82 000 Nm3/h空分裝置節(jié)能降耗管理措施探討

陳琳軒(國能新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831400)

1 項目裝置簡介

國能新疆化工有限公司空分裝置包括82 000 Nm3/h(O2)空分裝置3套和空壓站，是為了滿足年產(chǎn)68萬噸/年甲醇制烯烴生產(chǎn)對氣體產(chǎn)品的需求，采用由法國液化空氣提供相關(guān)技術(shù)，空氣壓縮機(jī)采用德國西門子公司設(shè)備。

空分單元包括空氣過濾器、空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)(包括汽輪機(jī)、原料空壓機(jī)和空氣增壓機(jī))、預(yù)冷系統(tǒng)(空冷塔、水冷塔和水泵等)、分子篩空氣凈化器、中壓空氣增壓透平膨脹機(jī)、高低壓板翅式換熱器、下塔、冷凝蒸發(fā)器、上塔，以及稀有氣體粗提裝置，氧氣產(chǎn)品采用高壓變頻液體泵輸送，低壓氮氣產(chǎn)品由下塔抽出，開車高壓氮氣由后備液氮系統(tǒng)液氮加壓氣化提供，其余中壓氮氣產(chǎn)品采用液氮泵加壓汽化和氮壓機(jī)增壓送出。

三套空分共用一套液氮存儲系統(tǒng)和一套液氧存儲系統(tǒng)。液氮存儲系統(tǒng)包括一套有效容積為3 000 m3常壓貯槽、一套有效容積為100 m31.0 MPag真空貯槽、一套100 m38.5 MPag高壓氮罐及相應(yīng)的液氮泵和汽化器。液氧存儲系統(tǒng)為一套有效容積為3 000 m3常壓貯槽和相應(yīng)的液氧泵和汽化器。

為了提高項目的經(jīng)濟(jì)效益，每套空分配套了一套稀有氣體粗提裝置生產(chǎn)貧氪氙和粗氖氦產(chǎn)品，貧氪氙、粗氖氦通過真空管道送到界區(qū)外稀有氣體精制裝置。裝置流程圖如圖1所示。

圖1 裝置流程圖

2 裝置運行情況及特點

2016年4月29日，2111空分裝置順利產(chǎn)氧氮，5月28日，2112空分裝置產(chǎn)出合格的氧氮，9月5日2113空分裝置產(chǎn)出合格的氧氮。裝置開工運行至今，一直保持高效平穩(wěn)運行，綜合能耗為1 980.4 kg標(biāo)煤/萬Nm3氧氣，能耗水平屬于行業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平。通過與其他同類裝置比對，發(fā)現(xiàn)在節(jié)能環(huán)保方面存在的不足和缺陷，相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行探索創(chuàng)新，不斷改進(jìn)，積累了經(jīng)驗。

裝置節(jié)能減排特點：(1)空壓機(jī)系統(tǒng)采用一拖二模式，即由一臺汽輪機(jī)同時拖動主空壓機(jī)和空氣增壓機(jī)。(2)主要耗水設(shè)備汽輪機(jī)表冷器采用空冷方式，節(jié)約用水。(3)三套空分共用一套液氧、液氮常壓低溫貯槽和輸送系統(tǒng)，冷箱至液體貯槽管線采用真空管線保冷。(4)本裝置所采用的全低壓分子篩吸附、增壓透平膨脹機(jī)制冷、氧氣內(nèi)壓縮的工藝流程，流程先進(jìn)、技術(shù)成熟、運行安全可靠、操作方便、能耗低。(5)每套空分配套了一套稀有氣體粗提裝置生產(chǎn)貧氪氙和粗氖氦產(chǎn)品，貧氪氙、粗氖氦通過產(chǎn)品液體泵由真空管道送到界區(qū)外稀有氣體精制裝置，提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

3 節(jié)能環(huán)保措施

3.1 工藝設(shè)計節(jié)能措施

(1)空分裝置采用分子篩凈化帶增壓膨脹機(jī)制冷的液氧內(nèi)壓縮型流程；氧氣增壓用液氧泵代替氧壓機(jī)，降低了氧氣增壓功耗。(2)采用帶水冷塔的新型高效空氣預(yù)冷系統(tǒng)，充分利用干燥污氮氣的吸濕性，降低冷卻水溫度。(3)采用膨脹透平增壓機(jī)組，降低了空氣增壓機(jī)的功耗。(4)原料空壓機(jī)和增壓空壓機(jī)采用一臺汽輪機(jī)拖動的形式，節(jié)省投資及運行費用。(5)采用進(jìn)口三大機(jī)組，效率高，同時可靠性更高。(6)分子篩純化器采用具有專利技術(shù)的立式雙層徑向流吸附器，具有阻力小，再生溫度低，能耗低的特點。(7)空氣吸附裝置切換控制的順控功能，使吸附器平穩(wěn)切換，保證精餾工況；自動進(jìn)行吸附裝置的順序優(yōu)化，通過對進(jìn)入吸附裝置空氣壓力、溫度、流量的測定，累積計算在吸附劑中被吸附的水和CO2含量，從而自動確定再生時間和再生熱量，并自動優(yōu)化循環(huán)周期，最大程度減少切換次數(shù)，從而降低磨損和節(jié)約能耗。(8)冷箱內(nèi)的所有精餾塔均采用填料塔，流程阻力更小，操作范圍更寬，具有比空分負(fù)荷變化范圍更寬的適應(yīng)能力。采用新一代高效專利填料，具有節(jié)能、可靠、操作范圍大等優(yōu)秀特性。采用含有專有技術(shù)的高效不銹鋼分配器具有高度小、分配佳的特點。(9)精餾塔采用規(guī)整填料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的篩板，上、下塔的壓降顯著降低，從而使空壓機(jī)的功耗降低。(10)采用高效板式熱交換器，最大限度地減少了換熱器的熱端溫差，從而有效減少了系統(tǒng)的冷損失。(11)由于空分裝置設(shè)置稀有氣體粗提裝置，為保證主冷碳?xì)浠衔锊患?，必須進(jìn)行液氧在蒸汽噴射器排放，造成很大的浪費。因此工藝采取運行后備系統(tǒng)液氧泵，并入高壓氧氣管網(wǎng)，可以使排放的液氧進(jìn)入到液氧儲槽中，從而避免了液氧的排放。同時減少了現(xiàn)場排放噪聲，避免影響現(xiàn)場操作人員身心健康。

3.2 能耗指標(biāo)分析

空分裝置以萬Nm3氧氣產(chǎn)品計，空分裝置總規(guī)模為2.46×105Nm3/h?？辗盅b置能耗如表1所示。

表1 空分裝置能耗表

從上表可看出，每萬標(biāo)方氧氣產(chǎn)品的綜合能耗為1 980.4 kg標(biāo)煤，主要能耗為高壓蒸汽，高壓蒸汽主要用于驅(qū)動汽輪機(jī)帶動空壓機(jī)組運行，因此優(yōu)化汽輪機(jī)和空壓機(jī)組的操作，加強(qiáng)機(jī)組的連續(xù)運行性是節(jié)能的主要方面。

3.3 優(yōu)化空壓機(jī)組操作

(1)工況保持穩(wěn)定時降低一定進(jìn)氣量。提高負(fù)荷的直接結(jié)果是增大能耗。在空氣流量穩(wěn)定時，空壓機(jī)將進(jìn)入穩(wěn)定運行狀態(tài)，隨后其壓力將伴隨空氣流量增大而明顯降低；當(dāng)空氣流量增大到一定值時，空壓機(jī)將進(jìn)入最佳的運行狀態(tài)[2]。工況保持穩(wěn)定時，需要將實際的空氣流量保持在最佳范圍內(nèi)，如果此種狀態(tài)下產(chǎn)氣量依然有一定富裕，則可通過對進(jìn)氣量的適當(dāng)減少來實現(xiàn)節(jié)能降耗。(2)在后系統(tǒng)故障條件下降低空壓機(jī)的負(fù)荷。由空分裝置制取的產(chǎn)品要用于后續(xù)各工段，假如后續(xù)工段產(chǎn)生故障，沒法耗費所供汽體，空分產(chǎn)品汽體將立即排放，導(dǎo)致消耗。這類狀況，若具體采出量無法調(diào)整，則可根據(jù)對負(fù)荷的適度降低來降低排放率。一般狀況下，空子系統(tǒng)負(fù)荷最少水平在70%上下，當(dāng)后系統(tǒng)軟件造成常見故障，則必須降低負(fù)荷來完成節(jié)能減排。(3)加強(qiáng)機(jī)主設(shè)備的維護(hù)監(jiān)控，保證裝置連續(xù)穩(wěn)定運行。為加強(qiáng)對機(jī)組設(shè)備的監(jiān)測，操作人員除了在線監(jiān)控機(jī)組參數(shù)外，還要求操作人員、各級管理人員、維保單位每日分時段巡檢機(jī)組，發(fā)現(xiàn)隱患及時處理，提高機(jī)組穩(wěn)定運行能力，減少開停工過程中高壓蒸汽等物料損耗。

3.4 節(jié)水措施

(1)生產(chǎn)裝置的蒸汽冷凝液全部回收綜合利用，減少直流水用量。(2)汽輪機(jī)的乏汽采用空冷器冷卻，大大降低空分裝置的循環(huán)水消耗。(3)空壓機(jī)壓縮過程中的冷凝疏水及水浴式汽化器的溢流水收集后送入循環(huán)回水管線，減少了循環(huán)水系統(tǒng)中的新鮮水補(bǔ)充量。

3.5 節(jié)電措施

(1)對于電機(jī)選用Y系列的節(jié)能電機(jī)；對于油浸式變壓器盡量選用低損耗節(jié)能的11系列及以上變壓器；合理選擇變壓器的容量和臺數(shù)，提高變壓器的運行效率。(2)與工藝一起選用功率因數(shù)高的電機(jī)；對于大型電動機(jī)，應(yīng)優(yōu)先選用同步電動機(jī)；就地采用無功功率補(bǔ)償裝置，提高功率因數(shù)至0.9以上，減少配電線路和變壓器的損耗。(3)各變電所位置盡可能靠近負(fù)荷中心，從配電線路出發(fā)，盡量配置最短的路徑，以減少配線的長度，盡可能平衡三相負(fù)荷，從而降低線損。(4)沖洗空冷器。在沖洗前和沖洗后排氣壓力和環(huán)境溫度接近的情況下，風(fēng)機(jī)的頻率下降一半以上。

3.6 大力開展班組能耗核算競賽

(1)班組能耗核算的必要性。班組能耗核算是企業(yè)實行全面經(jīng)濟(jì)核算的基礎(chǔ)，也是企業(yè)成本管理的重要內(nèi)容，以班組為最小單元對生產(chǎn)過程中的投入產(chǎn)出、成本費用進(jìn)行歸集并加以核算，將產(chǎn)品產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量等各種指標(biāo)，按照一定的責(zé)任標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分解，并據(jù)此考核承擔(dān)責(zé)任指標(biāo)的班組和個人，達(dá)到降本增效的一種管理模式。(2)班組節(jié)能降耗的開展方式。第一，調(diào)校儀表，確保數(shù)據(jù)來源的準(zhǔn)確性。結(jié)合裝置負(fù)荷、機(jī)泵電流等參數(shù)對各計量儀表進(jìn)行調(diào)校、對比，同時將同種物料上下游存在偏差的流量計進(jìn)行重點調(diào)校。第二，制定方案、及時公布競賽結(jié)果。利用網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)各班組能耗數(shù)據(jù)全公開，保證競賽在一個公平、公正的環(huán)境下開展。不定期對各班組提報的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽查、驗證，對于獲得競賽前兩名的班組進(jìn)行獎勵，激發(fā)員工主動優(yōu)化工藝操作、深挖降耗潛能的積極性。第三，定期分析，消除班組競賽過程中的不足。組織班組長以上管理人員召開月度裝置級經(jīng)濟(jì)活動分析會，主要分析、解決在班組級能耗競賽過程中出現(xiàn)的問題。第四，對比設(shè)計，對標(biāo)同類企業(yè)，尋找能耗偏差。結(jié)合班組能耗數(shù)據(jù)，分別對比設(shè)計，同時也與同類型企業(yè)開展橫向?qū)?biāo)，由點到面，層層對能耗指標(biāo)進(jìn)行深入分析，消除能耗偏差。

4 結(jié)語

通過以上節(jié)能環(huán)保措施，逐步解決了空分裝置在節(jié)能降耗管理上存在的絕大多數(shù)問題，取得了顯著效果，在以后建設(shè)的同類型大規(guī)模煤化工項目中值得借鑒。節(jié)能環(huán)保是當(dāng)今社會發(fā)展的主題，通過優(yōu)化工藝以及設(shè)備實現(xiàn)節(jié)能降耗，可以縮減成本，實現(xiàn)資源的綜合利用，我們堅信，只需關(guān)注技術(shù)革新、關(guān)注變廢為寶、重視管理水平，就可以提升資源的利用效率，促使化工廠在可持續(xù)發(fā)展觀的路面上走得更長遠(yuǎn)。