通過設(shè)備升級改造實(shí)現(xiàn)降本節(jié)支增效

劉心怡，張景瑞，高新華

（1.山東財(cái)經(jīng)大學(xué)，山東 濟(jì)南 250014； 2.萬華化學(xué)（煙臺）氯堿熱電有限公司，山東 煙臺 264006）

萬華化學(xué)（煙臺）氯堿熱電有限公司（以下簡稱萬華氯堿熱電）成立于2013 年，是萬華化學(xué)集團(tuán)控股子公司， 主要承擔(dān)萬華煙臺生產(chǎn)基地?zé)崃ιa(chǎn)與供應(yīng)，以及燒堿、氯氣、氫氣等基礎(chǔ)化工原料生產(chǎn)與供應(yīng)。公司生產(chǎn)裝置分為氯堿裝置和熱電裝置，其中燒堿產(chǎn)能60 萬t/a，液氯54 萬t/a。 目前既是國家“兩高一低”企業(yè)，也是區(qū)域內(nèi)存有一級重大危險(xiǎn)源的?；飞a(chǎn)企業(yè)， 公司立足于萬華煙臺工業(yè)園和自身發(fā)展實(shí)踐， 一直致力于持續(xù)提升生產(chǎn)裝置運(yùn)行質(zhì)量及現(xiàn)代化水平，持續(xù)提升本質(zhì)安全管理水平，保障園區(qū)和公司的安全及高質(zhì)量發(fā)展。

氯堿裝置產(chǎn)能以折百燒堿計(jì)， 目前一二三期共計(jì)60 萬t/a 產(chǎn)能的零極距電槽28 臺， 包括11 臺藍(lán)星北化機(jī) （以下簡稱北化機(jī)） 自然循環(huán)式膜極距（NBZ） 電解槽、17 臺旭化成自然循環(huán)零極距電槽（其中1 臺由旭化成高電密NCH 電槽經(jīng)藍(lán)星北化機(jī)陰極附著鎳材絲網(wǎng)改造為零極距電槽，16 臺旭化成原裝西格瑪電槽）。 一二三期裝置分別于2014 年、2017 年、2020 年投產(chǎn)，總體運(yùn)行狀況安全穩(wěn)定。2021年對氯堿裝置電槽及其附屬設(shè)備進(jìn)行了升級、 整體換膜、國產(chǎn)替代等多種方式的升級改造，從而降低了電槽電壓，提高了電流效率，降低了直流電耗，降本增效效果明顯。

1 增加單元槽改造

一期和三期電解增加單元槽改造， 通過增加單元槽，均衡電槽產(chǎn)量，降低電流密度，從而降低電耗，其中16 臺電槽分別增加了36 個單元槽， 在保證燒堿產(chǎn)品產(chǎn)量均衡而不增加的情況下， 電槽運(yùn)行負(fù)荷由14.85 kA 降至14.46 kA，電流密度從5.5 kA/m2調(diào)整至5.39kA/m2，直流電耗下降了約14kW·h/t 折百堿；在同一產(chǎn)能下，按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費(fèi)計(jì)算，直流電耗下降可節(jié)省生產(chǎn)成本9.13 元/t 折百堿，16 臺電槽共計(jì)35 萬t/a 產(chǎn)能，年可降低生產(chǎn)成本319 萬元。

2 電解槽及離子膜更換

用旭化成最新型NCZ-∑電解槽替換二期裝置現(xiàn)有在線運(yùn)行滿12～15 年的6 臺旭化成NCZ 電解槽，并進(jìn)行整體換膜，從而降低電耗。

二期裝置共有12 臺電槽，其中4 臺（1#～4#）為旭化成最新型NCZ-∑電解槽，于2017 年首次上線運(yùn)行；另8 臺電槽（5#～12#）為整體搬遷電解槽，包括1 臺（10#）北化機(jī)膜極距（NBZ）電槽和7 臺（5#～9#、11#、12#）旭化成NCZ 電解槽。 7 臺旭化成NCZ電解槽中的6 臺（5#～8#、11#、12#）槽齡滿12～15年，利用整體換膜時機(jī)進(jìn)行了設(shè)備升級改造， 單元槽由原來的旭化成零極距（NCZ）電槽升級為（NCZ-∑）零極距西格瑪電槽（以下簡稱西格瑪電槽）。

電槽改造升級完成后，進(jìn)行電槽整體換膜，大幅降低直流電耗。 其中，二期5#、6#、7#、8#、11#、12#6 臺電槽分別于2021 年5 月-10 月整體更換為目前先進(jìn)的西格瑪電解槽和F7001 離子膜； 二期9#電槽于2010 年10 月上線運(yùn)行旭化成高電密（NCH）電槽， 槽齡11 年有余， 電槽陽極涂層良好， 后于2017 年二期工程整體搬遷時， 由北化機(jī)附著陰極網(wǎng)，電槽實(shí)現(xiàn)零極距（NCZ）模式，運(yùn)行滿4 年后，2021 年10 月整體更換離子膜為旭化成F7001 型號；10# 電槽為北化機(jī)膜極距（NBZ）電槽，2021 年整體更換為國產(chǎn)東岳DF2807 離子膜，9#、10# 換膜后，對國產(chǎn)膜和進(jìn)口膜進(jìn)行了性能對比測試， 直流電耗比較數(shù)據(jù)見表1。

（1）通過同一運(yùn)行電流數(shù)據(jù)比較可以看出，9#、10# 更換新膜后，直流電耗下降了約145 kW·h/t；按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費(fèi)計(jì)算，降低生產(chǎn)成本94.6 元/t 折百堿，9#、10# 這2 臺電槽產(chǎn)能4.1 萬t/a，年可降低生產(chǎn)成本387 萬元。

（2）雖然國產(chǎn)離子膜的直流電耗高于旭化成離子膜，但是國產(chǎn)離子膜具有采購成本的絕對優(yōu)勢，目前按照折百燒堿60 萬t/a 的氯堿裝置， 利用國產(chǎn)離子膜的成本優(yōu)勢替代進(jìn)口膜， 作為離子膜在線周期4 年期間的零星換膜約300 張/a，可節(jié)約換膜成本支出145 萬元，年可降低成本36 萬元。

（3）5#～8#、11#、12# 電槽升級改造并整體換膜后，直流電耗比較見表2。

整體更換離子膜的電流效率由94%提升至97%， 電槽升級改造直流電耗下降了約258 kW·h/t折百燒堿。 按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費(fèi)計(jì)算， 降低生產(chǎn)成本168 元/t， 該6 臺電槽產(chǎn)能12.5 萬t/a，年度降低生產(chǎn)成本2 100 萬元。

（4）升級改造后的旭化成西格瑪電解槽相比于旭化成零極距電解槽，極化電流運(yùn)行期間的電耗為0。電槽升級為西格瑪電槽后， 陰陽極涂層升級后極板具備抗原電池效應(yīng)的性能，極化電流無需投用，消除了電槽陽極側(cè)氯內(nèi)含氫高的風(fēng)險(xiǎn)，提升了電槽運(yùn)行的安全性能；電槽停車后無需進(jìn)行15 min 的120 A 電流極化。 年度單槽停車4 次，目前15 臺西格瑪電槽每年可節(jié)約電能1185kW·h/臺， 年度可以節(jié)約因極化電流運(yùn)行期間的0 產(chǎn)量狀態(tài)下的電能消耗1.78 萬kW·h，年可節(jié)省電費(fèi)1 萬元。除節(jié)省電費(fèi)外，還減少了設(shè)備維護(hù)和維修保養(yǎng)費(fèi)用及人力成本等。

表1 國產(chǎn)膜和進(jìn)口膜性能數(shù)據(jù)對比

表2 電槽改造前后性能對比

（5）新型進(jìn)口離子膜應(yīng)用。二期1#電槽于2021 年11 月利用限電時機(jī)進(jìn)行了整體換膜，離子膜更換為目前旭化成在F7001 基礎(chǔ)上開發(fā)的新型離子膜F7001E，兩種離子膜的槽電壓比較見表3。

二期1#電槽于2017 年11 月首次上線運(yùn)行，在線離子膜為旭化成F7001，2021 年11 月整體換膜，在線離子膜為F7001E，直流電耗下降了11 kW·h/t，按照交直流變效95%、0.62 元/kW·h 電費(fèi)計(jì)算，降低生產(chǎn)成本7.17 元/t，該電槽產(chǎn)能2.1 萬t/a，年度降低生產(chǎn)成本15 萬元；4 臺電槽完成整體換膜后年可節(jié)約成本支出約60 萬元。項(xiàng)目改造效果及經(jīng)濟(jì)效益見表4。

表3 兩種離子膜的槽電壓對比

3 約克離心式冷水機(jī)組替代溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組

在2021 年9 月之前，氯堿裝置共配備了3 臺蒸汽溴化鋰吸收式冷水機(jī)組，其中A、B 兩臺于2014 年10 月投用，C 臺于2016 年12 月投用。 自機(jī)組投用以來， 先后發(fā)生多次系統(tǒng)真空度無法維持、 溶液泄漏、換熱器泄漏等問題；同時因3 臺機(jī)組制冷量不一致，無法實(shí)現(xiàn)相互間的完全互備，進(jìn)一步影響了生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行， 甚至出現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)被迫降電槽電流或者導(dǎo)致部分停車， 致使下游用氯氣單位降負(fù)荷生產(chǎn)。 氯堿裝置利用2021 年度大修時機(jī)，用2 臺約克離心式冷水機(jī)組替代原有3 臺溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組。

表4 項(xiàng)目改造投入效果及效益

（1）安全性效果評價(jià)

2 臺約克離心式機(jī)組上線，開1 備1，設(shè)備每年只需保養(yǎng)一次（原有溴化鋰機(jī)組每年每臺保養(yǎng)4次），并且3 臺溴化鋰機(jī)組運(yùn)行時， 操作人員需要頻繁關(guān)注3 個機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，而更換成約克離心式機(jī)組后，僅需對一臺機(jī)組重點(diǎn)巡檢， 有利于發(fā)現(xiàn)異常并及時在線倒機(jī)，提高了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）生產(chǎn)成本比較（見表5）

由上述表格可以看出， 溴化鋰機(jī)組更換成約克冷水機(jī)組后，制冷費(fèi)用明顯降低，核算單位制冷量成本：按照電價(jià)0.62 元/kW·h、蒸汽價(jià)150 元/t（過熱蒸汽S10），下降約0.081 元/kW·h，以6 700 kW·h 制冷量，每年運(yùn)行8 000 h 計(jì)算，更換成約克冷水機(jī)組后，每年節(jié)約成本550 萬元。

表5 冷水機(jī)組改造效益表

（3）投資維修成本（見表6）

表6 冷水機(jī)組投資維修成本

設(shè)備投用后成本及維護(hù)費(fèi)用見表7。

表7 冷水機(jī)組投用后成本及維護(hù)費(fèi)用 單位：萬元

從表5、表6、表7 可以看出，約克機(jī)組設(shè)備投資略高， 但從使用后維修成本來看， 約克機(jī)組更具優(yōu)勢，年節(jié)約維修費(fèi)用47 萬元，按設(shè)備使用年限12 年計(jì)算，可節(jié)約維修費(fèi)用565 萬元。 相關(guān)成本見表8。注：設(shè)備以每三年進(jìn)行一次大修，設(shè)備壽命20 年計(jì)，從長期運(yùn)行數(shù)據(jù)看，約克機(jī)組更具有成本優(yōu)勢。

表8 冷水機(jī)組運(yùn)行維修成本 單位：萬元

4 鹽泥二次洗滌壓濾干燥

氯堿行業(yè)鹽泥處理是環(huán)保老大難問題， 公司經(jīng)過研究考察后于2020 年進(jìn)行了鹽泥的項(xiàng)目技改工作，新增兩套鹽泥處理設(shè)備實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了鹽泥二次洗滌壓濾及鹽泥干燥再利用項(xiàng)目， 并且干燥后的鹽泥送到公司熱電工廠與煤一起摻燒， 徹底實(shí)現(xiàn)了鹽泥零排放，此項(xiàng)鹽泥回收技改項(xiàng)目的實(shí)施，不僅解決了鹽泥的環(huán)保問題，而且回收了鹽，實(shí)現(xiàn)了社會和經(jīng)濟(jì)效益雙豐收。 經(jīng)過不斷總結(jié)和完善，鹽泥壓濾設(shè)備現(xiàn)已充分發(fā)揮作用，2021 年二級壓濾后鹽泥內(nèi)氯化鈉含量從13%降至3%，回收原鹽約190 t，依照原鹽價(jià)格400 元/t 計(jì)， 此項(xiàng)減少原鹽采購成本支出約7.6 萬元。鹽泥再處置利用1 800 t，減少鹽泥的環(huán)保處置費(fèi)用支出約70 萬元。

5 結(jié)語

通過一系列的增加電解槽改造、 電解槽升級換代、離子膜國產(chǎn)替代、進(jìn)口新型離子膜、電解槽整體換膜、新型冷水機(jī)組投用以及鹽泥處置技改等措施，節(jié)支增效3 200 萬元/a，整個改造過程利用年度大修時機(jī)而沒有影響下游用戶， 并且通過改造減少了計(jì)劃和非計(jì)劃停車次數(shù)，保持了生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)， 也充分證明設(shè)備升級改造是提高裝置健康運(yùn)轉(zhuǎn)率、 優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程、 提高裝置生產(chǎn)效率、促進(jìn)節(jié)能降耗減排、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。

氯堿行業(yè)是一個存有重大危險(xiǎn)源且高耗能的行業(yè)，探討安全環(huán)保、離子膜電解槽選型、運(yùn)控優(yōu)化對氯堿企業(yè)有著重要的意義。 在保證安全環(huán)保的前提下，只有從最細(xì)微入手，盡可能降低電耗，選擇優(yōu)質(zhì)電解槽和輔助設(shè)備，精準(zhǔn)調(diào)控各項(xiàng)工藝指標(biāo)，不斷強(qiáng)化技術(shù)改造升級，集中精力致力于降本節(jié)支增效，獲得更加豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，才能在行業(yè)中處于領(lǐng)先，保證企業(yè)與行業(yè)高質(zhì)量穩(wěn)步發(fā)展。