腈綸紡絲工藝優(yōu)化節(jié)能降耗

上海石油化工股份有限公司腈綸事業(yè)部 黃正林 林智紅

前言

近幾年國(guó)內(nèi)腈綸行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，各企業(yè)除產(chǎn)品銷售、質(zhì)量外，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)成本上的競(jìng)爭(zhēng)。與國(guó)內(nèi)腈綸行業(yè)同類裝置對(duì)比，雖然上海石化腈綸部金陽(yáng)裝置的纖維產(chǎn)品能耗已居國(guó)內(nèi)同行業(yè)的領(lǐng)先水平，但纖維產(chǎn)品綜合能耗在纖維生產(chǎn)總成本中仍占10%比例，其中蒸汽消耗及電消耗占產(chǎn)品綜合能耗的主要部分（蒸汽約為67%，電約為30%）。所以降低纖維產(chǎn)品能耗，特別是降低蒸汽消耗和電消耗，仍是裝置節(jié)能工作必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，也是目前裝置提高競(jìng)爭(zhēng)力的主要手段之一。但是隨著連續(xù)多年的節(jié)能技術(shù)改造措施不斷實(shí)施，裝置纖維產(chǎn)品能耗已經(jīng)從設(shè)計(jì)的（1994年投產(chǎn)）1370公斤標(biāo)煤/噸，下降到了2008年的1075公斤標(biāo)煤/噸，要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低能耗，難度越來(lái)越大。所以，必須轉(zhuǎn)變降低產(chǎn)品能耗的思路，從工藝流程的優(yōu)化改造著手，尋求新的節(jié)能方法，使節(jié)能降耗工作具有新內(nèi)涵、新動(dòng)力，從而達(dá)到節(jié)能效果新的突破。

1 裝置概述

上海石化腈綸事業(yè)部金陽(yáng)裝置，腈綸纖維生產(chǎn)采用硫氫酸鈉（NaSCN）為溶劑，丙烯腈（AN）、醋酸乙烯脂（VAC）、甲基丙烯磺酸鈉（MAS）三元水相懸浮聚合，快速一次溶解，轉(zhuǎn)向濕法紡絲的二步法高速紡工藝。建有聚合、原液、回收和A、B兩條紡絲及后處理生產(chǎn)線，裝置年生產(chǎn)能力為2.9萬(wàn)噸纖維。

1.1 紡絲及后處理生產(chǎn)工藝

腈綸紡絲生產(chǎn)工序主要包括紡絲、冷牽伸、水洗、熱牽伸、第一干燥、卷曲、定型、上油、第二干燥、切斷、打包等。其中卷曲至后工序稱為紡絲后處理工藝，主要是改善纖維的服用性能，并根據(jù)用戶需要制成短纖或長(zhǎng)絲折疊裝箱送毛條加工成條子。從第一干燥機(jī)來(lái)的絲束經(jīng)過(guò)一系列導(dǎo)絲架，確保絲束以均勻的張力進(jìn)入卷曲預(yù)熱槽（K-2108）加熱，增加纖維的可塑性。接著便進(jìn)入同一臺(tái)填塞箱式卷曲機(jī)（K-2109）進(jìn)行卷曲，賦予纖維一定的抱合力。卷曲后的絲束沿輸送皮帶向下喂入汽蒸式間隙定型工序（K-2110），包括鋪絲、汽蒸、引絲后進(jìn)入上油機(jī)（K-2111）。上油的主要目的是減少靜電現(xiàn)象，改善手感。采用浸漬式上油，上油槽中的油劑由一定濃度的油劑母液通過(guò)計(jì)量泵計(jì)量，再經(jīng)流量計(jì)送入。上油后的絲束經(jīng)一對(duì)壓輥擠干后進(jìn)入第二干燥機(jī)。第二干燥的主要功能是加熱干燥去除纖維絲束中多余的水分，使纖維回潮率控制在2.0%以內(nèi)。加熱介質(zhì)為0.4 MPa、190℃~200℃的低壓蒸汽。第二干燥機(jī)由13個(gè)干燥室、13臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)和1臺(tái)排風(fēng)機(jī)組成。第二干燥是主要耗能工序之一，而進(jìn)干燥機(jī)的纖維含水率是影響蒸汽耗用量的主要因素。根據(jù)2008年1月～12月裝置第二干燥機(jī)耗用蒸汽情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，平均每小時(shí)蒸汽用量約1800公斤，蒸汽單耗為1000公斤/噸纖維。

1.2 腈綸紡絲后處理各工序纖維含水率分析

腈綸纖維生產(chǎn)過(guò)程中，從第一干燥機(jī)出來(lái)的纖維，其含水率一般為1.0%，經(jīng)蒸汽加熱卷曲后，纖維含水率提高至20%，至定型工序后纖維含水率基本不變，但再經(jīng)過(guò)上油工序后，纖維含水率則上升至32%，經(jīng)過(guò)第二干燥機(jī)加熱干燥后，使得纖維含水率控制在2.0%以內(nèi)。從上述工序過(guò)程中可以看出，腈綸纖維生產(chǎn)的紡絲后處理工藝中，纖維存在干→濕→濕→干的過(guò)程，給能源控制帶來(lái)較大困難。后處理流程簡(jiǎn)圖如下：

2 上油工序前移的優(yōu)化改造

2.1 上油工序前移試驗(yàn)

2009年5月21日，技術(shù)人員在紡絲B線進(jìn)行了卷曲前上油的改進(jìn)試驗(yàn)。生產(chǎn)品種為3.33dtex規(guī)格的有光長(zhǎng)絲。試驗(yàn)前將80 kg JQM-105油劑加入卷曲預(yù)熱槽（K-2108），在油劑供料泵（P-2119）出口接臨時(shí)管線至卷曲預(yù)熱槽內(nèi)進(jìn)行油劑補(bǔ)加。開(kāi)啟卷曲，油劑補(bǔ)加量控制63~64升/時(shí)。卷曲循環(huán)流量、卷曲預(yù)熱槽溫度、卷曲輥壓力、填塞箱壓力、定型工藝等均按3.33dtex規(guī)格的有光長(zhǎng)絲工藝參數(shù)控制。

當(dāng)定型后絲束經(jīng)原上油機(jī)（僅作為過(guò)渡設(shè)備使用）進(jìn)入第二干燥機(jī)進(jìn)行干燥時(shí)，因纖維含水率降低，所以對(duì)第二干燥機(jī)系統(tǒng)的工藝參數(shù)和運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行了調(diào)整。先將烘干一區(qū)的蒸汽關(guān)閉，二區(qū)~四區(qū)控制溫度由原來(lái)的110℃調(diào)整到100℃，五區(qū)至六區(qū)溫度設(shè)定80℃，七至十三區(qū)蒸汽關(guān)閉；運(yùn)行一段時(shí)間（2小時(shí)左右）后關(guān)閉五區(qū)蒸汽，四小時(shí)后又關(guān)閉六區(qū)蒸汽。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程約14小時(shí)結(jié)束。試驗(yàn)過(guò)程中生產(chǎn)工藝運(yùn)行穩(wěn)定。

2.2 測(cè)試數(shù)據(jù)

試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)過(guò)程測(cè)試數(shù)據(jù) （%）

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)將B線上油工序移在卷曲工序前進(jìn)行，從第一干燥機(jī)出來(lái)的纖維，經(jīng)上油、卷曲、定型后進(jìn)入第二干燥機(jī)，工藝流程優(yōu)化改進(jìn)具有可行性。試驗(yàn)生產(chǎn)出的纖維成品質(zhì)量指標(biāo)與試驗(yàn)前無(wú)明顯差異，纖維回潮率達(dá)標(biāo)。長(zhǎng)絲后加工使用正常。試驗(yàn)期間第二干燥機(jī)每噸纖維耗汽為0.49噸，與試驗(yàn)前每噸纖維耗汽0.95噸相比較，可節(jié)約蒸汽約0.46噸/噸，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能改進(jìn)效果

3 上油工序優(yōu)化前移的應(yīng)用

3.1 改造內(nèi)容

1） 通過(guò)對(duì)油劑供料泵出口管線進(jìn)行改造，增加至卷曲預(yù)熱槽的管線，可以使得油劑母液能夠根據(jù)工藝要求連續(xù)補(bǔ)加在卷曲預(yù)熱槽內(nèi)，使得上油槽保持恒定的油浴濃度。

2） 油劑供料泵的轉(zhuǎn)速與卷曲機(jī)速度進(jìn)行串級(jí)控制，通過(guò)DCS控制系統(tǒng)設(shè)定串級(jí)比控制，使得油劑供料泵的開(kāi)停與卷曲機(jī)的開(kāi)停連鎖，油劑補(bǔ)加量可以根據(jù)卷曲機(jī)速度的變化而變化，從而保證了纖維上油率的均勻穩(wěn)定。

3.2 優(yōu)化紡絲工藝的實(shí)施

2009年10月29日起，裝置的A、B兩條紡絲生產(chǎn)線全部油滑改造為卷曲工序前上油工藝。將紡絲A、B線卷曲預(yù)熱槽改作上油槽，將一定量的油劑母液加入卷曲預(yù)熱槽內(nèi)，調(diào)配為目標(biāo)濃度的油浴，油劑供料泵至卷曲預(yù)熱槽管線連續(xù)進(jìn)行油劑補(bǔ)加，補(bǔ)加量由DCS控制室設(shè)定串級(jí)比，根據(jù)卷曲速度的變化實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)補(bǔ)加。油劑循環(huán)液經(jīng)浴液循環(huán)泵噴淋至纖維上，使纖維在卷曲預(yù)熱的同時(shí)完成了上油工序。

項(xiàng)目改進(jìn)實(shí)施后，在正常生產(chǎn)過(guò)程中，第二干燥機(jī)的七至十三區(qū)蒸汽關(guān)閉，6~13#風(fēng)機(jī)停運(yùn)。而在長(zhǎng)絲生產(chǎn)時(shí)，第二干燥機(jī)二區(qū)~六區(qū)溫度由改造前的126℃調(diào)整到100℃，七區(qū)溫度根據(jù)二烘出口絲束狀態(tài)設(shè)定80℃~100℃，八至十三區(qū)蒸汽關(guān)閉，10~13#風(fēng)機(jī)停運(yùn)。

自2009年11月完成項(xiàng)目改造以來(lái)，生產(chǎn)工藝運(yùn)行正常，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，特別是2010年1-3月份，纖維產(chǎn)品優(yōu)級(jí)品率達(dá)到了100% 。

4 工藝優(yōu)化的節(jié)能效果

4.1 改造后的蒸汽節(jié)約量

將紡絲上油工序前移至卷曲前進(jìn)行后，纖維在第二干燥機(jī)進(jìn)行烘干的蒸汽消耗可減少0.49噸/噸。按本裝置纖維年產(chǎn)量為29000噸計(jì)算，全年可節(jié)約蒸汽14210噸（0.42MPa），折綜合能耗為1461.6噸標(biāo)煤。

表2 改造前后第二干燥機(jī)蒸汽用量對(duì)比

4.2 工藝優(yōu)化改造后節(jié)電效果

1)原上油機(jī)（K-2111）的節(jié)電

改造后，原有上油系統(tǒng)已失去作用，兩組鋼羅拉僅作絲束由定型工序送往第二干燥機(jī)喂入的牽引作用，以功率為7.5 KW的馬達(dá)更換了原22 KW的馬達(dá)，即可滿足生產(chǎn)需要。馬達(dá)電流由12A減小至9A，二條生產(chǎn)線全年運(yùn)行按350天計(jì)：

年節(jié)電量 =（12-9）×2×1.732×380×350×24=3.32（萬(wàn)千瓦時(shí)）

2）第二干燥機(jī)節(jié)電

第二干燥機(jī)主排風(fēng)機(jī)改為變頻控制后，開(kāi)度25%即可滿足生產(chǎn)需要，電流由13A減小至5A，二條生產(chǎn)線全年運(yùn)行按350天計(jì)：

年節(jié)電量 =（13-5）×2×1.732×380×350×24=8.85（萬(wàn)千瓦時(shí)）

3）循環(huán)風(fēng)機(jī)節(jié)電

改造項(xiàng)目實(shí)施后，第二干燥機(jī)的循環(huán)風(fēng)機(jī)停用了10臺(tái)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)11kw，二條生產(chǎn)線全年運(yùn)行按350天計(jì)算：

年節(jié)電量 = (11×10)×0.85×350 ×24 =78.5（萬(wàn)千瓦時(shí)）

上述合計(jì)年節(jié)電量為 90.7萬(wàn)千瓦時(shí),折綜合能耗為366.43噸標(biāo)煤。

4）降低了纖維產(chǎn)品能源單耗

將上油工序前移至卷曲前進(jìn)行，使得進(jìn)第二干燥機(jī)的纖維含水率下降，從而在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅減少了蒸汽耗用量；同時(shí)由于纖維含濕量的下降，第二干燥機(jī)總排濕量減少，循環(huán)風(fēng)機(jī)的開(kāi)臺(tái)數(shù)可以同步減少，主排風(fēng)機(jī)的開(kāi)度25%即可滿足生產(chǎn)需要，達(dá)到降低電耗的目的。2010年1-3月裝置纖維產(chǎn)品的綜合能耗為896.4千克標(biāo)煤/噸纖維，與去年同期的988.3千克標(biāo)煤/噸纖維相比下降91.9千克標(biāo)煤/噸纖維 ，降幅約為9.3%。詳見(jiàn)表3。

5 結(jié)束語(yǔ)

上海石油化工股份有限公司腈綸部的金陽(yáng)裝置，從優(yōu)化工藝流程改造著手，通過(guò)將上油工序的前移，使得裝置綜合能耗有了明顯下降，從而達(dá)到節(jié)能效果新的突破，在節(jié)能減排方面作出積極貢獻(xiàn)，符合尋低碳，增效益的發(fā)展方向。同時(shí)還有力地提高了產(chǎn)品質(zhì)量，如減少了間斷性濕絲的產(chǎn)生，使纖維回潮控制更加均勻穩(wěn)定，特別是長(zhǎng)絲回潮有了穩(wěn)步提高，更有利于毛條后加工生產(chǎn)。2010年一季度，裝置纖維產(chǎn)品優(yōu)等品率100%；無(wú)用戶抱怨、索賠或投訴；“金陽(yáng)牌”腈綸短纖維繼續(xù)保持著“上海市用戶滿意產(chǎn)品”稱號(hào)。目前，金陽(yáng)裝置上油工序前移改進(jìn)的成功經(jīng)驗(yàn)，正在腈綸事業(yè)部相同生產(chǎn)工藝的北裝置進(jìn)行到推廣，為降低腈綸事業(yè)部能耗成本，使腈綸事業(yè)部纖維產(chǎn)品具有更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力發(fā)揮了積極作用。

表3 2010年裝置能耗對(duì)比