管式法LDPE裝置工藝能耗及節(jié)能策略分析

馬雷 候向俊 徐海波 馬宇中國神華煤制油化工有限公司榆林化工分公司 陜西榆林 719000

通過對管式法的高壓低密度聚乙烯的應(yīng)用裝置的能源消耗構(gòu)成進行分析可以了解到，桿裝置能耗的影響因素主要有三種，分別是冷卻水、蒸汽和電。針對這三種影響因素，可以制定出有效地節(jié)能方式。例如，調(diào)整反應(yīng)器和壓縮機的操作方法、合理的選擇疏水器、通過相關(guān)設(shè)備對外排蒸汽進行回收利用、提高換熱設(shè)備工作時的換熱效率、合理的設(shè)置壓縮機壓縮比，這些都能有效的降低LPDE裝置的能源消耗，從而達到有效地節(jié)能的效果。綜合提升企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，具有非常重要的實用價值。

一、管式法LPDE裝置的工藝能耗狀況

LPDE裝置，其能耗基本上由六部分組成，分別是儀表風(fēng)、脫鹽水、氮氣、冷卻水、蒸汽和電能。在LPDE裝置中，儀表風(fēng)和循環(huán)水的運行狀況的數(shù)據(jù)信息明顯要地域最開始的設(shè)計數(shù)據(jù)信息。同時，儀表風(fēng)和循環(huán)水的壓力、流量，還進行了工藝聯(lián)鎖設(shè)置。一旦發(fā)生波動狀況，對于整個裝置的穩(wěn)定安全運行都會產(chǎn)生一定的影響。所以，結(jié)合實際情況，需要從脫鹽水、氮氣、蒸汽和電能幾方面來進行節(jié)能降耗。

1.管式法LPDE裝置的脫鹽水損耗

在造粒水的降溫冷卻中，運用聚乙烯造粒板形式的換熱器。這樣，在冷卻的具體過程中，在聚乙烯顆粒內(nèi)部，會析出一定量的芥酸酰胺或油酸酰胺，并且會在板式換熱器的內(nèi)壁進行粘附，久而久之管程壁上出現(xiàn)污垢層，會降低板式換熱器的工作換熱能力。如果冷卻能力下降到了一定的程度時，將會難以滿足生產(chǎn)需要，這時候就需要啟動備用的換熱器。拆離這臺換熱器的內(nèi)部集管，通過使用高壓水槍或蒸汽，對其實施沖涮清理，這樣每年會消耗掉大量的水和蒸汽。

2.管式法LPDE裝置的氮氣損耗

在日常的生產(chǎn)過程中，基本上是在設(shè)備油箱、放空管線和安全閥中應(yīng)用氮氣，進行氮封，避免氧氣串入內(nèi)部，從而為裝置的正常運行提供保障。在氮氣的每根單獨的管線上，基本上都會設(shè)置限流孔板，其作用是在保證安全的基礎(chǔ)上，盡量降低氮氣浪費。在LPDE裝置的最初設(shè)計中，氮氣保持著0.7兆帕的界區(qū)壓力，正常消耗是每小時一百五十立方米。但是在運行過程中，實際得為界區(qū)壓力是0.8兆帕，隨著壓力的增加，造成氮封管線每一根的流量，都升高了消耗，導(dǎo)致氮氣的實際消耗量為每小時三百立方米，這就極大地超出了設(shè)計時的消耗。

3.LPDE裝置的蒸汽損耗

在裝置蒸汽中，主要分為三個等級，分別是0.45兆帕的低壓蒸汽、0.9兆帕中壓蒸汽和4.0兆帕高壓蒸汽。4.0兆帕的高壓蒸汽基本上應(yīng)用在反應(yīng)器的預(yù)熱器高溫部分、反應(yīng)器安全閥、擠壓機模頭和擠壓機筒體中。1.0兆帕中壓蒸汽在返回裂解氣體的相關(guān)加熱器中得到應(yīng)用。0.4兆帕低壓蒸汽通過空氣冷卻器冷卻成凝液循環(huán)使用。

（1）沒有回收裝置反應(yīng)熱

通常情況下，應(yīng)該控制裝置的反應(yīng)溫度為290攝氏度至305攝氏度之間。在生產(chǎn)過程中散發(fā)出來的大量反應(yīng)熱，就可以利用蒸汽發(fā)生器副產(chǎn)0.45和0.8兆帕低壓蒸汽進行回收。但是由于裝置生產(chǎn)前期無相應(yīng)裝置利用余熱，裝置副產(chǎn)蒸汽無法利用，只能利用空冷器對反應(yīng)熱進行散熱，導(dǎo)致了損失大量的反應(yīng)熱并消耗電能，所以需要解決泄漏問題，才能節(jié)約能源。

（2）疏水器故障

設(shè)備的連續(xù)性排放出現(xiàn)故障，使得疏水器基本上處于常開的狀態(tài)。這樣不僅導(dǎo)致冷凝水的連續(xù)輸出，還會排出蒸汽，使得能量利用率低，導(dǎo)致能源浪費。這種故障不僅出現(xiàn)幾率高，判斷也比較困難。

（3）預(yù)熱器二段氣體溫度偏低

在二次機出口存在的高壓乙烯氣體在進入反應(yīng)器之后，需要經(jīng)過一段時間低壓蒸汽、中壓蒸汽、減等級高壓蒸汽的預(yù)熱，當(dāng)預(yù)熱三段經(jīng)過高壓蒸汽加熱已經(jīng)滿足了反應(yīng)溫度時，需要注入引發(fā)劑來引發(fā)聚合反應(yīng)。經(jīng)過一段、二段預(yù)熱，出口的氣體保持110攝氏度的溫度，與理論值有著一定的差距，造成了預(yù)熱三段的蒸汽消耗偏高。

4.電能損耗

LPDE裝置主要有三方面的電能損耗，首先，是一壓縮機能力調(diào)節(jié)的損耗，過量的乙烯氣體被壓縮至250公斤后通過旁路閥返回壓縮機入口循環(huán)壓縮，造成了壓縮機功率過高；其次原設(shè)計風(fēng)機或者水泵具有富余的能力，需要通過將出口管線閥門關(guān)小，來進行控制調(diào)節(jié)。另一方面，沒有回收裝置部分熱量，利用電能驅(qū)動風(fēng)冷器風(fēng)扇進行散熱。

（1）空冷器

在裝置的設(shè)計中，需要通過反應(yīng)熱水來進行大量反應(yīng)熱散熱，通過四組串聯(lián)空冷器和裝置內(nèi)伴熱冷凝進行降溫，在這個過程中，空冷器發(fā)揮主導(dǎo)作用，基本上只能通過空冷器進行散熱，電能消耗較高。

（2）淘洗器除塵風(fēng)機

在裝置包裝料斗上方上需要使用除塵風(fēng)機。根據(jù)包裝過程中粉塵的含量，對風(fēng)機閥門開度進行調(diào)整，控制風(fēng)量，從而保證產(chǎn)品粉塵含量較低。但是風(fēng)機閥門如果開度偏大，將會吹入一定的粒料到粉塵中，導(dǎo)致物料損失。如果開度偏小，粉塵含量較高，對外觀質(zhì)量造成影響。這期間就會造成電能損耗。

二、管式法LPDE裝置的節(jié)能措施

1.降低脫鹽水損耗的措施

為了有效地降低裝置的脫鹽水損耗，需要在造粒板式換熱器中增設(shè)脫垢系統(tǒng)。這就需要公司加大資金投入力度，并且充分運用先進的科學(xué)技術(shù)，極大技術(shù)攻關(guān)力度，在造粒板式換熱器中增設(shè)在線清理系統(tǒng)，這樣就能有效的降低脫鹽水的損耗。與現(xiàn)目前的高壓水或蒸汽沖涮清理相比較，將會節(jié)省大量水或蒸汽，有效地降低脫鹽水損耗。

2.降低氮氣損耗的措施

在LPDE裝置中，傳統(tǒng)的方式需要消耗大量的氮氣，有時會造成不必要的氮氣能源浪費，增加了企業(yè)的經(jīng)濟損失。這就需要選擇合理的節(jié)能措施，降低氮氣能源損耗。在氮氣的界區(qū)管線中設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，對不同壓力等級氮氣進行分級控制，利用調(diào)節(jié)閥對LPDE裝置內(nèi)的氮封壓力進行控制，使其穩(wěn)定在0.3兆帕左右，經(jīng)過改造后，將會降低氮氣消耗到最初設(shè)計的允許范圍內(nèi)，甚至小于原設(shè)計消耗量。

3.降低蒸汽損耗的措施

（1）解決蒸汽發(fā)生器的問題

對于出現(xiàn)事故的蒸汽發(fā)生器要進行認真的解體檢查，準確找到泄漏點，一方面是因為碳鋼列管受到嚴重的腐蝕，導(dǎo)致泄漏。另一方面，是因為管板法蘭出現(xiàn)變形，導(dǎo)致泄漏事故的發(fā)生。根據(jù)國家關(guān)于低壓鍋爐的用水質(zhì)量標準的規(guī)定，對于蒸發(fā)量在每小時六噸以上的鍋爐，應(yīng)該對其給水進行除氧，并且額定的蒸汽壓力應(yīng)該小于1.0兆帕，給水溶解氧應(yīng)該小于每升0.1毫克。由動力廠提供的二級常溫的鍋爐水水，其溶解氧的含量是每升9毫克，氧腐蝕是碳鋼列管發(fā)生泄漏的主要原因。管板法蘭面發(fā)生泄漏是因為管板法蘭的實際壓力等級較低，在反復(fù)多次的對裝置進行開停車的過程中，造成管板法蘭應(yīng)力變形，導(dǎo)致泄漏。

所以，需要對蒸汽發(fā)生器進行重新制作，保證副產(chǎn)蒸汽在0.4兆帕，低壓蒸汽為每小時十噸。通過空冷器對剩余的微量熱負荷進行調(diào)整。為了對腐蝕問題進行徹底的解決，應(yīng)該將不銹鋼作為設(shè)備的材質(zhì)。為了避免法蘭面發(fā)生泄漏，應(yīng)該將管板法蘭實際應(yīng)力等級由原來的3.0兆帕調(diào)整為5.0兆帕。

（2）選擇適合的疏水器

公司應(yīng)該對所使用的疏水器進行認真的質(zhì)量和性能檢測，對于其型號和規(guī)格進行核查。在檢修的過程中，應(yīng)該大規(guī)模改造蒸汽系統(tǒng)，加大投資力度，購進性能更好的疏水器，還要改進疏水器的應(yīng)用安裝方式。對于低壓分離器的應(yīng)用蒸汽伴熱，應(yīng)該對單路進行改造，成為并聯(lián)雙路，還應(yīng)該對多處伴熱線進行改造。經(jīng)過改造之后，會明顯降低高壓蒸汽的實際消耗量，從而大幅度降低裝置的能耗。

在檢測期間，還可以采用其他有效合理的措施：第一，在對裝置進行檢測的過程中，應(yīng)該清理中壓廢熱鍋爐，從而使得中壓廢熱鍋爐造成的中壓蒸汽量能夠符合設(shè)計值。這樣高壓蒸汽就不需要對中壓蒸汽管網(wǎng)進行蒸汽補充，還要對中壓廢熱鍋爐進行定期的在線除垢。第二，對內(nèi)漏閥門進行更換，對于閥門和疏水器也要進行定期檢測，及時更換疏水器和泄漏閥門。

（3）對外排蒸汽進行回收再利用

現(xiàn)階段，導(dǎo)致裝置防空大量低壓蒸汽的基本原因是通過疏水器中、高壓蒸汽泄漏造成的。對于高壓蒸汽降低消耗，會減少低壓蒸汽一定程度的放空。對低壓蒸汽進行回收利用主要可以從以下兩方面入手，一方面是含有熱能。另一方面是相當(dāng)于蒸汽自身的水量。

第一，回收熱能，收集凝液。這樣會很好的利用熱能和水。應(yīng)該運用以蒸汽作為驅(qū)動的發(fā)電機或者制冷劑也可以是其他的能量轉(zhuǎn)換措施，驅(qū)動汽輪機進行發(fā)電機或者產(chǎn)生冷量。高壓裝置需要使用冷卻水實現(xiàn)換熱器制冷，增加了裝置的能耗負荷?？梢赃\用放空蒸汽進行制冷，對高壓裝置進行冷凍水供給。第二，在低壓蒸汽的防空處設(shè)置冷卻器，對蒸汽進行冷凝，然后運送到低壓凝液儲罐，通過凝液泵送回動力車間。這種方法具有投資少的優(yōu)點，但是會造成一定程度的熱能損失，使用冷卻水進行冷卻，運到動力車間還需要進行處理，對于綜合利用能量有著一定的影響。結(jié)合中國石化廣東茂名分公司化工分部的前期裝置實際情況，在下游裝置無法有效利用其副產(chǎn)蒸汽的時候，高壓裝置在其裝置內(nèi)部安裝了兩臺螺桿式膨脹發(fā)電機，裝置利用低壓副產(chǎn)蒸汽發(fā)電項目是在裝置的低壓副產(chǎn)蒸汽原管路上接一段旁路，將蒸汽引入螺桿膨脹動力機做功發(fā)電，從螺桿膨脹動力機出來的蒸汽經(jīng)過分離罐，將凝液分離，蒸汽經(jīng)空冷器卻到成為冷凝液，回收至低壓冷凝液罐,分離罐的凝液由冷凝液泵送至低壓冷凝液罐。發(fā)出的電并入企業(yè)6KV級電網(wǎng)，供裝置使用，該設(shè)施可以將原設(shè)計需要8臺風(fēng)冷器進行冷卻，降低至兩臺，減少了電力消耗，同時每小時產(chǎn)生800-1000千瓦小時電量并網(wǎng)使用，綜合電力消耗減少了1500千瓦時以上，每年可節(jié)省電108萬度以上，但是該設(shè)施蒸汽利用率仍處於較低水平，核算蒸汽經(jīng)濟利用在20%左右；在該廠10萬噸/年高順丁橡膠裝置投產(chǎn)后，技術(shù)人員通過攻關(guān)使用高壓裝置副產(chǎn)蒸汽進行利用，將蒸汽經(jīng)濟型提高至60%。

（4）升高預(yù)熱器二段加熱出口氣體溫度

二次機出口的氣體溫度、以及預(yù)熱一段和二段的中、低反應(yīng)副產(chǎn)蒸汽流量，對于三段預(yù)熱的高壓蒸汽消耗有著一定的影響。二次機出口存在的高壓乙烯氣體的實際溫度為85攝氏度，高溫聯(lián)鎖值達到了120攝氏度?？梢赃m當(dāng)程度調(diào)整二次機段間的冷卻器循環(huán)水流量，從而將溫度升高到95攝氏度。將預(yù)熱一段和二段中的蒸汽調(diào)整到最大，保證二段加熱溫度在125攝氏度以上。這樣就能夠有效地降低預(yù)熱三段的高壓蒸汽消耗。

4.降低電能損耗的措施

（1）低負荷運行空冷器

應(yīng)該加大投資力度，結(jié)合企業(yè)的實際情況，選擇性能更加優(yōu)越的空冷器，對于原有的空冷器，可以減少數(shù)量，例如，可以將三臺改為一臺運行，這樣就能保證空冷器的低負荷運行。這樣就能在滿足企業(yè)正常生產(chǎn)的情況下，降低電能損耗，節(jié)約電能。

（2）對于包裝線的除塵風(fēng)機進行變頻改造

對裝置包裝線的除塵風(fēng)機實施變頻控制，將改造后的風(fēng)機的全部出口閥門打開，然后利用控制變頻器進行輸出，對于風(fēng)機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整，從而實現(xiàn)調(diào)整風(fēng)量的基本目的。這樣就能實現(xiàn)降低電能損耗的目的，從而有效地節(jié)約電能，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

（3）一次壓縮機使用Hydrocom技術(shù)

茂名石化高壓裝置在技術(shù)改進時，在其一次壓縮機使用了Hydrocom系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓縮機能力，降低了壓力旁路調(diào)節(jié)閥的開度，降低一次壓縮機電耗約10-15%。Hydrocom系統(tǒng)主要原理為通過PI調(diào)節(jié)器根據(jù)壓縮機出口實際壓力變化計算出壓縮機入口所需求的氣量，通過接口轉(zhuǎn)換機構(gòu)（CIU）傳遞到壓縮機入口氣閥電子液壓執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)所需的進氣閥延遲關(guān)閉的時間，達到調(diào)節(jié)活塞每段工作循環(huán)中實際氣缸中待壓縮的氣量，該系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)壓縮機氣量能力0-100%，其特點是節(jié)電效果明顯，系統(tǒng)出現(xiàn)故障時刻迅速切換至旁路調(diào)節(jié)，可有效嵌入在可調(diào)節(jié)氣量壓縮機工藝系統(tǒng)中。

結(jié)語

綜上所述，應(yīng)該對于管式法LPDE裝置的工藝損耗進行詳細的分析，然后制定針對性的節(jié)能措施。分別從降低氮氣損耗，降低脫鹽水損耗，降低蒸汽損耗和降低電能損耗四個方面進行節(jié)能。通過有效地措施的應(yīng)用，不僅可以實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，還能提升裝置的工作性能，延長使用壽命，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，具有巨大的實用價值。

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