塔里木石化分公司“十三五”節(jié)能減排技術(shù)研究

阿不都熱合木·托乎提 董泰斌 杜巖 任振東 姜濤

（中國石油塔里木油田公司石化分公司）

塔里木石化分公司為塔里木油田公司下屬副局級單位，位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州庫爾勒經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，占地面積396×104m2，主要生產(chǎn)及輔助設(shè)施有45×104t/a合成氨、80×104t/a尿素裝置，11×104kW燃機電站，2×800 m3/h（0℃，101.325 kPa）氮氣站，110 kV總變電所和35 kV變電站，390 m3/h化水站，100 m3/h污水處理廠，年過貨能力350×104t鐵路專用線及企業(yè)站等。其中，45×104t/a合成氨、80×104t/a尿素項目是新疆維吾爾自治區(qū)、中國石油集團公司重點建設(shè)項目，該項目于2010年5月19日建成投產(chǎn)。分公司作為化肥生產(chǎn)企業(yè)，是典型的能源消費大戶。因此，投產(chǎn)以來把節(jié)能減排作為重要工作來抓，取得了較好的成果；但隨著化肥價格持續(xù)走低，天然氣價格上漲，成本壓力進一步加大，對節(jié)能減排工作提出了更高的要求。如何做好節(jié)能減排工作、挖潛增效、降低成本是擺在科技人員面前的課題。

1 “十二五”能源消費情況及節(jié)能減排工作開展情況

1.1 能源消費情況

塔里木石化分公司“十二五”和2016年期間的能源消耗情況見表1。

從表1可以看出，塔里木石化分公司作為合成氨和尿素生產(chǎn)企業(yè)，每年能源消費量超過50×104t/a標(biāo)煤，是能源消費大戶；因此，該公司非常重視節(jié)能減排和技術(shù)改造、節(jié)能節(jié)水項目的實施。

1.2 節(jié)能減排工作開展情況

1.2.1 加強節(jié)能管理制度建設(shè)

按照“依法依規(guī)治企”的理念，加強節(jié)能制度建設(shè)，結(jié)合節(jié)能管理實際情況，梳理修訂制度流程，組織責(zé)任人開展流程制度的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，按照工作流程、崗位職責(zé)開展節(jié)能工作。2014年修訂并發(fā)布《能源計量與節(jié)能管理工作流程》、《分公司一級計量管理辦法》等8個節(jié)能計量管理流程和制度。

1.2.2 建立對標(biāo)評價體系 持續(xù)改進各項指標(biāo)

塔里木石化分公司圍繞“國際先進化肥企業(yè)”的奮斗目標(biāo)，在廣泛調(diào)研國際國內(nèi)先進化肥企業(yè)、多次組織各單位討論溝通的基礎(chǔ)上，制定了國際先進化肥企業(yè)評價標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)分值劃分了國際基本水平、國際水平和國際先進水平三個等級，設(shè)立了經(jīng)營、質(zhì)量、安全、生產(chǎn)、技術(shù)、設(shè)備、環(huán)保和信息化8項一級評價指標(biāo)，進一步明確了國際先進化肥企業(yè)的指標(biāo)分值、評價標(biāo)準(zhǔn)和方法，建立了涵蓋安全生產(chǎn)經(jīng)營的評價體系，具有很強的指導(dǎo)性和操作性。分公司各單位以此為依據(jù)設(shè)定業(yè)績基本目標(biāo)和挑戰(zhàn)目標(biāo)，查找與國際先進水平的差距，貫徹問題處理“四步工作法”系統(tǒng)整改，持續(xù)改進各項指標(biāo)。

1.2.3 開展目標(biāo)管理 設(shè)立激勵指標(biāo)

每年初自下而上制定技術(shù)能耗基本目標(biāo)和挑戰(zhàn)目標(biāo)，各生產(chǎn)單位通過努力實現(xiàn)自我控制，完成各項指標(biāo)。分公司以明確的技術(shù)能耗業(yè)績指標(biāo)進行獎懲兌現(xiàn)，將技術(shù)能耗指標(biāo)納入到季度重點工作和業(yè)績考核中，將指標(biāo)分解落實到生產(chǎn)部、班組和個人，激勵員工通過努力，不斷提升改善能耗指標(biāo)，以達到節(jié)能降耗的目的。

表1 塔里木石化分公司“十二五”及2016年期間能源消費情況

1.2.4 深入對標(biāo)全面定額 全員參與節(jié)能降耗

將能效對標(biāo)從內(nèi)部對標(biāo)、外部對標(biāo)深入開展到裝置單元以及主要能耗設(shè)備的對標(biāo)，2014年開展了化肥裝置主要能耗設(shè)備用電、裝置保溫伴熱效果等專項對標(biāo)工作。全面開展定額管理，在年初制定各主要裝置能源消耗、生活能耗、污水排放等定額指標(biāo)的同時，對裝置開停工能源消耗實施定額管理，注重節(jié)能的過程管理，精細化管理，從細節(jié)著手，降低裝置能源消耗。同時結(jié)合基層生產(chǎn)，通過五型班組、QC活動全員參與開展節(jié)能降耗，其中分公司2013年以來QC成果獲得了國家和省部級共18個獎項。

1.2.5 開展實施的節(jié)能項目和技術(shù)攻關(guān)

分公司針對裝置上存在的問題進行技術(shù)攻關(guān)和技術(shù)改造，在2011—2016年共實施節(jié)能節(jié)水減排項目29項，實現(xiàn)節(jié)能82 572 t標(biāo)媒，節(jié)水 240.7×104m3，取得了很好的節(jié)能節(jié)水效果。2013年在全國石油和化學(xué)工業(yè)重點能耗產(chǎn)品能效領(lǐng)跑者標(biāo)桿企業(yè)發(fā)布授牌頒獎儀式上，塔里木石化分公司榮獲合成氨產(chǎn)品能效領(lǐng)跑者標(biāo)桿企業(yè)的稱號。2015年7月經(jīng)中國氮肥工業(yè)協(xié)會第六屆常務(wù)理事會評選，分公司獲得“十二五”期間氮肥、甲醇行業(yè)節(jié)能減排先進單位。從2016年全國氮肥行業(yè)工作會議暨六屆二次理事會議上，分公司獲得“2015年度合成氨行業(yè)節(jié)能先進企業(yè)”稱號，并入圍國家工業(yè)和信息化部2015年度合成氨能效“領(lǐng)跑者”推薦企業(yè)。

2 裝置運行情況分析

對“十二五”及2016年期間的主要綜合能耗、物耗分析統(tǒng)計，能夠反映裝置運行狀況（表2）。

從表2可以看出，合成氨綜合能耗和氨耗都超過設(shè)計值，影響能耗高的原因是天然氣、脫鹽水、合成氨電耗、尿素中壓蒸汽等。

表2 “十二五”及2016年裝置平均綜合能耗、物耗單耗分析統(tǒng)計

3 “十三五”節(jié)能目標(biāo)、節(jié)能減排潛力分析及綜合解決方案

3.1 “十三五”期間節(jié)能節(jié)水目標(biāo)

按照塔里木石化分公司確定的戰(zhàn)略目標(biāo)，“十三五”期間合成氨、尿素主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)達到國際先進水平即2020年達到國際先進水平，合成氨能耗低于30 GJ/t，尿素氨耗達到564 kg/t，國內(nèi)排名第一。

3.2 節(jié)能目標(biāo)

“十二五”及2016年運行指標(biāo)與“十三五”目標(biāo)偏差分析見表3。

表3 “十二五”及2016年運行值與“十三五”目標(biāo)偏差分析

從表3可以看出，要完成“十三五”目標(biāo)，必須降低合成氨綜合能耗，因此，需要對各生產(chǎn)單元、系統(tǒng)、裝置進行節(jié)能潛力分析。

3.3 節(jié)能節(jié)水潛力

3.3.1 按單元分析

1）快裝鍋爐單元：主要是煙氣高溫余熱回收、連排低溫余熱和排污水回收，爐子效率優(yōu)化，給水泵冷卻水回收，電動機功率優(yōu)化等。

2）轉(zhuǎn)變單元：主要是煙氣余熱回收、馳放氣預(yù)熱、爐子效率優(yōu)化、高效溫度控制、保溫優(yōu)化、煙道氣回收、快速熱態(tài)開車等。

3）脫碳單元：主要是K301優(yōu)化、電動機功率優(yōu)化、高效分離優(yōu)化等。

4）甲烷化、高壓合成、壓縮、冷凍單元：主要是合成塔操作優(yōu)化、尾氣回收、K411、K441運行優(yōu)化、電動機功率優(yōu)化等。

5）鍋爐給水和蒸汽發(fā)生系統(tǒng)單元：連排低溫余熱回收和排污水回收，拌熱優(yōu)化、蒸汽放空優(yōu)化回收、低壓蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化等。

6）循環(huán)水單元：水蒸汽回收、循環(huán)水泵余壓回收、排污水回收、管網(wǎng)優(yōu)化等。

7）尿素放空單元：提高轉(zhuǎn)化率、放空氣回收等。

8）污水處理單元：污水再回用等。

3.3.2 按系統(tǒng)分析

1）水系統(tǒng)：水利用率優(yōu)化、濃縮倍數(shù)優(yōu)化、排污再優(yōu)化、運行方式優(yōu)化等。

2）蒸汽系統(tǒng)：蒸汽分級優(yōu)化利用、拌熱優(yōu)化、低溫余熱利用、排污利用、放空優(yōu)化等。

3）電系統(tǒng)：停開或少開機泵等方法節(jié)省電力；其次，提高功率因數(shù)，采用節(jié)能設(shè)備和技術(shù)，提高能量轉(zhuǎn)換過程效率；最后，在新的電力平衡和需求格局下合理安排外購、電線路損失優(yōu)化等。

4）氮氣系統(tǒng)：液氮裝置和變壓吸附制氮裝置運行評估優(yōu)化。

5）放空系統(tǒng)：放空氣回收優(yōu)化。

3.3.3 按裝置分析

1）合成氨裝置：開停車優(yōu)化、機組運行優(yōu)化、爐子運行、氨合成系統(tǒng)優(yōu)化等。

2）尿素裝置：尿素合成優(yōu)化、大顆粒清床周期優(yōu)化、水平衡優(yōu)化等。

3.4 綜合解決方案

采取“理念、管理、技術(shù)、機制”節(jié)能減排“四輪驅(qū)動”綜合解決方案。

3.4.1 理念節(jié)能減排

堅持“平穩(wěn)是最大的效益、最大的節(jié)能”理念，通過規(guī)范化管理，做好安全、環(huán)保、質(zhì)量、平穩(wěn)等生產(chǎn)運行工作，最大限度地減少非人為停車或故障，為節(jié)能減排工作奠定扎實的基礎(chǔ)。

3.4.2 管理節(jié)能減排

繼續(xù)實施對標(biāo)管理，引入能源管理評審，通過評審產(chǎn)生能源管理方案，對存在的問題進行“PDCA”模式整改，提高裝置整體能效水平。

3.4.3 技術(shù)節(jié)能減排

技術(shù)節(jié)能減排是通過先進的技術(shù)手段來實現(xiàn)節(jié)能的目的。具體可理解為：根據(jù)用能情況、能源類型分析能耗現(xiàn)狀，找出能源浪費的節(jié)能空間，然后依此采取對應(yīng)的措施減少能源浪費，達到節(jié)約能源的目的。例如，節(jié)電技術(shù)：功率因數(shù)補償、閉環(huán)控制、能量回饋、相控調(diào)功、穩(wěn)壓調(diào)流、電能質(zhì)量治理等技術(shù)。

3.4.4 機制節(jié)能減排

在節(jié)能減排工作中對管理工作進行創(chuàng)新，積極引入節(jié)能服務(wù)機制，提供用能狀況診斷、節(jié)能項目設(shè)計、融資、改造（施工、設(shè)備安裝、調(diào)試）運行管理服務(wù)的專業(yè)化公司。采用能源合同管理機制，其優(yōu)勢為在集團公司、油田公司減少投資的大背景下，分公司不用資金投入，即可完成節(jié)能技術(shù)改造（可獲得國家節(jié)能補貼，年節(jié)能10 000 t標(biāo)煤以下500 t標(biāo)煤以上），節(jié)能工程施工完畢，就可分享項目的部分節(jié)能效益，不承擔(dān)相關(guān)技術(shù)風(fēng)險；項目投運不成功由節(jié)能公司負責(zé)二次投資，實現(xiàn)節(jié)能效果后才能獲得收益；項目合同期內(nèi)節(jié)能公司負責(zé)項目運營（不承擔(dān)運營風(fēng)險），合同結(jié)束后資產(chǎn)轉(zhuǎn)移給分公司繼續(xù)享受節(jié)能效益。

4 “十三五”期間的關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 合成氨煙道氣回收技術(shù)

采用哌嗪+MDEA混合溶劑吸收煙道氣中的CO2，二者的摩爾分?jǐn)?shù)均為0.5%，吸收溫度為40℃，壓力為常壓，吸收塔塔板數(shù)為10塊；再生溫度為100℃，再生塔壓力為0.20 MPa，再生塔塔板數(shù)為12塊；煙道氣進入吸收塔的流量為54 000 m3/h，CO2回收率為85%，CO2純度為98%，每小時回收的CO2為 4 000 m3以上。

4.2 合成氨尾氣回收技術(shù)

尾氣中氫回收技術(shù)主要有中空纖維膜法、低溫冷凍法、變壓吸附法和水合物法。石油大學(xué)2012年為分公司進行了合成氨尾氣回收的研究，推薦采用PERMEA及其普里森氣體膜分離技術(shù)進行高純氫氣的提濃，處理經(jīng)過氨洗塔之后的全部尾氣，參考的操作壓力為10 MPa，溫度為80℃（需要首先降溫到40℃以下），氫氣的回收率不低于60%，氫氣的摩爾分?jǐn)?shù)大于98.5%，氫氣的壓力為5 MPa。如果需要實現(xiàn)氫氣的回收率為90%，必須采用二級膜分離，此時二級膜分離得到的氫氣的純度只能達到74%，而氣體的壓力只能達到2.5 MPa。整個裝置為撬裝設(shè)計，估計投資不超過800萬元。

4.3 高效合成、低能耗尿素工藝技術(shù)

中國五環(huán)工程有限公司開發(fā)了高效合成、低能耗尿素工藝技術(shù)。在14 MPa(G)下兩段合成，合成轉(zhuǎn)化率達62%，中壓蒸汽消耗降至噸尿素0.75 t，節(jié)能效果明顯。

4.4 水輪機技術(shù)

在保證原有設(shè)計條件和運行效果下，利用系統(tǒng)的富裕能量以水輪機取代風(fēng)機電動機，將電驅(qū)動改為水力驅(qū)動節(jié)省風(fēng)機電耗，可以省去風(fēng)機發(fā)電動機和減速箱，大大降低冷卻塔的震動和燥聲，減少對環(huán)境的污染。

4.5 低溫余熱綜合利用技術(shù)

低溫余熱一般泛指50～200℃以下的工藝物流余熱，120℃以下的低壓蒸汽和450℃以下的煙氣余熱。隨著節(jié)能技術(shù)的深入發(fā)展，回收和利用低溫余熱，不僅可消除排熱污染，而且是開發(fā)二次能源的重要途徑。在目前分公司范圍內(nèi)，存在一段轉(zhuǎn)化爐煙氣和快裝鍋爐煙氣余熱以及鍋爐連排余熱回收和排污回收。

4.6 新型高濃縮倍率循環(huán)水處理技術(shù)

該技術(shù)采用復(fù)合性配方高效水質(zhì)穩(wěn)定劑和固液分離器，具有良好的阻垢、緩蝕、預(yù)膜等作用，使工業(yè)循環(huán)冷卻水高濃縮倍數(shù)運行，補水量低于循環(huán)水量的1.2%。目前分公司補水量為循環(huán)水量的2.6%。

4.7 冷卻塔水蒸氣回收技術(shù)

使用該技術(shù)可實現(xiàn)冷卻塔水蒸氣回收再利用，減少系統(tǒng)補水量，回收率可超過80%。其回收裝置安裝在冷卻塔風(fēng)筒內(nèi)，煽頁下方除水器上方。由內(nèi)置導(dǎo)風(fēng)扇頁的吸氣罩與導(dǎo)風(fēng)管連接，導(dǎo)風(fēng)管從風(fēng)筒內(nèi)穿出與汽水分離器進汽口相連，回收水通過與汽水分離器出水口相連的排水管回收到冷卻塔蓄水器。

4.8 濃鹽水處理技術(shù)

ABR技術(shù)主要針對難降解COD（BOD5∶COD小于0.2）的特效菌群在高效載體上形成生物膜，利用入水中難降解COD作為維持菌群穩(wěn)定性和生物活性的能量來源，ABR對難降解COD的去除率達61%。該技術(shù)用于化水裝置高濃度鹽水處理，其綜合水利用率可超過90%。

4.9 高效高濃度氨氮廢水處理技術(shù)

采用蒸汽汽提+精餾復(fù)合工藝流程，對氨氮排水進行汽提及精餾得到濃度為10%～20%的濃氨水、高濃度氨氣或液氨。該技術(shù)不僅可以實現(xiàn)廢水（氨氮質(zhì)量濃度小于15 mg/L）達標(biāo)排放，而且可以實現(xiàn)氨氮的資源化回收利用。主要設(shè)備有汽提精餾塔、塔釜儲液罐、塔頂冷卻器、回流罐、換熱器及循環(huán)泵。使用工況為：廢水氨氮質(zhì)量濃度高于1 000 mg/L，出口達到排放標(biāo)準(zhǔn)，對分公司而言用于事故罐中高濃度氨氮廢水處理。

4.10 開工優(yōu)化和放空氣回收技術(shù)

合成氨系統(tǒng)在開車過程中會有大量氫氮氣放空，給工廠造成巨大的經(jīng)濟損失，將開車放空氣體回收利用，在放空出口新增管線及換熱器，將原放空天然氣降溫后回收到天然氣壓縮機進口或并到燃料氣系統(tǒng)，可有效地實現(xiàn)節(jié)能減排。優(yōu)化開工方案，在開工過程中在開K431前，盡可能利用末站天然氣壓力，省略開工過程中K411的蒸汽耗量。

4.11 節(jié)電技術(shù)

包括變頻技術(shù)、無功補償技術(shù)、照明系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)等。

4.12 爐子安全節(jié)能控制技術(shù)

煙氣綜合探測，通過數(shù)字式自動控制終端機在現(xiàn)場及時檢測燃燒尾氣，及時調(diào)整風(fēng)量，精準(zhǔn)計量調(diào)控燃空比，減少4%～10%燃料氣浪費，對運行數(shù)據(jù)進行匯總分析，及時預(yù)判和指導(dǎo)處理問題。數(shù)據(jù)可以在互聯(lián)網(wǎng)上自動監(jiān)控。該技術(shù)可用于快裝鍋爐和一段爐。

4.13 系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

主要是針對氮氣系統(tǒng)進行優(yōu)化，根據(jù)目前液氮裝置的運行情況、運行成本和合成氨裝置變壓吸附制氮裝置運行方式、運行成本進行評價后確定其運行模式，以及優(yōu)化儀表風(fēng)系統(tǒng)，通過優(yōu)化實現(xiàn)小空壓機冬季停運。

4.14 大型機組運行優(yōu)化技術(shù)

主要是針對K411/K431/K441/K101機組運行參數(shù)優(yōu)化，其運行性能曲線處在合理狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

5 結(jié)束語

塔里木石化分公司“十三五”期間應(yīng)繼續(xù)堅持“對標(biāo)先進、管理規(guī)范；全面監(jiān)控、定向挖潛；由主到次、先易后難”的節(jié)能工作思路，有計劃地實施節(jié)能節(jié)水技術(shù)，提高能源利用效率，打造國際化肥先進企業(yè)。