。

圖6 省煤器翅片管結(jié)垢嚴(yán)重

6.2 改造舉措

（1）2018年3月省煤器進(jìn)行整體更換。（2）底部箱體增設(shè)導(dǎo)淋，正常運(yùn)行處全開確保開車初期煙氣溫度低時(shí)產(chǎn)生的冷凝水及時(shí)順利排出，同時(shí)方便對(duì)發(fā)生泄漏情況時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)。（3）新省煤器管組之間的連接方式由串聯(lián)改為并聯(lián)，受熱高度降低240mm，管屏數(shù)由7組增加至8組以增加受熱面積，提高換熱效率，出口煙氣溫度有所降低。新更換省煤器如圖7所示。

圖7

6.3 改造效果

改造開車后，在同樣負(fù)荷下新舊省煤器工況對(duì)比如表2所示。

表2

（1）進(jìn)出口水溫差比舊省煤器進(jìn)出口水溫差增加4.3℃。（2）省煤器煙氣進(jìn)出口壓差由557.4Pa下降至194.9Pa，壓差雖與煙氣量、煙氣流速等有關(guān)。但新省煤器翅片比舊設(shè)備干凈，阻力減少有利于能耗降低。（3）新省煤器煙氣出口溫度較舊設(shè)備下降20℃，溫度的下降對(duì)提高熱效率有利。（4）新省煤器投入運(yùn)行后較舊設(shè)備的噸蒸汽消耗天然氣量下降1.64m3，按小時(shí)算節(jié)省天然氣147m3/h，能耗降低約2%。

7 過熱器更新改造

7.1 過熱器改造原因

（1）過熱器嚴(yán)重變形呈“S”形且整體已發(fā)生傾斜，甚至已將爐墻人孔遮擋，經(jīng)過評(píng)估舊過熱器已無法繼續(xù)使用，無檢修價(jià)值。（2）1996～2018年使用過熱器年限已達(dá)22年之久，換熱管材質(zhì)已老化嚴(yán)重，母材珠光體有傾向性球化，球化級(jí)別為3級(jí)。（3）通過節(jié)能減排專業(yè)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)該過熱器的熱效率進(jìn)行評(píng)估，其效率只有91.47%，能耗及熱效率無法滿足要求。過熱器變形情況如圖8所示。

圖8 過熱器嚴(yán)重變形

7.2 改造舉措

（1）2018年3月，利用大修時(shí)間對(duì)過熱器進(jìn)行更換，新過熱器仍由意大利MACCHI公司按照原設(shè)計(jì)尺寸要求制造。（2）過熱器盤管不銹鋼固定支撐管由2mm增粗至4mm，支撐管強(qiáng)度增加了70%。（3）將原過熱器設(shè)計(jì)右側(cè)聯(lián)箱管是平均分成兩段，中間用一個(gè)封頭進(jìn)行隔斷開，兩段聯(lián)箱管長度均為3925mm。而新過熱器設(shè)計(jì)右側(cè)聯(lián)箱管采用三段設(shè)計(jì)，長度分別為2633mm、2633mm、2584mm。新過熱器如圖9所示。

圖9 新過熱器

7.3 改造效果

通過更新改造不僅避免了因過熱器材質(zhì)老化導(dǎo)致爆管泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，消除潛在安全隱患，還可以從表3各個(gè)參數(shù)看，新過熱器換熱效果明顯提高，達(dá)到各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。

8 輔助鍋爐煙氣脫硝

8.1 改造原因

隨著國家對(duì)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，按GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，天然氣鍋爐要滿足NOx濃度不高于100mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)。富島一期輔助鍋爐的煙氣氮氧化物排放濃度最高為180mg/m3，因此必須進(jìn)行煙氣脫硝改造。

8.2 改造措施

對(duì)燃?xì)馔钙饺紵鬟M(jìn)行改造，降低燃?xì)馔钙匠隹谥凛o助鍋爐乏氣的NOx濃度，進(jìn)而降低輔助鍋爐出口煙氣NOx濃度。

由于本鍋爐的工藝條件限制及設(shè)備本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制，經(jīng)過研討論證決定采用SNCR系統(tǒng)配合SCR系統(tǒng)脫硝工藝配合進(jìn)行脫硝降低輔助鍋爐出口煙氣NOx濃度。

8.3 改造效果

改造點(diǎn)火后輔助鍋爐出口煙氣完全符合國家環(huán)保要求標(biāo)準(zhǔn)，裝置在線煙氣分析表NOx濃度基本穩(wěn)定在80mg/m3。

9 結(jié)語

燃?xì)廨啓C(jī)輔助鍋爐是富島一期合成氨裝置，自1996年5月點(diǎn)火至今運(yùn)行25年有余，針對(duì)儀表、機(jī)械、工藝多方面存在的問題和運(yùn)行過程暴露出來的問題，逐步進(jìn)行了技術(shù)改造和更換，噴氨脫硝改造，氮氧化合物等指標(biāo)符合大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求，目前輔助鍋爐工況運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)工藝技術(shù)指標(biāo)正常。