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    低溫甲醇洗制冷系統(tǒng)的優(yōu)化

    2013-12-23 05:52:50韓偉偉郭少峰
    化工設(shè)計(jì)通訊 2013年1期
    關(guān)鍵詞:制冷量冷器制冷系統(tǒng)

    韓偉偉,郭少峰

    (河南煤化集團(tuán)濮陽龍宇化工有限責(zé)任公司,河南濮陽 457000)

    1 概 述

    濮陽龍宇化工有限責(zé)任公司采用國內(nèi)首套擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的HT-L 航天粉煤加壓氣化技術(shù),其低溫甲醇洗(流程如圖1)設(shè)計(jì)接氣量71 495.65m3/h(干基),操作彈性為50% ~110%負(fù)荷。裝置在試車過程中,當(dāng)接氣負(fù)荷在80%以上時(shí),凈化氣中H2S 含量有時(shí)高達(dá)1×10-6以上,嚴(yán)重影響了后工段的運(yùn)行。

    低溫甲醇洗裝置自2008 年11 月建成投產(chǎn)后,受氣化裝置運(yùn)行不穩(wěn)定的影響,低溫甲醇洗裝置負(fù)荷在65%~100%之間波動(dòng)。隨著空分裝置和氣化裝置的運(yùn)行日趨完善,系統(tǒng)負(fù)荷逐步提升并穩(wěn)定在90%以上,低溫甲醇洗裝置的問題逐漸暴露出來,成為制約我公司甲醇生產(chǎn)的一大瓶頸。

    2 低溫甲醇洗制冷系統(tǒng)存在的問題

    2.1 冰機(jī)容易帶液,影響制冷效果

    冰機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,較易產(chǎn)生帶液。原因有多方面:①低溫甲醇洗系統(tǒng)較易波動(dòng),造成熱負(fù)荷波動(dòng),液氨汽化不完全,使氣氨中帶液;②氣氨管線過細(xì),造成冰機(jī)入口負(fù)壓過大,容易導(dǎo)致部分液氨汽化不完全;③經(jīng)濟(jì)器出口氣氨管線進(jìn)入低壓機(jī)機(jī)體,在冰機(jī)負(fù)荷波動(dòng)時(shí),因管線中無分離器,易造成低壓機(jī)帶液;④氨分離器中分離出的液氨無法及時(shí)汽化,液位升高后極易帶入冰機(jī);⑤低壓機(jī)進(jìn)口至高壓機(jī)進(jìn)口各管段間,很多管道設(shè)計(jì)成U 形彎,在運(yùn)行過程中,易造成氨液滴在管道U 形彎處富集,一旦系統(tǒng)波動(dòng)或液氨積累到一定程度后,導(dǎo)致冰機(jī)帶液。一旦冰機(jī)出現(xiàn)帶液現(xiàn)象后,輕則影響冰機(jī)運(yùn)行效率,短時(shí)間內(nèi)必須減負(fù)荷運(yùn)行,影響低溫甲醇洗裝置制冷量;重則造成液擊,損壞冰機(jī),嚴(yán)重制約低溫甲醇洗裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

    2.2 系統(tǒng)冷量不足

    系統(tǒng)冷量不足,主要體現(xiàn)在低溫甲醇洗裝置對(duì)H2S、CO2的處理能力較差,設(shè)計(jì)進(jìn)低溫甲醇洗的氣量為71 000m3/h,低溫甲醇洗系統(tǒng)吸收用的貧甲醇量為120m3/h、溫度為-58℃;出低溫甲醇洗裝置的凈化氣量為47 000m3/h,H2S含量≤0.1×10-6,CO2在3%左右。實(shí)際運(yùn)行中,當(dāng)?shù)蜏丶状枷囱b置的負(fù)荷達(dá)到70%以上時(shí),其凈化氣中的H2S將達(dá)0.2×10-6以上,同時(shí)CO2含量將達(dá)7%以上,嚴(yán)重制約了甲醇裝置的高負(fù)荷運(yùn)行。

    圖1 低溫甲醇洗工藝流程

    2.3 氨冷器換熱面積不足

    冰機(jī)低壓機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)口壓力為-0.028MPa,在實(shí)際運(yùn)行中,我們?yōu)樘岣咧评淞?,將其控制在?.04MPa,這樣依然滿足不了系統(tǒng)對(duì)制冷量的需求,吸收塔貧甲醇等冷區(qū)的溫度仍然達(dá)不到設(shè)計(jì)值,同時(shí)也較易造成冰機(jī)帶液,說明在當(dāng)前工況下,氨冷器的換熱面積偏小,已經(jīng)滿足不了低溫甲醇洗現(xiàn)階段系統(tǒng)制冷量的要求。

    我公司低溫甲醇洗裝置在運(yùn)行過程中,隨著負(fù)荷的提高,系統(tǒng)對(duì)H2S、CO2的吸收能力偏弱,在90%負(fù)荷下,凈化氣中CO2高達(dá)6%左右,易造成合成工段氣體成分不合格及壓縮機(jī)振動(dòng)。從工況的分析來看,主要是貧甲醇的溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo),造成系統(tǒng)對(duì)H2S、CO2的吸收能力減弱,其原因?yàn)榘崩淦鞯膿Q熱面積設(shè)計(jì)存在問題,造成系統(tǒng)冷量不足及冷量分配不均,最終導(dǎo)致凈化氣中的H2S、CO2含量偏高。

    3 技改措施

    針對(duì)低溫甲醇洗制冷系統(tǒng)存在的問題,我們進(jìn)行了多項(xiàng)技改,具體如下。

    3.1 冰機(jī)管道中的U 形彎去除

    為防止液氨顆粒在冰機(jī)管道U 形彎處的富集,我們?nèi)コ说蛪簷C(jī)進(jìn)口、低壓機(jī)出口至高壓機(jī)進(jìn)口管道間的U 形彎,盡量減少管道中的存液現(xiàn)象。

    3.2 增加一臺(tái)120萬大卡的低壓機(jī)

    為進(jìn)一步提高系統(tǒng)制冷量,我們?cè)诎敝评湎到y(tǒng)增加了一臺(tái)120 萬大卡的低壓機(jī)(0#冰機(jī)),將其并入低壓機(jī)管路中,運(yùn)行時(shí),滿負(fù)荷運(yùn)行一臺(tái)120萬大卡和一臺(tái)80萬大卡的低壓機(jī);運(yùn)行兩臺(tái)高壓機(jī),一臺(tái)滿負(fù)荷運(yùn)行,一臺(tái)半負(fù)荷運(yùn)行。這樣,系統(tǒng)制冷量大大提高,解決了系統(tǒng)制冷量不足的問題。

    3.3 氨冷器換熱面積的增大

    針對(duì)系統(tǒng)冷量不足的問題,我們還對(duì)氨冷器的換熱面積進(jìn)行了增大。

    (1)將EC2203(換熱面積202 m2)改作EC2202(換熱面積138m2)用。

    (2)將EC2203更換成換熱面積為300m2的新氨冷器。

    3.4 新增一臺(tái)氨液(滴)分離器

    為進(jìn)一步減輕冰機(jī)的帶液現(xiàn)象,我們?cè)诎崩淦鲾U(kuò)大換熱面積及擴(kuò)口改造后,在換熱面積最大的EC2203出口氣氨管道上單獨(dú)鋪設(shè)了一根氣氨管道,將其與氣氨總管串在一起,并在管線上增加一臺(tái)氨液分離器。

    3.5 EA2205與EA2206之間增加一臺(tái)氨冷器

    為進(jìn)一步降低貧甲醇溫度,優(yōu)化系統(tǒng)冷量的分配,我們將原EC2202 氨冷器拆下后安裝在EA2206 至EA2205 的管線之間,新命名為EC2207(圖2),對(duì)貧/富甲醇換熱器出來的貧甲醇進(jìn)一步進(jìn)行冷卻,這樣,能顯著降低貧甲醇溫度。增加此氨冷器后,隨著系統(tǒng)貧甲醇溫度大幅度的降低,系統(tǒng)對(duì)二氧化碳的吸收能力將大幅度提高。

    圖2 新增氨冷器后系統(tǒng)流程

    3.6 冰機(jī)出口水冷更換

    為解決冰機(jī)高壓機(jī)壓縮比過大,電耗較高問題,我們將臥式水冷由原單臺(tái)換熱面積500m2的更換為單臺(tái)換熱面積為750m2的新設(shè)備。

    為減少管道的改動(dòng),新的臥式冷卻器選用高效的波紋管式換熱器,此方案可保證在換熱器體積增大最小的情況下,提高50%的換熱效率。

    4 改造后系統(tǒng)運(yùn)行情況

    低溫甲醇洗制冷系統(tǒng)通過上述改造后,生產(chǎn)實(shí)踐表明,效果良好。改造前后的對(duì)比見表1。

    4.1 冰機(jī)帶液現(xiàn)象基本消除

    自2010年6月份和2011年3月份對(duì)冰機(jī)出口管道、氨分加熱系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)器出口管線改造,氨冷器擴(kuò)口及新增氨液分離器后,除在開停車時(shí)系統(tǒng)波動(dòng)大出現(xiàn)短時(shí)間的帶液現(xiàn)象外,在正常運(yùn)行及系統(tǒng)小幅度波動(dòng)時(shí),基本未出現(xiàn)冰機(jī)帶液現(xiàn)象。

    4.2 貧甲醇溫度明顯下降

    如圖3,在貧甲醇循環(huán)量逐步提升的情況下,系統(tǒng)貧甲醇溫度明顯下降,從之前的-40℃左右下降至-50℃,說明經(jīng)過改造,系統(tǒng)的制冷能力得到了大幅度的提升。

    4.3 氣體成分明顯好轉(zhuǎn)

    如圖4,在粗煤氣氣量逐步上升的情況下,凈化氣中CO2含量逐步下降,說明經(jīng)過改造,低溫甲醇洗裝置對(duì)CO2和H2S等酸性氣的處理能力得到了大幅度的提升。

    4.4 系統(tǒng)產(chǎn)量大幅度提升

    由表1可以看出,在低溫甲醇洗制冷系統(tǒng)經(jīng)過一系列地優(yōu)化后,凈化氣氣量由38 000m3/h左右增加至48 000m3/h 左右,產(chǎn)量則由每天約400t提高至每天500t以上。

    表1 系統(tǒng)改造前后相關(guān)參數(shù)的對(duì)比

    圖3 貧甲醇溫度與循環(huán)量變化圖

    圖4 低溫甲醇洗裝置對(duì)CO2 等酸性氣的處理能力

    4.5 各項(xiàng)消耗大幅度下降

    項(xiàng)目實(shí)施后,由于產(chǎn)能的提升,甲醇產(chǎn)品各項(xiàng)消耗也大幅度下降,成本從3 400元/t左右降至每噸3 000元以下。另外,隨著高壓機(jī)出口壓力的降低,其壓縮比也相應(yīng)降低,冰機(jī)電耗也大大降低。

    5 結(jié) 語

    改造前,低溫甲醇洗系統(tǒng)處理能力嚴(yán)重偏低,基本只能處理80%左右的負(fù)荷,不僅使系統(tǒng)單耗偏高,甲醇成本嚴(yán)重偏高,合成氣成分較差,而且對(duì)冰機(jī)、合成氣壓縮機(jī)等大型機(jī)組的安全長(zhǎng)周期運(yùn)行也是很大的隱患。已經(jīng)成為制約我公司穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的一個(gè)瓶頸問題。改造后,系統(tǒng)產(chǎn)能大幅度提升,生產(chǎn)成本大幅度下降,為整套甲醇裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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