煤化工空分裝置的節(jié)能降耗措施及運行總結(jié)

陳海笑,董傳利

(河南能源化工集團新鄉(xiāng)中新化工有限公司，河南新鄉(xiāng) 453800)

河南能源化工集團新鄉(xiāng)中新化工有限公司采用開封空分集團有限公司設(shè)計制造的KDON-40000/30000型空分裝置。設(shè)計氧氣產(chǎn)量為40 000 m3/h，氮氣產(chǎn)量為30 000 m3/h，氬氣產(chǎn)量為1 200 m3/h。

1 空分裝置概況

空分裝置流程分為全低壓分子篩吸附凈化、增壓透平膨脹機制冷、全精餾無氫制氬、空氣增壓液氧內(nèi)壓縮。整套設(shè)備包括空氣過濾、空氣壓縮、空氣預(yù)冷、分子篩純化、全精餾無氫制氬、液體貯存及汽化、儀控、電控等系統(tǒng)。

配套機組采用杭汽的汽輪機和陜鼓的離心壓縮機。機組的布置形式為EBZ45-6型離心壓縮機、齒輪箱、汽輪機、EIZ125等溫壓縮機。

空分裝置產(chǎn)品規(guī)格及性能參數(shù)見表1。

表1 空分裝置產(chǎn)品規(guī)格及性能參數(shù)

2 存在的問題及改造措施

2.1 空分配套增壓機組不能滿負荷運行

增壓機采用變速箱與汽輪機聯(lián)動，自2011 年裝置投產(chǎn)以來多次出現(xiàn)主推軸承溫度高、軸位移大、軸承振動大等問題，造成空分裝置無法高負荷運行。

改造措施：更換主推瓦塊，同時在增壓機平衡管聯(lián)通高壓側(cè)管線上增加兩臺截止閥，在低壓側(cè)增加盲板，將通過軸封泄漏的末級高壓空氣全部放空，降低增壓機的軸向推力，減輕主推軸承的負荷。但是未及時回收平衡管放空前期氣體，造成壓縮末級氣體外漏量增大，增壓機壓力達不到設(shè)計要求，無法滿足高負荷運行。于是重新返廠更換增壓機原有平衡盤，增大平衡盤的直徑，在新的平衡盤安裝自然冷卻后上車床車出密封槽鑲嵌密封齒。將原迷宮梳齒密封改為金屬軟密封，增強密封效果，有效減少增壓機末級空氣泄漏量，保證增壓機末級壓力。開車后嘗試關(guān)閉平衡管放空并打開平衡管連通閥，回收放空氣量，以滿足增壓機組高負荷運行[1]。增壓機平衡管放空改造現(xiàn)場流程見圖1。

圖1 增壓機平衡管放空改造現(xiàn)場流程圖

2.2 8.0 MPa氮氣減壓回收利用率低

空分裝置外送高壓氮氣的體積流量為1 350 m3/h，高壓氮氣壓力為8.0 MPa,專供兩臺航天爐運行。在正常運行時，氣化爐清潔氮氣用量在300 m3左右，約1 000 m3/h清潔氮氣通過放空閥直接排放，嚴重浪費資源。為回收放空的高壓氮氣，將8.0 MPa氮氣管網(wǎng)并入0.7 MPa氮氣管網(wǎng)。

改造措施：利用停車檢修機會,在8.0 MPa氮氣管網(wǎng)和0.7 MPa氮氣管網(wǎng)預(yù)留閥門，利用管道將兩段管線連接。在管線上安裝三級減壓調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥前上安裝節(jié)流孔板及止回閥，將高壓氮氣減壓后并入氮壓機0.7 MPa氮氣管網(wǎng)。調(diào)節(jié)閥的開度通過8.0 MPa氮氣管網(wǎng)的壓力設(shè)為自動控制，穩(wěn)定高壓氮氣管網(wǎng)壓力，合理利用空分放空氮氣，有效降低低壓板式換熱器溫差，日均增產(chǎn)液氮2 t[2]。8.0 MPa氮氣減壓回收利用工藝流程見圖2，高壓氮氣技改所用材料見表2。

圖2 8.0 MPa氮氣減壓回收利用工藝流程圖

表2 高壓氮氣改造所用材料

2.3 冷凍水制冷量不足

正常生產(chǎn)時，空分預(yù)冷系統(tǒng)所需冷量由氨冷器提供，氨冷器將水冷塔出口冷凍水溫度從22 ℃降至8～9 ℃后送至空冷塔。液氨來自氨壓縮崗位，為低溫甲醇洗崗位提供冷量來滿足生產(chǎn)需要。夏季，環(huán)境溫度高，低溫甲醇洗及空分崗位所需液氨用量均增加，空分氨冷器使用液氨，導(dǎo)致低溫甲醇洗冷量不足，甲醇裝置不能滿負荷生產(chǎn)。本套空分裝置冷凍水設(shè)計質(zhì)量流量為115 t/h，溫度要求為7～9 ℃。在夏季高溫情況下，液氨供應(yīng)能力減弱，氨冷器換熱效果差。冷凍水溫度升高，造成空冷塔溫度上漲至13 ℃左右，空氣飽和含水量增加，分子篩吸附能力降低，出口CO2含量升高，影響空分裝置安全運行。

改造措施：使用蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機組替換氨冷器，從而解決后系統(tǒng)液氨不穩(wěn)定問題，使空冷塔出口溫度降低至10 ℃左右，保證分子篩吸附效果[3]。冷凍水技改管線見圖3。

圖3 冷凍水技改管線

2.4 循環(huán)水溫度高導(dǎo)致機組油溫高

壓縮機組使用46#汽輪機油為潤滑供油，在高溫階段循環(huán)水上水溫度達到37 ℃，無法降低潤滑油供油溫度，油溫升高至48 ℃，遠高于汽輪油設(shè)計值(42 ℃±3 ℃)。過高的供油溫度無法及時將軸承產(chǎn)生的熱量帶走，導(dǎo)致支撐軸瓦、推力軸瓦溫度持續(xù)升高至報警值。油溫過高還會造成潤滑油漆膜指數(shù)升高、抗氧化性降低、瓦塊積碳加劇，嚴重影響裝置安全運行。

改造措施：空分溴化鋰機組出口1.2 MPa冷凍水溫度控制在8 ℃左右，并且制冷量富裕。為更好利用該股冷量，計劃在溴化鋰冷凍水出口管線引一根DN40管線，并入機組油冷器循環(huán)水上水管線，以降低油溫。經(jīng)過前期的計算和臨時管線試驗，投用后可降低潤滑油溫度4～5 ℃[4]。改造后油冷器冷凍水管線見圖4。

圖4 改造后油冷器冷凍水管線

2.5 空分裝置低壓板式換熱器吹掃改造

空分裝置經(jīng)過長時間運行后，固體CO2顆粒、分子篩粉塵、機械雜質(zhì)會在低壓板式換熱器內(nèi)聚集，引起板式換熱器阻力增加和進塔氣量降低。由于無法對堵塞情況進行在線處理，長期以往，裝置負荷降低、冷損增大。在開車階段需要大量空氣吹掃板式換熱器，延長空分裝置開車時間，增加裝置能耗。

改造措施：為加快空分裝置開車進度，縮短低壓板式吹掃時間，保證吹掃效果，在低壓空氣進冷箱管道封頭處增加DN250閥門。在停車檢修階段，利用儀表氣向下塔充壓至0.4 MPa，打開該閥門，對低壓板式換熱器進行反吹掃，可縮短開車吹掃時間?？辗盅b置低壓板式吹掃閥門見圖5。

圖5 改造后空分裝置低壓板式吹掃閥門

3 改造效果

3.1 增壓機平衡管改造效果

改造增壓機平衡盤和金屬軟密封后，機組從原來最長運行半年時間延長到1 a，整個空分裝置也首次滿負荷運行，有效降低了空分裝置的綜合能耗?？辗盅b置每次開停車和檢修費用在200萬元左右，改造后可節(jié)約500萬元左右。

3.2 高壓氮氣減低壓改造效果

自高壓氮氣減低壓改造項目投用以來，氮氣回收量為1 000 m3/h左右，綜合換算日增產(chǎn)液氮為32 t左右。按照目前液氮價格為400元/t計算，裝置全年(300 d)綜合收益在384萬元左右。

3.3 低壓板式換熱器增加反吹閥改造效果

低壓板式換熱器增加反吹閥后，縮短空分裝置開車時間(10 h左右)?？辗盅b置每小時耗蒸汽110 t，按200元/t價格計算，每小時消耗蒸汽費用為22 000元；空分裝置每小時耗電800 kW，按1元/(kW·h)價格計算，每小時耗電費用為800元；每小時耗循環(huán)水量為11 000 t，按0.2元/t價格計算，每小時消耗循環(huán)水費用為2 200元。空分裝置開車每小時費用為25 000元，10 h共計節(jié)約25萬元。

3.4 冷凍水新增溴化鋰機組改造效果

冷凍水新增溴化鋰機組項目的投用保證了空分裝置穩(wěn)定運行，降低了空冷塔出口溫度，同時增強分子篩的吸附能力。該項目有效緩解了低溫甲醇洗高溫時液氨量不足的問題，大大提高了甲醇裝置的生產(chǎn)能力，保證30萬t煤制甲醇裝置日產(chǎn)粗醇量為1 250 t以上。

4 結(jié)語

各項改造措施有效提升了整體裝置的生產(chǎn)能力，在節(jié)能降耗方面貢獻尤為突出，為企業(yè)帶來的經(jīng)濟效益尤為可觀，這也是現(xiàn)代化工企業(yè)實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。