降低合成氨裝置冷凍系統(tǒng)冰機(jī)電耗的方法

王亞樂(lè) ， 樊安靜 ， 郭秀紅 ， 楊海彬

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng) 453731)

?生產(chǎn)與實(shí)踐?

降低合成氨裝置冷凍系統(tǒng)冰機(jī)電耗的方法

王亞樂(lè) ， 樊安靜 ， 郭秀紅 ， 楊海彬

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng) 453731)

針對(duì)合成氨裝置冷凍系統(tǒng)冰機(jī)電耗高的問(wèn)題，利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的方法尋找造成電耗高的原因，針對(duì)原因?qū)ζ洳僮鞣绞交蛘吖に囍笜?biāo)進(jìn)行調(diào)整，節(jié)電效果明顯，為企業(yè)低成本運(yùn)行提供了技術(shù)支持。

冷凍系統(tǒng) ； 冰機(jī) ； 節(jié)能降耗 ； 蒸發(fā)冷 ； 效果

0 前言

節(jié)能降耗是企業(yè)的生存之本，化工生產(chǎn)中，每一度電，每一滴水的節(jié)約都會(huì)為生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)巨大的成本節(jié)降空間，河南心連心化肥有限公司樹(shù)立“從點(diǎn)點(diǎn)滴滴做起，從分分鐘鐘做起”的節(jié)能意識(shí)，以最佳的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益的最大化。公司化肥分廠的生產(chǎn)能力為24萬(wàn)t/a合成氨、40萬(wàn)t/a甲醇的合成氨尿素聯(lián)產(chǎn)裝置，液氨冷凍系統(tǒng)的螺桿式壓縮機(jī)是合成氨系統(tǒng)中主要的耗能設(shè)備之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)冷凍系統(tǒng)冰機(jī)的耗電量平均每天達(dá)到1萬(wàn) kW·h以上。針對(duì)此情況，我們從現(xiàn)場(chǎng)操作方式、工藝指標(biāo)調(diào)整等方面進(jìn)行探討與改進(jìn)，最終有效實(shí)現(xiàn)了冰機(jī)系統(tǒng)能耗的降低?，F(xiàn)將具體過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，以供同行業(yè)借鑒。

1 合成氨裝置冷凍系統(tǒng)

合成氨裝置冷凍系統(tǒng)的主要作用是將合成、烴化崗位的氣氨經(jīng)本崗位提壓、冷卻為液氨，送往氨儲(chǔ)槽，以保證合成氨冷、烴化氨冷用氨及合成循環(huán)機(jī)填料降溫，并實(shí)現(xiàn)合成氨系統(tǒng)的氨平衡。該系統(tǒng)中的冰機(jī)及配套的蒸發(fā)冷是合成氨裝置中主要的耗能設(shè)備。目前合成冷凍系統(tǒng)現(xiàn)有3臺(tái)JZKA31.5螺桿式制冷壓縮機(jī)，配備3組蒸發(fā)式冷卻器(每組2臺(tái)，共6臺(tái))，每組冷負(fù)荷為2 000 kW。工藝系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖如圖1：

圖1 冷凍系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

2 冷凍系統(tǒng)冰機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀

2.1 冰機(jī)耗電情況

為清晰了解冷凍系統(tǒng)冰機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀，對(duì)2013年度冰機(jī)耗電情況進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，冰機(jī)電耗受冬夏季氣溫差異的影響很大，因夏季大氣溫度較高，首先造成冰機(jī)進(jìn)口氣氨溫度較冬季高，冰機(jī)打氣量下降導(dǎo)致冰機(jī)電耗高；其次造成蒸發(fā)式冷卻器循環(huán)水溫度高，蒸發(fā)式冷卻器循環(huán)水泵負(fù)荷加重，造成冰機(jī)系統(tǒng)電耗升高，夏季冰機(jī)系統(tǒng)整體電耗約為冬季的三倍之多。

表1 2013年冰機(jī)電耗統(tǒng)計(jì)表

2.2 蒸發(fā)式冷卻器運(yùn)行情況

冷凍系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般在冬季一臺(tái)冰機(jī)配備四臺(tái)蒸發(fā)式冷卻器，夏季兩臺(tái)冰機(jī)配備六臺(tái)蒸發(fā)式冷卻器。而在實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及指標(biāo)排查中發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)式冷卻器的啟停機(jī)數(shù)量并沒(méi)有明確的指標(biāo)規(guī)定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)觀點(diǎn)：蒸發(fā)式冷卻器投運(yùn)數(shù)量越多，冷卻效果越好。這在無(wú)形中造成冷凍系統(tǒng)總電耗的升高及浪費(fèi)。

2.3 工藝指標(biāo)執(zhí)行情況

冷凍系統(tǒng)冷卻后的液氨主要是為合成氨工序的氨冷換熱器提供冷量，氨冷換熱器熱流體出口溫度指標(biāo)為-15～-8 ℃，工藝指標(biāo)范圍比較寬泛，班組間氨冷溫度運(yùn)行過(guò)程中波動(dòng)較大，導(dǎo)致冰機(jī)負(fù)荷與氨冷指標(biāo)沒(méi)有合理匹配，造成了冰機(jī)電量浪費(fèi)。

3 原因分析及改進(jìn)措施

3.1 蒸發(fā)式冷卻器冷卻效果差

目前的冷凍系統(tǒng)中，蒸發(fā)式冷卻器為開(kāi)放式冷凝器，在其循環(huán)水池中會(huì)聚集污泥及雜質(zhì)，隨著水泵將循環(huán)水抽至蒸發(fā)式冷卻器的布水器中，這些污泥會(huì)將布水器的噴頭堵塞，從而造成噴淋效果差，影響蒸發(fā)式冷卻器換熱效果。針對(duì)此情況，對(duì)蒸發(fā)式冷卻器噴頭增加了反沖洗過(guò)濾裝置(沖洗水的壓力為0.3 MPa)，定期(每隔一個(gè)月)或者當(dāng)氨槽壓力過(guò)高時(shí)啟用蒸發(fā)式冷卻器備機(jī)對(duì)在運(yùn)行中的蒸發(fā)式冷卻器噴頭進(jìn)行沖洗，保證噴頭正常運(yùn)行。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，蒸發(fā)式冷卻器布水器噴頭疏通前后運(yùn)行效果如下：

表2 蒸發(fā)式冷卻器布水器噴頭疏通前后工況對(duì)比

注：工況1表示大氣溫度3 ℃(1臺(tái)冰機(jī)、2臺(tái)蒸發(fā)冷)；工況2表示大氣溫度20 ℃(1臺(tái)冰機(jī)、4臺(tái)蒸發(fā)冷)。

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，蒸發(fā)式冷卻器布水器噴頭疏通之后，其冷卻效果明顯得到改善，液氨溫度較未疏通前明顯降低，冰機(jī)耗電量也明顯降低，這一措施，在大氣溫度較低時(shí)效果更加明顯。

3.2 蒸發(fā)式冷卻器卻器運(yùn)行無(wú)管控措施

2014年上半年度，針對(duì)蒸發(fā)式冷卻器運(yùn)行臺(tái)數(shù)與冰機(jī)運(yùn)行負(fù)荷無(wú)明確匹配的問(wèn)題，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和大氣溫度，一定的冰機(jī)負(fù)荷的情況下，保證液氨槽壓力不升高的標(biāo)準(zhǔn)下，逐步停運(yùn)蒸發(fā)式冷卻器數(shù)量，所得試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同大氣溫度下蒸發(fā)式冷卻器及冰機(jī)運(yùn)行指標(biāo)

注：蒸發(fā)式冷卻器簡(jiǎn)稱蒸發(fā)冷。

通過(guò)以上試驗(yàn)，對(duì)蒸發(fā)式冷卻器與冰機(jī)匹配問(wèn)題進(jìn)行了規(guī)范：①大氣溫度在-2～5 ℃時(shí)，采用1臺(tái)冰機(jī)，2臺(tái)蒸發(fā)式冷卻器的運(yùn)行模式；②大氣溫度在7～15 ℃時(shí)，采用1臺(tái)冰機(jī)，4臺(tái)蒸發(fā)式冷卻器；③大氣溫度在20～25 ℃時(shí)，采用1臺(tái)或2臺(tái)冰機(jī)，6臺(tái)蒸發(fā)式冷卻器的運(yùn)行模式。

通過(guò)采取對(duì)蒸發(fā)式冷卻器系統(tǒng)的一系列技改管控措施，當(dāng)冰機(jī)啟動(dòng)臺(tái)數(shù)和負(fù)荷不變，并且保證液氨槽壓力在指標(biāo)內(nèi)的情況下，可以減少蒸發(fā)式冷卻器運(yùn)行臺(tái)數(shù)，從而節(jié)約輔機(jī)用電量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果每天少啟動(dòng)一臺(tái)蒸發(fā)式冷卻器的話，可以節(jié)約電量30 kW·h/d。

3.3 合成氨裝置氨冷卻器出口溫度未嚴(yán)格控制

在合成氨工藝指標(biāo)中，氨冷卻器出口溫度要求控制在-15～-8 ℃都是合理的。當(dāng)氨冷溫度控制得較低時(shí)，氨冷卻器的用氨量則會(huì)增大，造成冰機(jī)負(fù)荷加大從而導(dǎo)致電耗升高。結(jié)合自動(dòng)控制中的質(zhì)量卡邊原理，在保證工藝指標(biāo)穩(wěn)定的情況下，只有長(zhǎng)期地連續(xù)小幅波動(dòng)運(yùn)行才能最大化節(jié)約系統(tǒng)消耗的宗旨。我們進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在相同的生產(chǎn)負(fù)荷下，當(dāng)氨冷溫度由-10 ℃波動(dòng)至-8.5 ℃時(shí)，冰機(jī)運(yùn)行電流下降約1 A，冰機(jī)耗電量相差15 kW·h，而在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)氨冷溫度按指標(biāo)中的高限控制在-9～-8 ℃時(shí)，對(duì)合成氨系統(tǒng)無(wú)不良影響。

針對(duì)此種情況對(duì)氨冷卻器設(shè)定溫度高限控制與低限控制兩種模式，既滿足了合成氨工序生產(chǎn)要求，又降低了液氨溫度的波動(dòng)幅度，為系統(tǒng)節(jié)能降耗帶來(lái)了很好的效果。

4 運(yùn)行效果分析

通過(guò)以上措施的實(shí)施，2014年度與2013年度相比，年平均噸氨電耗下降了7.33 kW·h，對(duì)比數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 2014年冰機(jī)電耗與2013年冰機(jī)電耗對(duì)比

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年度總氨(合成氨+甲醇)實(shí)際產(chǎn)量為34萬(wàn)t，則年節(jié)約用電量為249.22萬(wàn)kW·h，按每度電0.4元，2014年共節(jié)約資金為99.69萬(wàn)元。

5 結(jié)論

隨著化工行業(yè)的進(jìn)步，節(jié)能減排政策要求日益嚴(yán)格，自2015年國(guó)家取消企業(yè)單位用電優(yōu)惠政策以來(lái)，使得化肥行業(yè)的電價(jià)成本提高。為保持化肥系統(tǒng)低成本領(lǐng)先的能力，引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)步，本次通過(guò)利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的方法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工藝指標(biāo)操作數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)等進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，采用簡(jiǎn)單實(shí)用的工藝指標(biāo)優(yōu)化及小技改方式，達(dá)成了合成氨冰機(jī)系統(tǒng)節(jié)能降耗的目的。本次冷凍系統(tǒng)的改造，不僅為企業(yè)節(jié)省了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著，且在具體整改措施中，無(wú)需投入過(guò)多成本即可達(dá)到較好的節(jié)能降耗效果，適合在同行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

2015-09-27

王亞樂(lè)(1991-)，女，助理工程師，從事化工設(shè)計(jì)及合成工藝的研究，電話：18738535869。

TQ050.2

B

1003-3467(2015)11-0028-03