600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目雙氧泵在線倒?fàn)t實(shí)施及運(yùn)行總結(jié)

李樂倫，陳 祥，張騰飛

（兗礦新疆煤化工有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

1 概 況

兗礦新疆煤化工有限公司600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目是兗礦集團(tuán)在新疆布局的第一個(gè)煤化工項(xiàng)目，2012年9月項(xiàng)目投產(chǎn)，經(jīng)過幾年的摸索，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)安、穩(wěn)、長、滿運(yùn)行。本項(xiàng)目的核心部分——?dú)饣b置采用兗礦集團(tuán)聯(lián)合華東理工大學(xué)研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化爐，單爐原料煤處理量約1500t／d，采用兩開一備的運(yùn)行模式，配套建設(shè)300kt／a甲醇、300kt／a合成氨、520kt／a尿素裝置；為氣化爐提供氣化劑——氧氣的空分裝置，采用林德80000m3／h雙內(nèi)壓縮全低壓流程；此外，空分裝置還配有1套后備氧系統(tǒng)，后備氧系統(tǒng)由1臺液氧貯槽、3臺液氧泵 （簡稱氧泵）、1臺水浴式汽化器及其附件組成，設(shè)計(jì)液氧汽化輸送能力最大為 8000m3／h。

2 系統(tǒng)工藝流程簡述

正常生產(chǎn)時(shí)，空分工段汽輪機(jī)組由熱電車間鍋爐提供的9.8MPa蒸汽驅(qū)動(dòng)；由空氣過濾器初步凈化的環(huán)境空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后進(jìn)行預(yù)冷和分子篩純化，再經(jīng)增壓機(jī)進(jìn)入冷箱精餾塔，據(jù)各組分沸點(diǎn)的不同采用低溫精餾的方法分離出液氧、液氮、液氬，然后向后系統(tǒng)供應(yīng)高壓氧氣及各等級氮?dú)狻?/p>

空分工段輸送的高壓氧氣和磨制合格的水煤漿在四噴嘴氣化爐內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成的水煤氣經(jīng)旋風(fēng)分離器和水洗塔初步除塵、洗滌后送至變換工段。水煤氣變換分為甲醇變換工段 （變換Ⅱ）和合成氨變換工段 （變換Ⅰ）。其中，合成氨變換工藝為全變換，水煤氣中的CO全部轉(zhuǎn)變成H2，經(jīng)低溫甲醇洗除去雜質(zhì)后得到凈化氣，凈化氣再送入液氮洗工段精制，然后進(jìn)行粗配氮和細(xì)配氮得到氫氮比為3∶1的合成氣，隨后經(jīng)合成氣壓縮機(jī)加壓后送入氨合成系統(tǒng)生產(chǎn)液氨；低溫甲醇洗工段解吸出的 CO2送往尿素裝置，經(jīng)CO2壓縮機(jī)壓縮、脫硫脫氫后與液氨合成尿素。而甲醇變換工藝為部分變換，水煤氣中的CO部分轉(zhuǎn)變成H2，確保甲醇合成所需的H2／CO，變換后的水煤氣經(jīng)低溫甲醇洗工段除去有毒有害成分后得到凈化氣，凈化氣送往甲醇合成工段合成甲醇。

兗礦新疆煤化工有限公司600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工藝流程框圖見圖1。

3 倒?fàn)t模式

氣化系統(tǒng)內(nèi)屬高溫高壓區(qū)域，尤其是氣化爐內(nèi)，流場復(fù)雜、工況惡劣，有高壓氣體的沖刷和高溫灰渣的侵蝕，經(jīng)常因堵渣、燒嘴冷卻水泄漏等問題而停車。為避免上述情況，確保系統(tǒng)的長周期、穩(wěn)定運(yùn)行，一般1臺氣化爐運(yùn)行一段時(shí)間后就需要啟動(dòng)備用爐，并對停運(yùn)的氣化爐進(jìn)行檢修以備用，這個(gè)過程稱為倒?fàn)t。倒?fàn)t分為常規(guī)倒?fàn)t和在線倒?fàn)t2種模式。

圖1 600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工藝流程框圖

3.1 常規(guī)倒?fàn)t

常規(guī)倒?fàn)t模式是將待停運(yùn)氣化爐先停車，然后將備用氣化爐投用。這種倒?fàn)t方式空分裝置無需作大的負(fù)荷調(diào)整，只需根據(jù)氣化爐單爐運(yùn)行時(shí)的耗氧量進(jìn)行界區(qū)內(nèi)放空即可，操作簡單，但倒?fàn)t過程中氣化爐簡單的停車、開車，使得后系統(tǒng)也面臨著停車和開車的問題，這樣操作對生產(chǎn)系統(tǒng)影響巨大，耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。

3.2 在線倒?fàn)t

在線倒?fàn)t模式是相對于常規(guī)倒?fàn)t模式而言的，就是先將備用爐投用 （并入系統(tǒng)），再將待停氣化爐停車 （退出系統(tǒng)）。這種倒?fàn)t方式下整個(gè)過程中后系統(tǒng)可以通過放空來實(shí)現(xiàn)合成氣的總量不變，從而確保生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)無波動(dòng)倒?fàn)t，達(dá)到安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行的目的［1］。

4 雙氧泵在線倒?fàn)t

化工裝置穩(wěn)定運(yùn)行周期的長短直接關(guān)系產(chǎn)品生產(chǎn)成本的高低。當(dāng)今市場競爭越來越激烈，如何降本增效成為企業(yè)必須考慮的問題。氣化爐在線倒?fàn)t能否順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)整套裝置的穩(wěn)定、長周期、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是項(xiàng)目能否成功和低成本運(yùn)行的關(guān)鍵所在。雙氧泵在線倒?fàn)t就是雙爐雙系統(tǒng) （甲醇系統(tǒng)、合成氨系統(tǒng)）運(yùn)行而僅有2臺液氧泵 （無備泵）運(yùn)行的情況下完成的在線倒?fàn)t。

4.1 實(shí)施背景

2017年9月，公司C＃高壓氧泵因故障返廠維修，A＃、B＃氣化爐帶甲醇／合成氨雙系統(tǒng)運(yùn)行，10月初，B＃氣化爐運(yùn)行工況惡化，按慣例需進(jìn)行在線倒?fàn)t，以保證生產(chǎn)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行。據(jù)以往在線倒?fàn)t的經(jīng)驗(yàn)，倒?fàn)t期間3臺氣化爐同時(shí)運(yùn)行，按照生產(chǎn)系統(tǒng)最低負(fù)荷運(yùn)行約需要100000m3／h的氧氣，空分系統(tǒng)設(shè)計(jì)3臺氧泵滿負(fù)荷運(yùn)行可提供120000m3／h的氧氣，完全可以滿足在線倒?fàn)t的需求，但此次在線倒?fàn)t最大的問題在于C＃氧泵返廠維修不備車，只有2臺氧泵運(yùn)行，而2臺氧泵運(yùn)行最大僅能保證80000m3／h的供氧量，按照以往的經(jīng)驗(yàn)是無法完成在線倒?fàn)t工作的。

4.2 分析論證

空分裝置2臺氧泵最大負(fù)荷下可輸送80000 m3／h的氧氣，氣化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的最低負(fù)荷為5.3MPa（以氣化爐燃燒室的壓力計(jì)），此時(shí)單燒嘴對應(yīng)的氧氣量為8000m3／h（18℃），則2臺氧泵最大負(fù)荷下輸送的氧氣量可保證燒嘴運(yùn)行數(shù)量為80000÷8000＝10個(gè)，即2臺氧泵最大負(fù)荷下運(yùn)行能保證5對燒嘴的運(yùn)行。

據(jù)本次僅有2臺氧泵 （最大輸出氧氣量為80000m3／h）的現(xiàn)實(shí)情況，為避免停車造成不必要的損失，我們打破常規(guī)思路，經(jīng)過充分地分析與論證后，提出如下在線倒?fàn)t方案：在保證生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，先停B＃氣化爐一對燒嘴，然后C＃氣化爐投料，待其升壓并氣后，B＃氣化爐另一對燒嘴停運(yùn)，之后B＃氣化爐退出系統(tǒng)降溫檢修，從而實(shí)現(xiàn)氧泵無備泵情況下的在線倒?fàn)t。

4.3 雙氧泵在線倒?fàn)t操作嘗試

2017年10月以來，C＃高壓氧泵返廠維修，因在運(yùn)氣化爐工況惡化，共進(jìn)行過3次在線倒?fàn)t操作，3次倒?fàn)t均采用雙氧泵在線倒?fàn)t法，先降低系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷 （氣化爐燃燒室壓力降至5.3MPa），滿足氧量供給條件之后，停用待停運(yùn)氣化爐一對燒嘴，待原備用氣化爐投料并氣后再停待停運(yùn)氣化爐另一對燒嘴，生產(chǎn)系統(tǒng)從降負(fù)荷到恢復(fù)負(fù)荷平均耗時(shí)約3.5h。具體情況見表1。

表1 2017年雙氧泵在線倒?fàn)t情況統(tǒng)計(jì)

4.3.1 實(shí)施方案及操作步驟

以2017年10月11日B＃爐倒為C＃爐運(yùn)行為例，對雙氧泵在線倒?fàn)t實(shí)施方案及操作步驟作一介紹。

（1）C＃爐進(jìn)入開車程序前1h，調(diào)度通知后系統(tǒng)減量，甲醇及合成氨／尿素系統(tǒng)相應(yīng)調(diào)整負(fù)荷，水煤氣在變換工段前通過P V 2001閥進(jìn)行放空，放空氣量約為單臺氣化爐產(chǎn)氣量的50%，待系統(tǒng)平穩(wěn)后維持75%的氣量運(yùn)行，停B＃爐一對燒嘴。

（2）C＃爐開始氮?dú)庵脫Q取樣時(shí)，A＃爐和B＃爐的一對燒嘴降負(fù)荷至氣化爐燃燒室壓力為5.3MPa，空分工段及后系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，此時(shí)由甲醇車間變換工段進(jìn)行合成氣外管保壓，單燒嘴供氧量約8000m3／h，總耗氧量約48000m3／h。

（3）C＃爐氣體取樣分析合格后，建立煤漿流量10m3／h，聯(lián)系空分裝置外供高壓氧氣約21600m3／h，中控及現(xiàn)場確認(rèn)完畢后按照操作規(guī)程分別對C＃爐的2對燒嘴 （IJ／K L）進(jìn)行投料。

（4）C＃爐燒嘴投料后，按照操作規(guī)程進(jìn)行升壓查漏，將 C＃爐燃燒室壓力逐步升至5.3MPa，單燒嘴供氧量約為8000m3／h，此時(shí)5對燒嘴同時(shí)運(yùn)行，耗氧量共計(jì)約80000m3／h。

（5）C＃水洗塔后取粗合成氣樣分析合格以后，C＃爐與B＃爐需相互配合，C＃爐逐漸打開并氣閥進(jìn)行并氣，與此同時(shí)B＃爐逐漸打開背壓放空閥 （FV1301）維持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，確保后系統(tǒng)氣量及壓力相對穩(wěn)定。

（6）C＃爐并氣完成后，B＃爐已退出生產(chǎn)系統(tǒng)；此時(shí)停B＃爐第二對燒嘴，降溫檢修。

（7）A＃爐、C＃爐按照操作規(guī)程進(jìn)行提壓加量，后系統(tǒng)相應(yīng)加負(fù)荷，及時(shí)關(guān)小放空閥，升壓過程中C＃爐加強(qiáng)查漏，系統(tǒng)逐漸恢復(fù)至正常生產(chǎn)負(fù)荷。

4.3.2 存在的風(fēng)險(xiǎn)及關(guān)鍵控制

（1）氣化爐停一對燒嘴時(shí)，瞬時(shí)退出氧氣量16000～18000m3／h，對空分裝置壓縮機(jī)、膨脹機(jī)影響較大，需氣化工段與空分工段做好配合，快速調(diào)節(jié)。

（2）空分裝置2臺氧泵，截至目前最大供氧量為80000m3／h，若倒?fàn)t過程中空分裝置瞬時(shí)氧量過大，超過80000m3／h，氧泵將處于過載狀態(tài)，不能確保氧泵的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)氧泵機(jī)封有可能出現(xiàn)泄漏 （有機(jī)封密封氣溫度驟降的可能）。

（3）單臺氧泵存在跳車風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)做好應(yīng)急預(yù)案，當(dāng)單臺氧泵跳車時(shí)，保單爐—合成氨—尿素系統(tǒng)運(yùn)行，調(diào)度及時(shí)跟進(jìn)操作進(jìn)度，做好全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的整體把控，做好緊急應(yīng)對。

5 效益分析

化工裝置從停車到開車，要先進(jìn)行斷料、降溫、降壓等，后進(jìn)行設(shè)備排空、吹掃、置換等工作，然后再經(jīng)歷升溫、升壓、投料、出料等過程，期間操作變化頻繁、勞動(dòng)強(qiáng)度大，會消耗大量的人力、物力、財(cái)力 （據(jù)統(tǒng)計(jì)，1次停車至開車，我公司消耗的人力、財(cái)力、物力等費(fèi)用共計(jì)約500萬元）。而雙氧泵在線倒?fàn)t的成功實(shí)施，有效避免了單臺氣化爐及后系統(tǒng)的停車，按照氣化爐退出系統(tǒng)到后系統(tǒng)恢復(fù)正常生產(chǎn)一般耗時(shí)10h計(jì)算，1次雙氧泵在線倒?fàn)t的成功實(shí)施相當(dāng)于增產(chǎn)甲醇約600t，甲醇市場價(jià)格以2100元／t計(jì)，則1次雙氧泵在線倒?fàn)t可增加銷售收入600×2100÷10000＝126萬元；2017年10月至今公司共實(shí)施了雙氧泵在線倒?fàn)t3次，合計(jì)增加銷售收入約378萬元。

此外，雙氧泵在線倒?fàn)t有效避免了單臺爐及后系統(tǒng)的停車，減少了系統(tǒng)開停車次數(shù)，避免了開停車期間系統(tǒng)工況不穩(wěn)、噪聲擾民、排放超標(biāo)等諸多問題，環(huán)保效益也非常顯著。

6 結(jié)束語

雙氧泵在線倒?fàn)t操作法，打破常規(guī)思路，通過先停待停運(yùn)氣化爐一對燒嘴以降低負(fù)荷、減少用氧量再進(jìn)行倒?fàn)t的方式，成功實(shí)現(xiàn)了在線倒?fàn)t，實(shí)施過程中氣化爐外送氣量未出現(xiàn)明顯波動(dòng)，后系統(tǒng)平穩(wěn)過渡，并能快速恢復(fù)正常生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益均非常明顯。在目前行業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益不佳的情況下，通過減少系統(tǒng)開停車次數(shù)，切實(shí)保障了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行，為公司節(jié)支降耗、增產(chǎn)創(chuàng)效貢獻(xiàn)了力量。