合成氨裝置節(jié)能減排分析和采取措施的實(shí)施及效果

白文斌

（海洋石油富島有限公司，海南東方 572600）

1 概述

某大型化工企業(yè)300kt/a合成氨、520kt/a尿素，于1994年開工建設(shè)，1996年建成投產(chǎn)，生產(chǎn)穩(wěn)定，氨產(chǎn)量達(dá)到了設(shè)計(jì)水平。合成氨裝置主要生產(chǎn)單元包括空分、氣化、凈化（包括脫硫、一氧化碳變換、脫碳、液氮洗等工段）及氨合成單元?？辗謫卧捎昧值氯蛪阂貉醣昧鞒?，氣化單元采用謝爾6.0MPa非催化部分氧化廢鍋流程，變換單元采用飽和熱水塔流程，脫硫、脫碳單元采用林德低溫甲醇洗流程，氨合成單元采用凱洛格臥式合成塔、組合式氨冷器流程。

合成氨裝置使用的蒸汽，由公用工程的三臺(tái)高壓鍋爐提供。三臺(tái)高壓鍋爐分別為A/B/C爐，其中A/B爐為145t/h，C爐為220t/h，利用燃煤、燃油將鍋爐給水加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱，生產(chǎn)10.4MPa、495℃過(guò)熱蒸汽，滿足全廠的蒸汽透平及熱網(wǎng)需要。蒸汽管網(wǎng)由10.0MPa、7.0MPa、4.0MPa、0.98MPa、0.44MPa等五個(gè)等級(jí)組成。

2005年，因原油價(jià)格不斷上漲，原料渣油供應(yīng)持續(xù)減少，結(jié)合國(guó)家制定的西氣東輸?shù)闹卮蟛呗缘膶?shí)施，為了充分利用西部的天然氣資源，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)合成氨裝置實(shí)施了“油改氣”原料路線改造，主要包括天然氣壓縮單元改造、氣化單元改造、變換工段改造、低溫甲醇洗改造及蒸汽過(guò)熱爐改造等工藝裝置。

近年來(lái)，天然氣用戶增加，使用量遞增，導(dǎo)致原料天然氣價(jià)格大漲，造成合成氨生產(chǎn)成本增加，必須從技術(shù)改造、節(jié)能改造等方面采取一系列措施，挖潛增效降低綜合能耗，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2 存在問(wèn)題

1）凈化單元甲醇洗硫化氫洗滌塔DA203甲醇中水含量超標(biāo)，嚴(yán)重影響合成氨裝置負(fù)荷。凈化單元甲醇洗硫化氫洗滌塔的甲醇送低溫甲醇洗滌塔，吸收合成氣中二氧化碳，凈化合成氣，同時(shí)生產(chǎn)尿素裝置所需的二氧化碳?xì)怏w。凈化單元甲醇洗硫化氫洗滌塔中水含量超標(biāo)，不能有效凈化合成氣，被迫減少洗滌的合成氣，維持合成氣的純度，導(dǎo)致合成氨裝置減負(fù)荷運(yùn)行，影響合成氨的產(chǎn)量。

2）空干站新增空氣壓縮機(jī)C010A/B循環(huán)水量不足，換熱器換熱能力下降，影響打氣量的問(wèn)題。2005年“油改氣”改造項(xiàng)目中，空干站新增空氣壓縮機(jī)循環(huán)水在循環(huán)水總管的末端，循環(huán)水量不足，使換熱器換熱能力下降，影響壓縮機(jī)打氣量，不能滿足儀表空氣使用。

3）空干站新增干燥器D010A/B干燥劑使用壽命短的問(wèn)題。2005年“油改氣”改造項(xiàng)目中，空干站新增干燥器的干燥劑設(shè)計(jì)使用兩年，但是實(shí)際使用最多一年，增加了干燥劑更換費(fèi)用，增加了合成氨生產(chǎn)成本。

4）新增空氣壓縮機(jī)C010A/B運(yùn)行，浪費(fèi)電能的問(wèn)題。2005年“油改氣”方案中，聯(lián)產(chǎn)甲醇年產(chǎn)20萬(wàn)t甲醇裝置需要的儀表空氣和工廠空氣由現(xiàn)有裝置供應(yīng)，但是現(xiàn)有裝置滿足不了供應(yīng)要求，需增加空氣壓縮機(jī)保證供應(yīng)。計(jì)劃增加3臺(tái)空氣壓縮機(jī)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)評(píng)估后，增加兩臺(tái)就能滿足供應(yīng)，兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)全部運(yùn)行。“油改氣”后，實(shí)際運(yùn)行期間，發(fā)現(xiàn)一臺(tái)空氣壓縮機(jī)運(yùn)行不能滿足，兩臺(tái)運(yùn)行有工廠空氣富余，為了保證裝置運(yùn)行安全，富余空氣全部就地放空，造成電力能源消耗，并產(chǎn)生大量的噪聲，現(xiàn)場(chǎng)噪聲的安全不能達(dá)標(biāo)。

5）氣化爐氧氣放空總閥PC129放空量少，一臺(tái)氣化爐故障跳車時(shí)，導(dǎo)致另一臺(tái)氧氣壓力聯(lián)鎖高高跳車，合成氨裝置停車的裝置瓶頸。氣化爐一臺(tái)故障跳車時(shí)，氣化爐氧氣放空總閥放空量少，導(dǎo)致另一臺(tái)氧氣聯(lián)鎖高高跳車，合成氨裝置停車，增加了合成氨裝置開停車費(fèi)用，增加了合成氨生產(chǎn)成本。

6）氣化爐廢熱鍋爐液位調(diào)節(jié)閥LV101A/B內(nèi)漏，直接排放大，浪費(fèi)高壓鍋爐水的問(wèn)題。氣化爐廢熱鍋爐液位調(diào)節(jié)閥前后壓差大，開停車及運(yùn)行工況波動(dòng)時(shí)，頻繁開關(guān)調(diào)節(jié)閥，導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥閥芯沖刷損害，密封不嚴(yán)發(fā)生內(nèi)漏。經(jīng)過(guò)檢維修和更換閥芯后，開停車幾次，閥芯沖刷泄漏，內(nèi)漏的高壓鍋爐水在現(xiàn)場(chǎng)就地放空，嚴(yán)重造成水資源的浪費(fèi)。況且在冬季裝置開停車后，現(xiàn)場(chǎng)排放水汽至地面，瞬間使地面結(jié)冰，影響現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的行走安全。

7）蒸汽過(guò)熱爐BA701燒嘴消耗天然氣量大，增加蒸汽生產(chǎn)成本的問(wèn)題。蒸汽過(guò)熱爐是把氣化爐廢熱鍋爐副產(chǎn)飽和蒸汽10.0MPa進(jìn)行過(guò)熱后，送至蒸汽管網(wǎng)為用戶使用。過(guò)熱爐舊燒嘴為原始設(shè)計(jì)，消耗天然氣量大，增加蒸汽生產(chǎn)成本。

8）氣化爐燒嘴冷卻水機(jī)泵P02209A/B，振值高的問(wèn)題。2005年“油改氣”時(shí)，燒嘴冷卻水泵為單級(jí)離心泵改為11級(jí)多級(jí)離心泵。運(yùn)行期間，燒嘴冷卻水泵振值高，軸承磨損大，頻繁倒泵更換軸承，增加了檢維修費(fèi)用，同時(shí)在倒泵過(guò)程中增加氣化爐跳車的風(fēng)險(xiǎn)。

9）凈化單元機(jī)泵冷卻水濾網(wǎng)堵塞嚴(yán)重，頻繁倒泵清濾網(wǎng)，系統(tǒng)工況波動(dòng)的問(wèn)題。合成氨裝置循環(huán)水系統(tǒng)在投用黃河水后，因黃河水雜質(zhì)較多，含沙量高，循環(huán)水進(jìn)入凈化單元機(jī)泵冷卻水系統(tǒng)，冷卻水濾網(wǎng)堵塞嚴(yán)重，軸承溫度升高，不得不倒泵，清理冷卻水濾網(wǎng)，倒泵過(guò)程中造成系統(tǒng)工況波動(dòng)，并增加倒泵停車風(fēng)險(xiǎn)和電耗。

10）甲醇裝置送二氧化碳管線帶液，頻繁損壞二氧化碳鼓風(fēng)機(jī)GB401的問(wèn)題。2005年“油改氣”后，甲醇裝置送二氧化碳飽和液體在輸送過(guò)程中，在管線中冷凝，沒(méi)有排出，與二氧化碳?xì)怏w混合氣液夾帶送至二氧化碳鼓風(fēng)機(jī)中，導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)腐蝕和頻繁損壞，增加了檢維修費(fèi)用，嚴(yán)重影響尿素產(chǎn)品的生產(chǎn)。

11）凈化單元變換工段高壓蒸汽流量閥FV305故障，導(dǎo)致合成氨裝置停車的問(wèn)題。2013年凈化單元變換工段高壓蒸汽流量閥閥芯脫落，高壓蒸汽不能送至變換工段，導(dǎo)致變換工段水循環(huán)中斷，合成氨裝置停車，增加了合成氨裝置開停車費(fèi)用，增加了合成氨生產(chǎn)成本。

3 原因分析和研究，采取措施的實(shí)施及效果評(píng)價(jià)

1）改造凈化單元甲醇洗硫化氫洗滌塔DA203底部換熱器中分離的甲醇水，降低了甲醇中的水含量，合成氨裝置滿負(fù)荷運(yùn)行。通過(guò)對(duì)甲醇洗硫化氫洗滌塔中水含量超標(biāo)的原因分析和研究，發(fā)現(xiàn)洗滌塔底部換熱器中分離的甲醇水不能徹底精餾，又返回洗滌塔，導(dǎo)致洗滌塔甲醇中水含量超標(biāo)。甲醇洗硫化氫洗滌塔底部換熱器中分離的甲醇水送至甲醇儲(chǔ)罐，改成直接送至甲醇精餾塔，進(jìn)行甲醇脫水。改造后，甲醇中水量大幅下降，由原來(lái)的2.00×10-6（設(shè)計(jì)為1.0以下）降至設(shè)計(jì)值以下，徹底解決了影響合成氨裝置負(fù)荷的瓶頸問(wèn)題，增加了合成氨產(chǎn)量，提高了企業(yè)效益。

2）改造空干站新增空氣站壓縮機(jī)C010A/B循環(huán)水管線，提高換熱器換熱效果，使打氣量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)空干站壓縮機(jī)循環(huán)水管線的回水溫度檢查，發(fā)現(xiàn)回水溫度45℃（設(shè)計(jì)30℃），確定為循環(huán)水量不足所致。在空干站壓縮機(jī)循環(huán)水管線的上水和回水處新增6吋上水和回水管線。改造后，停用原有的4吋循環(huán)水上水和回水管線，投用新增的6吋循環(huán)水上水和回水管線，循環(huán)水回水溫度由45℃降至28℃，提高了壓縮機(jī)換熱器的換熱效果，打氣量達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3）改造空干站新增干燥器D010A/B再生排氣管線，提高了使用壽命，達(dá)到了設(shè)計(jì)壽命。通過(guò)對(duì)卸出的空干站新增干燥器的干燥劑分析，干燥劑粉化嚴(yán)重，確定為泄壓速率快，導(dǎo)致干燥劑粉化，影響使用壽命。在空干站新增干燥器再生排氣管線增加截止閥，延長(zhǎng)干燥器泄壓時(shí)間，泄壓時(shí)間由原來(lái)10s，延長(zhǎng)到60s，并在分離器底部增加手動(dòng)排污，由原來(lái)的間歇排污改為連續(xù)排污，減少分離水、粉塵進(jìn)入干燥器。改造后，干燥劑的使用壽命達(dá)到了設(shè)計(jì)兩年的要求，極大降低了更換干燥劑的費(fèi)用，提高了企業(yè)效益。

4）回收富余放空工廠空氣，解決了合成氨裝置夏季滿負(fù)荷生產(chǎn)瓶頸。將新增空氣壓縮機(jī)出口管線與空氣壓縮機(jī)出口管線相連，回收新增空氣壓縮機(jī)的余量空氣2 000m3(標(biāo))/h，增加空分單元空氣量。技改后，既回收了新空氣壓縮機(jī)的余量放空工廠空氣，又解決了夏季空氣壓縮機(jī)壓縮氣量不足而制約合成氨裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)的裝置問(wèn)題，同時(shí)又解決了在空干站新增空氣壓縮機(jī)故障時(shí)，儀表空氣或工廠空氣由空氣壓縮機(jī)供給的應(yīng)急措施。

5）調(diào)整氣化爐氧氣放空總閥PC129放空量，解決了合成氨裝置停車的裝置瓶頸。通過(guò)對(duì)氣化爐跳車的氧氣放空量的DCS曲線分析和研究，確定為氧氣放空總閥PC129跳車聯(lián)鎖動(dòng)作閥門開度大，導(dǎo)致氣化爐兩臺(tái)爐跳車。檢修后通過(guò)試驗(yàn)，氧氣放空總閥PC129閥門放空11.0km3(標(biāo))/h的氧量閥門開度需要控制在22%，所以工藝配合儀表人員對(duì)氧氣放空總閥PC129聯(lián)鎖動(dòng)作閥門開度由原來(lái)的18.5%修改為22%。閥門閥位調(diào)整后，當(dāng)一臺(tái)爐跳車后，氧氣量在氧氣放空總閥PC129聯(lián)鎖動(dòng)作閥門開至22%，放空量為11.0km3(標(biāo))/h，另一臺(tái)氣化爐氧氣壓力波動(dòng)小，未觸動(dòng)聯(lián)鎖跳車，保證合成氨裝置運(yùn)行正常，解決了裝置瓶頸問(wèn)題。

6）增加氣化爐廢熱鍋爐排污閃蒸罐，回收高壓鍋爐水，副產(chǎn)0.44MPa蒸汽送脫氧槽回收利用。通過(guò)對(duì)氣化爐廢熱鍋爐排污進(jìn)行分析研究，高壓鍋爐水可以閃蒸出低壓蒸汽，并可以回收利用。2007年大修期間，對(duì)廢熱鍋爐液位調(diào)節(jié)閥后排放管線增加三通，接入低壓閃蒸罐中，低壓閃蒸罐底部排放接入冷凝液回收槽，頂部閃蒸的低壓蒸汽接入脫氧槽脫氧蒸汽中。改造后，裝置運(yùn)行期間，液位調(diào)節(jié)閥發(fā)生內(nèi)漏后，將內(nèi)漏的高壓高溫鍋爐水切至閃蒸罐中，經(jīng)過(guò)閃蒸后，冷凝液和蒸汽全部回收利用，節(jié)約了資源、降低了能耗、消除了安全隱患，提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

7）改造蒸汽過(guò)熱爐BA701燒嘴和電子點(diǎn)火系統(tǒng)，降低天然氣消耗量，降低了蒸汽生產(chǎn)成本。經(jīng)過(guò)對(duì)多家兄弟單位的過(guò)熱爐BA701燒嘴進(jìn)行考察、研究和論證，并與設(shè)計(jì)廠家交流后，由設(shè)計(jì)廠家對(duì)BA701燒嘴的環(huán)隙及電子點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。改造后，天然氣消耗量由1 200km3(標(biāo))/h降至1 000km3(標(biāo))/h，每小時(shí)減少200m3，極大降低蒸汽生產(chǎn)成本，節(jié)約了天然氣能源，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

8）加厚機(jī)泵聯(lián)軸節(jié)支撐，增加聯(lián)軸節(jié)的穩(wěn)定性，徹底解決了燒嘴冷卻水機(jī)泵振值高的隱患。燒嘴冷卻水機(jī)泵P02209A/B由單級(jí)離心泵改造為多級(jí)離心泵，機(jī)泵軸比較長(zhǎng)，支撐不到位就會(huì)出現(xiàn)振值高的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)燒嘴冷卻水機(jī)泵多次檢修的分析和研究，排除檢修質(zhì)量和備件質(zhì)量的問(wèn)題，確定為機(jī)泵聯(lián)軸節(jié)處的問(wèn)題。將機(jī)泵聯(lián)軸節(jié)初的支撐鋼板由3mm改為10mm，并對(duì)鋼板進(jìn)行加固固定。改造后，燒嘴冷卻水機(jī)泵的振值由40mm/s降至10mm/s以下，達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，解決了裝置隱患。

9）改造凈化單元機(jī)泵冷卻水管線，不用倒泵，實(shí)現(xiàn)在線清理濾網(wǎng)。凈化單元機(jī)泵冷卻水總管分為兩支管線變換單元和低溫甲醇洗單元機(jī)泵冷卻水。在變換單元機(jī)泵冷卻水總管和低溫甲醇洗單元機(jī)泵冷卻水總管，各增加濾網(wǎng)一處，并增加旁路閥。改造后，每周一次定期清理兩處機(jī)泵冷卻總管濾網(wǎng)。清理濾網(wǎng)時(shí)，循環(huán)冷卻水切換至旁路，主路切出清理濾網(wǎng)，避免機(jī)泵循環(huán)水濾網(wǎng)堵塞，不用倒泵，實(shí)現(xiàn)了在線清理濾網(wǎng)，減少了倒泵對(duì)系統(tǒng)工況的波動(dòng)和跳車的風(fēng)險(xiǎn)，減少了電耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

10）改造甲醇裝置送二氧化碳管線，消除帶液，維護(hù)了二氧化碳鼓風(fēng)機(jī)GB401安全運(yùn)行。通過(guò)對(duì)二氧化碳鼓風(fēng)機(jī)多次檢修情況的分析和研究，發(fā)現(xiàn)氣液夾帶是頻繁損壞的根本原因。在二氧化碳鼓風(fēng)機(jī)入口增加了一個(gè)氣液分離罐，氣液在此罐中進(jìn)行分離，氣體送至二氧化碳鼓風(fēng)機(jī)，液體進(jìn)行污水處理系統(tǒng)，達(dá)標(biāo)排放。改造后，定期對(duì)分離罐進(jìn)行液位檢查，并對(duì)液體進(jìn)行排放，二氧化碳不帶液，鼓風(fēng)機(jī)再?zèng)]有因帶液損壞，維護(hù)了鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

11）改造凈化單元變換工段高壓蒸汽流量閥FV305管線，保證了合成氨裝置滿負(fù)荷運(yùn)行。通過(guò)對(duì)變換工段高壓蒸汽流量閥檢修檢查，發(fā)現(xiàn)閥芯脫落，致使高壓蒸汽不能送至變換工段。增加變換工段高壓蒸汽流量閥旁路管線及旁路閥。改造后，避免了高壓蒸汽流量閥閥芯脫落故障后，打開旁路閥保證變換工段蒸汽使用量，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，保證合成氨裝置運(yùn)行正常，避免了裝置非計(jì)劃的停車事故。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)施持續(xù)的節(jié)能減排、節(jié)能降耗、技術(shù)改造等有效措施，使企業(yè)的生產(chǎn)成本下降，企業(yè)效益提高。節(jié)能減排永遠(yuǎn)在路上，沒(méi)有終點(diǎn)。在壓縮機(jī)組、低溫甲醇洗及三劑管理等方面繼續(xù)深挖，還可降低生產(chǎn)成本。