忠縣天然氣凈化廠低負(fù)荷節(jié)能降耗措施探討

盛斌 曾強(qiáng) 蔣芙蓉 查先發(fā) 鄭智淵 彭福洪

（西南油氣田分公司天然氣凈化總廠）

忠縣分廠于2005年5月建成投產(chǎn)，有單套設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力300×104m3/d的兩套裝置，安全平穩(wěn)運(yùn)行近11 年，裝置從2008 年前滿負(fù)荷運(yùn)行到目前單套65%左右的低負(fù)荷運(yùn)行，采取降壓運(yùn)行方式提高處理量，給裝置安全運(yùn)行帶來了不穩(wěn)定因素，部分操作參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值，裝置能耗超標(biāo)[1]。通過不斷的探索，主要從裝置節(jié)能降耗、安全運(yùn)行提出優(yōu)化整改方案。

1 脫硫單元節(jié)能改造優(yōu)化

脫硫溶液循環(huán)泵（P-1201）為3×6-10臥式離心泵，設(shè)計(jì)流量為55.5 m3/h，電動機(jī)轉(zhuǎn)速2 970 r/min，電動機(jī)功率18 5W，設(shè)計(jì)壓力7.5 MPa。自2011年9 月，分廠處理量都維持在200×104m3/d左右，原料氣進(jìn)廠壓力降低至5.0 MPa 左右，溶液循環(huán)量降至26 m3/h 左右，為了減少能源消耗和化工原材料損失，在確保產(chǎn)品氣達(dá)標(biāo)的前提下，通過降低脫硫溶液循環(huán)量，可以降低溶液循環(huán)泵的耗電量，是節(jié)能降耗的有效措施[2]。但由于每臺溶液循環(huán)泵都有最小允許流量限制條件，采用降低溶液循環(huán)量等節(jié)能降耗方式有限，原設(shè)計(jì)的溶液循環(huán)泵流量偏大，造成較大的電能浪費(fèi)，故對溶液循環(huán)泵進(jìn)行節(jié)電改造，即增加2臺小流量的溶液循環(huán)泵，同時(shí)對上述新增泵配套供配電改造、涉及的自控設(shè)施改造及相關(guān)工藝管線設(shè)施改造[3]。新增小溶液循環(huán)泵設(shè)計(jì)流量為42 m3/h，設(shè)計(jì)壓力為5.5 MPa，電動機(jī)設(shè)計(jì)功率為132 kW。以此在目前生產(chǎn)狀態(tài)下溶液循環(huán)可以做到一臺小泵運(yùn)行，一臺大泵和另一臺小泵備用，忠縣分廠脫硫溶液循環(huán)泵節(jié)電改造項(xiàng)目于2013 年11 正式投運(yùn)[4]，改造前后溶液循環(huán)泵耗電量對比分析見表1。經(jīng)過節(jié)能改造后能耗降低了33.14%，節(jié)能降耗效果明顯。

表1 改造前后溶液循環(huán)泵耗電量對比分析

2 鍋爐燃燒機(jī)節(jié)能改造

忠縣分廠原兩臺鍋爐燃燒機(jī)為15 t/h 的640 ZM RT 敦威燃燒機(jī)，主要存在以下問題：一是由于裝置的配風(fēng)靠電子比調(diào)儀控制，因此在停車后容易出現(xiàn)軟故障，故障率高，據(jù)統(tǒng)計(jì)僅2014 年共發(fā)生類似故障12 次；二是控制柜無法密封，無任何防爆措施，柜內(nèi)電子器件均為非防爆產(chǎn)品，一旦發(fā)生燃料氣泄漏進(jìn)入控制柜，存在安全隱患；三是部分備件廠家已經(jīng)停產(chǎn)，造成關(guān)鍵備品、備件不足，且其他分廠都不使用此類型燃燒機(jī)，在緊急情況下無備件更換，嚴(yán)重影響了鍋爐的正常運(yùn)行；四是運(yùn)行負(fù)荷較低，最低時(shí)負(fù)荷僅為23%。2015—2016年對鍋爐進(jìn)行升級改造，將原用15 t/h 的敦威燃燒機(jī)改型為10 t/h 的WM-G50/2-A 威索燃燒機(jī)，并對配套的控制系統(tǒng)進(jìn)行了更換[5]。

2.1 燃料氣節(jié)約量分析

鍋爐燃燒機(jī)重新選型后一定程度上解決了載荷過低的問題，提高了燃燒效率，節(jié)約了能源，A鍋爐燃燒機(jī)更換前后相關(guān)參數(shù)見表2[6]。

從表2 中的數(shù)據(jù)可以看出A 鍋爐新燃燒機(jī)更換后節(jié)能效果較為明顯，以3—5月、7月份生產(chǎn)單位蒸汽鍋爐燃料氣耗量估算每月每噸蒸汽可節(jié)約燃料氣量為3.07 m3/t。

表2 忠縣分廠A鍋爐燃燒機(jī)更換前后相關(guān)參數(shù)對比

參考7月份蒸汽產(chǎn)量（7月蒸汽總產(chǎn)量為2 750 t），每年鍋爐單元運(yùn)行約11 個(gè)月，另外一個(gè)月進(jìn)行大修。僅由A鍋爐全年運(yùn)行的情況下節(jié)約的燃料氣量為9.29×104m3。

2.2 電能節(jié)約量分析

原敦威燃燒機(jī)功率為28 kW，改型后的燃燒機(jī)功率為19 kW，且新燃燒機(jī)安裝有變頻裝置，實(shí)際運(yùn)行功率應(yīng)低于19 kW，現(xiàn)按照設(shè)計(jì)功率估算新燃燒機(jī)的電能節(jié)約量W為

每年鍋爐單元運(yùn)行約8 000 h，因此鍋爐燃燒機(jī)更換后每年可節(jié)約燃料氣約9.29×104m3，節(jié)約電能約5.4×104kWh，節(jié)能效果明顯[7]。

3 火炬及放空系統(tǒng)節(jié)能改造

忠縣分廠設(shè)有天然氣放空系統(tǒng)和酸氣放空系統(tǒng)，并分別設(shè)置有天然氣火炬和酸氣火炬各一座，裝置若出現(xiàn)緊急情況進(jìn)行放空，放空氣體在火炬長明火的作用下進(jìn)行充分燃燒，在保證分廠長明火及分子封正常運(yùn)行的情況下，通過增加限流孔板及調(diào)整燃料氣閥門開度等辦法，減少了燃料氣使用量。調(diào)整前火炬燃料氣實(shí)際使用量為40～60 m3/h；調(diào)整后為20～30 m3/h。忠縣分廠火炬燃料氣優(yōu)化調(diào)整實(shí)施前后能耗情況統(tǒng)計(jì)[8]見表3。

從表3可以看出，調(diào)整后忠縣分廠火炬燃料氣前8 個(gè)月消耗量減少約12.88×104m3，每月減少約1.61×104m3，節(jié)能效果明顯。

表3 忠縣分廠火炬燃料氣優(yōu)化調(diào)整實(shí)施前后能耗情況統(tǒng)計(jì)

4 尾氣灼燒爐節(jié)能降耗措施

2020 年10 月忠縣分廠尾氣處理裝置投運(yùn)后，來自硫磺回收裝置的尾氣以及來自液硫脫氣工藝的排出氣體進(jìn)入尾氣處理裝置，處理后的尾氣經(jīng)原灼燒爐H-1412加熱后通過煙囪排放至大氣。

4.1 尾氣灼燒爐原理

尾氣灼燒爐H-1412 空氣供給設(shè)計(jì)分為兩個(gè)階段：一是供給燃料氣進(jìn)行次化學(xué)當(dāng)量燃燒的一次空氣，減少NOx化合物的產(chǎn)生；二是供尾氣中H2S 的氧化燃燒以及未完全燃燒的燃料氣中組分燃燒的二次空氣。當(dāng)康索夫尾氣處理裝置投運(yùn)后，進(jìn)入灼燒爐的尾氣中未檢測出有H2S組分，灼燒爐基本不需要二次空氣對尾氣中H2S進(jìn)行高溫氧化，只需要提高灼燒爐尾氣的溫度。

4.2 尾氣灼燒爐調(diào)整措施

原設(shè)計(jì)灼燒爐爐膛溫度為650～760 ℃，尾氣處理裝置投運(yùn)后，灼燒爐爐膛溫度設(shè)計(jì)為350 ℃，降低燃料氣后火焰燃燒效果較差，火焰檢測器出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，多次出現(xiàn)熄火停爐。為保證尾氣處理單元運(yùn)行穩(wěn)定，將灼燒爐爐膛溫度控制在400 ℃左右[9]。前尾氣處理裝置設(shè)計(jì)尾氣中SO2含量為400 mg/m3時(shí)對應(yīng)的硫酸露點(diǎn)為140 ℃左右；忠縣分廠煙囪高度為100 m，按照尾氣在煙囪的溫降為1 ℃/m計(jì)算，經(jīng)過灼燒爐加熱后的尾氣溫度必須大于240 ℃，以防止尾氣中的SO2在煙囪內(nèi)冷凝形成亞硫酸腐蝕設(shè)備。在保證裝置正常運(yùn)行的情況下，控制尾氣灼燒爐溫度在300～350 ℃，并根據(jù)對尾氣處理裝置投產(chǎn)前后尾氣中的H2S含量對比計(jì)算，降低二次配風(fēng)量，現(xiàn)場根據(jù)火焰顏色緩慢調(diào)整。為了保證尾氣灼燒爐燃燒穩(wěn)定，同時(shí)增加了一次配風(fēng)量[10]。尾氣灼燒爐調(diào)整前后參數(shù)對比見表4。

表4 尾氣灼燒爐調(diào)整前后參數(shù)對比

通過調(diào)整尾氣灼燒爐的一、二次配風(fēng)量和空燃比，降低了燃料氣量，降低至300 ℃時(shí)燃燒爐燃燒火焰和爐膛穩(wěn)定，火焰檢測器未在出現(xiàn)頻繁報(bào)警情況，節(jié)約燃料氣35.3m3/h，預(yù)計(jì)年節(jié)約28.2×104m3/a。

5 結(jié)束語

忠縣天然氣凈化廠通過大泵改為小泵、鍋爐燃燒機(jī)改造、灼燒爐及火炬燃料氣調(diào)整等方式，保證了忠縣天然氣凈化裝置在低負(fù)荷情況下，安全平穩(wěn)運(yùn)行，并充分挖掘了忠縣天然氣凈化廠節(jié)能潛力，效果明顯，對低負(fù)荷運(yùn)行下同類型天然氣凈化廠節(jié)能降耗、優(yōu)化運(yùn)行等方面起到了一定的借鑒作用。