我廠一些節(jié)能減排的辦法

胡黨鵬

(中海石油化學(xué)股份有限公司,海南東方 572600)

0 引 言

中海石油化學(xué)股份有限公司化肥二部年產(chǎn)450 kt合成氨裝置是由美國 KBR公司(Kellogg &Brown Root公司)總承包,采用 KBR公司的深冷凈化技術(shù)(簡稱 KBR工藝)設(shè)計而成,具有貧氣利用、節(jié)能及運行穩(wěn)定等特點。為響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召,我單位采取了一些節(jié)能減排的措施,現(xiàn)將我們的經(jīng)驗介紹如下。

1 精心操作,加強巡檢,確保長周期安全生產(chǎn)

安全生產(chǎn)是石化企業(yè)效益最根本的保障。在激烈的市場競爭中,我們無法控制尿素價格和原材料等很多生產(chǎn)資料不確定的市場因素,但保證生產(chǎn)安全穩(wěn)定,卻是可以通過我們的努力來實現(xiàn)的。隨著國家對企業(yè)安全生產(chǎn)、節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)的重視,以及標(biāo)準(zhǔn)更趨嚴(yán)格規(guī)范,安全環(huán)保和生產(chǎn)穩(wěn)定工作必將作為企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),我們始終將安全穩(wěn)定長周期生產(chǎn)放在全局工作中首要的、突出的位置。積極推行和實施 HSE管理體系,員工簽訂了《QHSE責(zé)任書》,將安全工作落到每個人的身上,進(jìn)一步激發(fā)全員落實安全環(huán)保責(zé)任制的積極性。

裝置的安全長周期運行,要有兩個方面的保證,其一是工藝操作的穩(wěn)定;其二是設(shè)備運行的平穩(wěn),而二者相輔相成,互為條件。首先,在工藝操作穩(wěn)定的情況下,設(shè)備不容易損壞,設(shè)備平穩(wěn)運轉(zhuǎn),同時也保證了生產(chǎn)的長周期。公司對員工培訓(xùn)方面很重視,利用講課,寫總結(jié)等培訓(xùn)都會使員工精心操作、精心維護(hù)、精心巡檢,重視一伸手,杜絕誤操作,減少操作中給裝置帶來的危害。公司上了 ERP、電子巡檢系統(tǒng)、systeml等先進(jìn)的監(jiān)控手段對設(shè)備運行狀況進(jìn)行分析,對催化劑做定期評估,通過管理軟件定時對裝備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng),可以將事故發(fā)現(xiàn)在萌芽狀態(tài),降低了設(shè)備的事故率。這幾年,每一年都可以完成年初定的“一個兩百天或者兩個一百天”的長周期任務(wù),這些成績的取得,大大降低了系統(tǒng)的噸氨能耗。

2 協(xié)調(diào)好天然氣的供應(yīng),確保天然氣品質(zhì)穩(wěn)定

化肥二部是利用“東方1-1”海上平臺所產(chǎn)天然氣進(jìn)行加工的。海上平臺的天然氣經(jīng)過海底管道登陸以后要經(jīng)過終端簡單分離再進(jìn)入化肥二部界區(qū);另一股是新增設(shè)的管線,經(jīng)過終端的脫碳裝置后的高甲烷天然氣一部分進(jìn)入合成裝置界區(qū)作為原料氣,主要的作用是用來調(diào)整天然氣的組分。由于影響天然氣組分的因素有天氣環(huán)境、海上平臺、終端等諸多因素,天然氣經(jīng)過的管線連接得越多帶來的不確定因素就越多,加之終端距合成裝置距離很短,緩沖的機(jī)會幾乎沒有,所以給天然氣的利用帶來一定的難度。這樣給合成氨裝置運行帶來極大的影響,嚴(yán)重時將使裝置跳車,2004年跳車7次,其中4次都是因天然氣組分波動引起的跳車。針對這一狀況,化肥二部出臺了天然氣組分波動調(diào)整預(yù)案,終端與合成氨配合處理以避免跳車。凡是遇到大的天然氣波動,均要求終端派工程師到合成氨裝置主控室,根據(jù)合成氨對天然氣組分及壓力的要求通知終端協(xié)助調(diào)整;合成氨當(dāng)班操作人員做好事故預(yù)想,避免因天然氣組分波動迫使合成氨裝置停車。通過幾年的摸索和積累經(jīng)驗,因天然氣組分波動造成的跳車明顯下降,2006年因天然氣組分波動跳車一次,此后直到發(fā)稿時沒有因天然氣組分波動再跳過車。

3 消除現(xiàn)場各類跑冒滴漏

一定要重視裝置的跑冒滴漏,做好此項工作,不但為安全方面排除隱患,而且為節(jié)能方面作出貢獻(xiàn)。我們化肥二部開展“放心班組”活動,對于及時發(fā)現(xiàn)跑冒滴漏的給予獎勵,很大程度上激發(fā)了員工消除跑冒滴漏的主觀能動性。

4 盡量關(guān)小IGV閥,降低101-JGT負(fù)荷

根據(jù)排氣溫度的設(shè)定及保護(hù),調(diào)節(jié)進(jìn)氣導(dǎo)葉的角度從而控制壓氣機(jī)的氣量,再進(jìn)一步控制負(fù)荷和排氣溫度。在燃?xì)廨啓C(jī)的排氣擴(kuò)壓段,一圈有12個測溫?zé)犭娕?用于測量排氣溫度。通過關(guān)小IGV閥(IGV最低限位56%),可減少參與燃燒的摻混空氣量,控制透平的排氣溫度在高值(即與基本負(fù)荷時一致),使透平熱效率得到提高。至于燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度,則因透平(含動葉、復(fù)環(huán)、輪盤等)冷卻匯入煙氣流空氣量的減小而得到提高,進(jìn)而使下游的朗肯循環(huán)效率得到提高。在燃空比和一段爐氧含量能滿足的情況下,盡量關(guān)小IGV提高排氣溫度,降低燃?xì)馔钙降呢?fù)荷,可最大限度地提高乏氣的溫度,以利于將熱量傳遞給一段爐,降低天然氣的消耗。

5 合成氨裝置101JGT乏氣關(guān)閉課題

在2010年10月份的檢修中,發(fā)現(xiàn)101BCS2盤管翅片脫落,換熱效果變差,導(dǎo)致高壓蒸汽的溫度提不起來,TIC1005廠控指標(biāo)為495～515℃,現(xiàn)在基本上都是在497℃以下運行;高壓蒸汽溫度提不起來,TIC1005都沒有開過,沒有起到噴水降溫的效果,也產(chǎn)不了更多的蒸汽。

為了維持高壓蒸汽的溫度,我們采取的措施是關(guān)小PIC1855,提高101BCS1的出口溫度,從而提高高壓蒸汽溫度。關(guān)小PIC1855的弊端如下。

(1)乏氣(TI1301430℃)是燃?xì)馔钙竭^來的,與一段爐過來的煙道氣(TI1324B 557℃)混合,用于一段爐對流段盤管的換熱,關(guān)小PIC1855起不到降溫的作用(工藝流程如圖1),造成101BCF原料氣盤管溫度升高,在日常操作中當(dāng) TIC1305達(dá)廠控的最高值時(廠控指標(biāo)365～385℃),TIC1305閥已經(jīng)全開?，F(xiàn)在已經(jīng)將 TIC1305的設(shè)定改到 395℃,閥門開度為80%左右。

(2)關(guān)小PIC1855,煙氣沒有得到乏氣的有效降溫,到101BCA1空氣盤管的熱量更多,造成冷空氣盤管溫度增加,TIC1312廠控指標(biāo)495～515℃,現(xiàn)在已經(jīng)放寬到525℃了。不過冷空氣盤管有個旁路,一般用開大冷空氣盤管旁路的方法來解決此問題。TI1321報警值原為425℃,現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了435℃。

公司決定將更換一組材質(zhì)等級比較高的101BC2盤管,開大 PIC1855,則一段爐的煙氣溫度降低,這樣一來就可以解決 101BCF和101BCS1這個兩個矛盾;也可以使對流段最后一組鍋爐給水盤管熱量增加,多產(chǎn)蒸汽。這樣一來,PIC1021也可以關(guān)閉,問題迎刃而解。

圖1 工藝流程圖

6 關(guān)閉102J的防喘振閥

正常生產(chǎn)期間,機(jī)組的防喘振閥處于關(guān)閉狀態(tài),以減少蒸汽消耗。海上平臺天然氣和供應(yīng)終端受自然條件以及多裝置天然氣管線連接較多的影響,加之各管線的天然氣組分不一樣,牽扯配氣問題等等,天然氣供應(yīng)不穩(wěn)定經(jīng)常造成壓力波動。在正常生產(chǎn)中,一般將防喘振閥打開12%左右,防喘裕度比較高,以減少跳車的風(fēng)險。但這樣一來,蒸汽耗量增加,噸氨能耗增加。根據(jù)實際情況,如果海上平臺和終端出現(xiàn)問題,首先打電話過來,可以提前調(diào)整,決定將防喘振閥逐漸關(guān)小直到關(guān)閉。

7 盡量提高PIC1041給定壓力

若進(jìn)界區(qū)的天然氣壓力條件允許,盡量提高PIC1041的給定壓力,到2.85～2.88 MPa操作。

PIC1041為天然氣進(jìn)界區(qū)的閥門,此閥壓力的提高等于直接提高了原料氣壓縮機(jī)的入口壓力,在出口壓力不變的情況下,原料氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速降低,可以節(jié)省中壓蒸汽。

8 一、二段爐及合成回路的優(yōu)化調(diào)整

針對當(dāng)前天然氣中N2含量較高的狀況,可提高一段爐出口溫度到735℃左右,降二段爐的空碳比到1.30以下。在滿足出口微量要求的情況下,減少合成回路弛放氣量以提高氨產(chǎn)量。

由終端送過來的天然氣組分為CH461.5%、CO225%、N215%,里面含有相當(dāng)多的氮氣,結(jié)合本裝置的特點,可以提高一段爐的負(fù)荷多轉(zhuǎn)化甲烷,而減輕二段轉(zhuǎn)化的壓力減少其加空氣的量,使系統(tǒng)少帶進(jìn)氮氣,且在二段爐里也少消耗氫氣來燃燒氧氣。帶進(jìn)系統(tǒng)中的氮氣少了,在冷箱中放出來的廢氣也就少了,減少了冷箱廢氣夾帶氫氣。氬氣等惰性氣體也都是由空氣帶到系統(tǒng)中的,氬氣在冷箱中不能完全出去,進(jìn)入到合成回路,合成回路的氬氣多了以后,勢必要加大弛放量來維持合成回路的良好合成率;弛放氣量的增大,噸氨能耗增加。

9 工藝空氣放空的改造

化肥二部工藝空氣壓縮機(jī)為燃?xì)馔钙津?qū)動。防喘振/壓力調(diào)節(jié)閥PV1050(12″)一直處于15%小開度放空狀態(tài)。PV1050是快開慢關(guān)閥,調(diào)節(jié)較滯后,易造成二段爐入口空氣流量頻繁波動,不利于裝置的穩(wěn)定運行,另外,PV1050長期小開度放空對調(diào)節(jié)閥的磨損沖蝕較大,閥位的頻繁波動也造成調(diào)節(jié)閥控制附件使用壽命縮短。鑒于PV1050始終處在小開度不穩(wěn)定放空的情況,提出給工藝空氣PV1050(2.5″)管線上增加一條旁路,安裝一臺調(diào)節(jié)閥PV1050A進(jìn)行放空的解決方案。如圖1。PV1050A的流通量為15 000 kg/h,為氣關(guān)閥,正常生產(chǎn)時保持關(guān)閉,空氣通過PV1050A放空一般控制在20%左右。這樣一來,可以解決閥位波動造成二段爐空氣流量波動問題,也可以減少放空造成的損失,可以降低空氣壓縮機(jī)的負(fù)荷,從而也節(jié)省了燃?xì)狻?/p>

10 112C雙系列改造和溶液管理

110C和112C是脫碳系統(tǒng)中重要的設(shè)備(如圖2),是整個脫碳系統(tǒng)熱量互換和分配的機(jī)構(gòu),因脫碳的吸收和再生效果直接受到溫度的影響,所以110C和112C工況的好壞直接影響到脫碳系統(tǒng)在整個合成氨裝置中的表現(xiàn)。112C為半貧液-貧液板式換熱器,屬于波紋板式換熱器,采用非對稱板片。它的特征是,在每一板片上有兩種不同的板紋角度,板片上的波紋可以是鈍角或銳角,換熱器設(shè)計成非對稱流形式,以獲得更大的傳熱效率,更好地節(jié)約資源。

2006年2月份裝置大修,經(jīng)過解體檢查,發(fā)現(xiàn)112C兩側(cè)結(jié)垢十分嚴(yán)重,整個板面幾乎全部被垢層所掩蓋,這對于只有0.5 mm厚的板片來說,大大降低了它的傳熱系數(shù),導(dǎo)致?lián)Q熱效果不好。

圖2 脫碳系統(tǒng)流程簡圖

經(jīng)過研究,公司同意脫碳換熱器112C作雙系列改造,這樣可以隨時進(jìn)行切換清洗,確保112C始終處于一個良好的工作狀態(tài)。這樣也形成了一個良性循環(huán),換熱器換熱效果好,有利于吸收,降低了吸收塔出口CO2含量,減少了甲烷化氫氣的消耗,降低了噸氨能耗;吸收塔出口CO2含量低,可以降低脫碳溶液的循環(huán)量,節(jié)省了蒸汽,減少了大循環(huán)量和高流速對設(shè)備和管道的沖刷,同時也降低了消泡劑的加入量。

加強脫碳溶液的管理工作,使溶液品質(zhì)在優(yōu)良狀態(tài)。脫碳溶液的管理工作是一項細(xì)致耐心的工作,如果粗枝大葉,當(dāng)時可能反映不出來,久而久之,溶液的吸收和再生就會出現(xiàn)問題,脫碳出口微量變高,CO2中氫含量高等問題就會出現(xiàn)。

以上經(jīng)常在脫碳溶液中發(fā)生的兩種問題會都造成121-D吸收塔出口CO2含量高;由此消耗大量寶貴氨合成原料——氫。在甲烷化爐里燃燒CO和CO2;造成甲烷化爐溫度高、出口甲烷濃度高、一段爐廢氣熱值增加主燃料氣消耗降低、系統(tǒng)噸氨能耗增加。一段爐增加的負(fù)荷,在轉(zhuǎn)化、變換、甲烷化反應(yīng)后,又作為燃料氣(廢氣)返回到一段爐燃燒系統(tǒng)。

11 冷凍系統(tǒng)105J1能耗高的問題

合成裝置送到氨罐的產(chǎn)品降溫到-33℃,所需冷量由產(chǎn)品液氨蒸發(fā)提供,液氨的蒸發(fā)量則由氨冷凍升壓機(jī)105J1控制。在正常生產(chǎn)中,產(chǎn)品液氨以40℃的溫度送往尿素裝置,只有極少量過剩的才送到氨罐。如果尿素裝置停車,則需要把全部的產(chǎn)品送到氨罐。因此,送往氨罐的液氨量由于工況不同有時相差較大,而液氨的蒸發(fā)量也要隨之變化。105J1為電機(jī)帶動的壓縮機(jī),其抽取氣氨的量由出口回流閥來調(diào)節(jié),即105J1進(jìn)口氣氨量固定,靠調(diào)節(jié)出口返回氣氨量的多少來調(diào)節(jié)蒸發(fā)量。如果不需要冷量,則105J1抽走的氣氨全部由出口返回到入口。因此無論什么情況,105J1的電機(jī)負(fù)荷基本不變,浪費了大量電能,增加了噸氨能耗。在國家節(jié)能減排的大背景下,解決此瓶頸問題已勢在必行,公司研究了三個方案。(1)將電機(jī)改為變頻的,根據(jù)負(fù)荷的多少進(jìn)行調(diào)整,因為一般情況下都是只有很少量物料通過105J1,這樣可以省出大量的電能。經(jīng)過和設(shè)計公司的接觸,此方案被否定了,因為造出來的設(shè)備龐大,根本沒有足夠大的地方來放置。(2)直接將105J1停下,生產(chǎn)出來的氨產(chǎn)品全部由尿素用掉,不制造冷氨產(chǎn)品,問題就可以迎刃而解。但這種情況下,如果碰到尿素跳車或者我們送到尿素的熱氨泵跳車,就有問題了,105J1沒有運行就不能直接轉(zhuǎn)為冷氨操作,這時我們須立即將105J1電機(jī)啟動,當(dāng)然這個過程需要時間,149D液氨受槽很快會被裝滿,故最終選擇新建液氨受槽的辦法來解決此問題。經(jīng)過計算,新建的149D可以滿足系統(tǒng)支持0.5h,這樣就為啟動105J1電機(jī)贏得了充裕的時間。(3)我們還可以通過組合式氨冷器、氨分離器、氨閃蒸槽、液氨受槽來儲存一部分液氨,為105J1啟動爭取時間,也可以通過系統(tǒng)減負(fù)荷等手段來調(diào)整。

12 由于循環(huán)水給水溫度和105-J負(fù)荷的波動,須嚴(yán)格控制PV1109B

127C是常規(guī)管殼換熱器,冷介質(zhì)為循環(huán)水,走管程;熱介質(zhì)為氣氨,走殼程。殼程內(nèi)冷凝下來的氨流至149D“暖”部分。149D分為兩部分,“暖”部分設(shè)計操作溫度為39.5℃,“冷”部分設(shè)計操作溫度為0.7℃。149D冷段有一個氨洗滌填料塔,從147D來的小股液氨經(jīng)頂部噴頭噴淋后與在149D暖段中沒有冷凝的氣氨逆流接觸,洗滌飽和液氨,并將其冷卻至3.3℃。不冷凝氣體在壓力控制器 PIC1109控制下釋放,去124D回收。見圖3。

圖3 氨冷系統(tǒng)流程簡圖

在設(shè)計上,PIC1109控制器設(shè)定值由功能塊TN1401的輸出設(shè)定,TN1401把 TI1401所示的127C出口氨的溫度作為輸入值,并將該溫度下的氨蒸氣壓再加上50 kPa作為輸出值,這樣,當(dāng)冷卻水溫度和105J負(fù)荷變化時,該設(shè)定值便會跟著變化,從而節(jié)省氨壓縮機(jī)105J的功耗,合理控制弛放氣量。PIC1109把不同范圍的信號分送至兩個控制器,0～50%輸出到PV1109A,通過控制到噴射器117L的高壓弛放氣流量將149D不冷凝氣抽出,在124D進(jìn)行氨回收;當(dāng)PIC1109的輸出有50%～100%時,第二弛放氣閥PV1109B打開,把不冷凝氣放至氨系統(tǒng)放空。

最初開車時,操作人員將 PIC1109投“串級”操作,隨著循環(huán)水給水溫度和105J負(fù)荷的變化,由TN1401送到PIC1109的設(shè)定也就跟著變化。但是,這樣操作存在一個弊端。由于給定值變化頻繁,PIC1109無法及時調(diào)節(jié),造成149D壓力不穩(wěn)定,對氨壓縮機(jī)的負(fù)荷影響較大。為了穩(wěn)定149D壓力,將PIC1109打“自動”操作,給定是穩(wěn)定的,PIC1109的開度基本穩(wěn)定。但如此一來,當(dāng)循環(huán)水給水溫度和105J負(fù)荷升高時,氨的飽和壓力也將升高,需要人為適當(dāng)提高PIC1109的設(shè)定,否則此閥會開得很大,造成浪費;更加嚴(yán)重的是,如果控制壓力低于氨的飽和壓力時,氨在127C就不再冷凝,大量的氣氨到149D冷端冷凝,進(jìn)入氨冷凍系統(tǒng),無法冷凝的送入弛放氣系統(tǒng),造成浪費和氨壓縮機(jī)負(fù)荷增加。所以必須使PIC1109的控制壓力大于氨的飽和蒸氣壓力,讓氨在127C里冷凝。在循環(huán)水給水溫度和105J負(fù)荷較低時,因為PIC1109沒有投“串級”,不能由 TN1401輸出PIC1109的設(shè)定值,必須人為降低 PIC1109的給定,不讓PV1109A關(guān)得太小,使噴射器的抽力減少,造成PIC1107放空打開,造成氨的浪費。

13 減少氣氨排放

提高小冰機(jī)入口壓力(即氨罐的壓力給定到3.65 kPa左右),關(guān)閉高壓氨閃蒸槽的惰氣排放,減少成品氨的損失。

氨事故冰機(jī)2101L曾因氣氨無法冷凝,造成大量氣氨排放,氨火炬火焰高度達(dá)2.5 m左右。從2006年和2007年的重點設(shè)備評估表中,可以查到氨事故冰機(jī)至氨罐的液氨閥門開度7%～8%,當(dāng)前閥開度在0.8%左右,說明氨事故冰機(jī)返回氨罐液氨流量下降;循環(huán)水量平均值在23t/h,較設(shè)計值(49t/h)偏差26t/h,水冷器結(jié)垢嚴(yán)重,水量不足,是造成氨無法冷凝的直接原因,從做功來看,現(xiàn)在氨事故冰機(jī)有效功率僅為設(shè)計功率的15%左右。

通常在大修或者公用工程停循環(huán)水的時候,小冰機(jī)的水冷器會用消防水來代替循環(huán)水冷卻水保持小冰機(jī)不停車,消防水的干凈程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如循環(huán)水,這也是造成小冰機(jī)水冷器結(jié)垢嚴(yán)重的一個重要原因。

經(jīng)過對氨事故冰機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,增加循環(huán)水量到40 t/h,在此情況下,放空可以關(guān)閉,氨火炬火焰幾乎沒有,由此再次確認(rèn)是因水冷器換熱效率下降造成氣氨無法冷凝,形成大量氣氨放空。經(jīng)過2次對氨事故冰機(jī)系統(tǒng)的檢修,達(dá)到了預(yù)期的效果,杜絕了大量的氣氨排放。

14 其他一些措施

(1)控制好高、中、低壓蒸汽管網(wǎng),確保溫度、壓力在設(shè)計范圍,防止除低壓管網(wǎng)外的其他放空打開。

(2)在低壓管網(wǎng)有富余低壓蒸汽的情況下,盡量提高101-U的操作壓力到設(shè)計范圍150～170 kPa,提高高壓蒸汽產(chǎn)量,降低中壓蒸汽消耗。

(3)認(rèn)真控制好α-MDEA溶液的各項指標(biāo)在設(shè)計范圍內(nèi),減藥品消耗。

(4)控制好水質(zhì)指標(biāo),及時調(diào)整沖程,加強配藥管理和分析,爭取將配藥濃度控制在指標(biāo)范圍內(nèi),減少對沖程的調(diào)節(jié),以使水質(zhì)指標(biāo)保持穩(wěn)定。脫碳系統(tǒng)根據(jù)分析數(shù)據(jù)及時補液,防止溶液稀了造成事故,盡量保持在指標(biāo)范圍內(nèi)偏高的狀態(tài)。

(5)在工藝條件允許的情況下,減少汽包141-D、快鍋 2201-U、低壓汽包 131-C、廢鍋101-C的連排及間排。

(6)調(diào)整水夾套的溢流量到最小,減少消耗。水夾套溢流水量的大小常常會被大家忽略,只要有溢流就行,長此以往,浪費就很大了,所以要重視水夾套的溢流問題,最好將溢流調(diào)到最小。

(7)精心操作,減少氫氮比及冷箱液位大幅度波動,減少系統(tǒng)波動次數(shù)。

(8)開停車期間,在工藝條件允許的情況下盡量減少天然氣放空量。

(9)加強油品管理,減少各類油品消耗。