我厂一些节能减排的办法

2011-01-30胡党鹏

化工设计通讯 2011年3期

胡党鹏

(中海石油化学股份有限公司,海南东方 572600)

0 引言

中海石油化学股份有限公司化肥二部年产450 kt合成氨装置是由美国 KBR公司(Kellogg &Brown Root公司)总承包,采用 KBR公司的深冷净化技术(简称 KBR工艺)设计而成,具有贫气利用、节能及运行稳定等特点。为响应国家节能减排的号召,我单位采取了一些节能减排的措施,现将我们的经验介绍如下。

1 精心操作,加强巡检,确保长周期安全生产

安全生产是石化企业效益最根本的保障。在激烈的市场竞争中,我们无法控制尿素价格和原材料等很多生产资料不确定的市场因素,但保证生产安全稳定,却是可以通过我们的努力来实现的。随着国家对企业安全生产、节能减排、环境保护的重视,以及标准更趋严格规范,安全环保和生产稳定工作必将作为企业发展的基础,我们始终将安全稳定长周期生产放在全局工作中首要的、突出的位置。积极推行和实施 HSE管理体系,员工签订了《QHSE责任书》,将安全工作落到每个人的身上,进一步激发全员落实安全环保责任制的积极性。

装置的安全长周期运行,要有两个方面的保证,其一是工艺操作的稳定;其二是设备运行的平稳,而二者相辅相成,互为条件。首先,在工艺操作稳定的情况下,设备不容易损坏,设备平稳运转,同时也保证了生产的长周期。公司对员工培训方面很重视,利用讲课,写总结等培训都会使员工精心操作、精心维护、精心巡检,重视一伸手,杜绝误操作,减少操作中给装置带来的危害。公司上了 ERP、电子巡检系统、systeml等先进的监控手段对设备运行状况进行分析,对催化剂做定期评估,通过管理软件定时对装备进行预防性维护保养,可以将事故发现在萌芽状态,降低了设备的事故率。这几年,每一年都可以完成年初定的“一个两百天或者两个一百天”的长周期任务,这些成绩的取得,大大降低了系统的吨氨能耗。

2 协调好天然气的供应,确保天然气品质稳定

化肥二部是利用“东方1-1”海上平台所产天然气进行加工的。海上平台的天然气经过海底管道登陆以后要经过终端简单分离再进入化肥二部界区;另一股是新增设的管线,经过终端的脱碳装置后的高甲烷天然气一部分进入合成装置界区作为原料气,主要的作用是用来调整天然气的组分。由于影响天然气组分的因素有天气环境、海上平台、终端等诸多因素,天然气经过的管线连接得越多带来的不确定因素就越多,加之终端距合成装置距离很短,缓冲的机会几乎没有,所以给天然气的利用带来一定的难度。这样给合成氨装置运行带来极大的影响,严重时将使装置跳车,2004年跳车7次,其中4次都是因天然气组分波动引起的跳车。针对这一状况,化肥二部出台了天然气组分波动调整预案,终端与合成氨配合处理以避免跳车。凡是遇到大的天然气波动,均要求终端派工程师到合成氨装置主控室,根据合成氨对天然气组分及压力的要求通知终端协助调整;合成氨当班操作人员做好事故预想,避免因天然气组分波动迫使合成氨装置停车。通过几年的摸索和积累经验,因天然气组分波动造成的跳车明显下降,2006年因天然气组分波动跳车一次,此后直到发稿时没有因天然气组分波动再跳过车。

3 消除现场各类跑冒滴漏

一定要重视装置的跑冒滴漏,做好此项工作,不但为安全方面排除隐患,而且为节能方面作出贡献。我们化肥二部开展“放心班组”活动,对于及时发现跑冒滴漏的给予奖励,很大程度上激发了员工消除跑冒滴漏的主观能动性。

4 尽量关小IGV阀,降低101-JGT负荷

根据排气温度的设定及保护,调节进气导叶的角度从而控制压气机的气量,再进一步控制负荷和排气温度。在燃气轮机的排气扩压段,一圈有12个测温热电偶,用于测量排气温度。通过关小IGV阀(IGV最低限位56%),可减少参与燃烧的掺混空气量,控制透平的排气温度在高值(即与基本负荷时一致),使透平热效率得到提高。至于燃气轮机排气温度,则因透平(含动叶、复环、轮盘等)冷却汇入烟气流空气量的减小而得到提高,进而使下游的朗肯循环效率得到提高。在燃空比和一段炉氧含量能满足的情况下,尽量关小IGV提高排气温度,降低燃气透平的负荷,可最大限度地提高乏气的温度,以利于将热量传递给一段炉,降低天然气的消耗。

5 合成氨装置101JGT乏气关闭课题

在2010年10月份的检修中,发现101BCS2盘管翅片脱落,换热效果变差,导致高压蒸汽的温度提不起来,TIC1005厂控指标为495～515℃,现在基本上都是在497℃以下运行;高压蒸汽温度提不起来,TIC1005都没有开过,没有起到喷水降温的效果,也产不了更多的蒸汽。

为了维持高压蒸汽的温度,我们采取的措施是关小PIC1855,提高101BCS1的出口温度,从而提高高压蒸汽温度。关小PIC1855的弊端如下。

(1)乏气(TI1301430℃)是燃气透平过来的,与一段炉过来的烟道气(TI1324B 557℃)混合,用于一段炉对流段盘管的换热,关小PIC1855起不到降温的作用(工艺流程如图1),造成101BCF原料气盘管温度升高,在日常操作中当 TIC1305达厂控的最高值时(厂控指标365～385℃),TIC1305阀已经全开。现在已经将 TIC1305的设定改到 395℃,阀门开度为80%左右。

(2)关小PIC1855,烟气没有得到乏气的有效降温,到101BCA1空气盘管的热量更多,造成冷空气盘管温度增加,TIC1312厂控指标495～515℃,现在已经放宽到525℃了。不过冷空气盘管有个旁路,一般用开大冷空气盘管旁路的方法来解决此问题。TI1321报警值原为425℃,现在已经达到了435℃。

公司决定将更换一组材质等级比较高的101BC2盘管,开大 PIC1855,则一段炉的烟气温度降低,这样一来就可以解决 101BCF和101BCS1这个两个矛盾;也可以使对流段最后一组锅炉给水盘管热量增加,多产蒸汽。这样一来,PIC1021也可以关闭,问题迎刃而解。

图1 工艺流程图

6 关闭102J的防喘振阀

正常生产期间,机组的防喘振阀处于关闭状态,以减少蒸汽消耗。海上平台天然气和供应终端受自然条件以及多装置天然气管线连接较多的影响,加之各管线的天然气组分不一样,牵扯配气问题等等,天然气供应不稳定经常造成压力波动。在正常生产中,一般将防喘振阀打开12%左右,防喘裕度比较高,以减少跳车的风险。但这样一来,蒸汽耗量增加,吨氨能耗增加。根据实际情况,如果海上平台和终端出现问题,首先打电话过来,可以提前调整,决定将防喘振阀逐渐关小直到关闭。

7 尽量提高PIC1041给定压力

若进界区的天然气压力条件允许,尽量提高PIC1041的给定压力,到2.85～2.88 MPa操作。

PIC1041为天然气进界区的阀门,此阀压力的提高等于直接提高了原料气压缩机的入口压力,在出口压力不变的情况下,原料气压缩机的转速降低,可以节省中压蒸汽。

8 一、二段炉及合成回路的优化调整

针对当前天然气中N2含量较高的状况,可提高一段炉出口温度到735℃左右,降二段炉的空碳比到1.30以下。在满足出口微量要求的情况下,减少合成回路弛放气量以提高氨产量。

由终端送过来的天然气组分为CH461.5%、CO225%、N215%,里面含有相当多的氮气,结合本装置的特点,可以提高一段炉的负荷多转化甲烷,而减轻二段转化的压力减少其加空气的量,使系统少带进氮气,且在二段炉里也少消耗氢气来燃烧氧气。带进系统中的氮气少了,在冷箱中放出来的废气也就少了,减少了冷箱废气夹带氢气。氩气等惰性气体也都是由空气带到系统中的,氩气在冷箱中不能完全出去,进入到合成回路,合成回路的氩气多了以后,势必要加大弛放量来维持合成回路的良好合成率;弛放气量的增大,吨氨能耗增加。

9 工艺空气放空的改造

化肥二部工艺空气压缩机为燃气透平驱动。防喘振/压力调节阀PV1050(12″)一直处于15%小开度放空状态。PV1050是快开慢关阀,调节较滞后,易造成二段炉入口空气流量频繁波动,不利于装置的稳定运行,另外,PV1050长期小开度放空对调节阀的磨损冲蚀较大,阀位的频繁波动也造成调节阀控制附件使用寿命缩短。鉴于PV1050始终处在小开度不稳定放空的情况,提出给工艺空气PV1050(2.5″)管线上增加一条旁路,安装一台调节阀PV1050A进行放空的解决方案。如图1。PV1050A的流通量为15 000 kg/h,为气关阀,正常生产时保持关闭,空气通过PV1050A放空一般控制在20%左右。这样一来,可以解决阀位波动造成二段炉空气流量波动问题,也可以减少放空造成的损失,可以降低空气压缩机的负荷,从而也节省了燃气。

10 112C双系列改造和溶液管理

110C和112C是脱碳系统中重要的设备(如图2),是整个脱碳系统热量互换和分配的机构,因脱碳的吸收和再生效果直接受到温度的影响,所以110C和112C工况的好坏直接影响到脱碳系统在整个合成氨装置中的表现。112C为半贫液-贫液板式换热器,属于波纹板式换热器,采用非对称板片。它的特征是,在每一板片上有两种不同的板纹角度,板片上的波纹可以是钝角或锐角,换热器设计成非对称流形式,以获得更大的传热效率,更好地节约资源。

2006年2月份装置大修,经过解体检查,发现112C两侧结垢十分严重,整个板面几乎全部被垢层所掩盖,这对于只有0.5 mm厚的板片来说,大大降低了它的传热系数,导致换热效果不好。

图2 脱碳系统流程简图

经过研究,公司同意脱碳换热器112C作双系列改造,这样可以随时进行切换清洗,确保112C始终处于一个良好的工作状态。这样也形成了一个良性循环,换热器换热效果好,有利于吸收,降低了吸收塔出口CO2含量,减少了甲烷化氢气的消耗,降低了吨氨能耗;吸收塔出口CO2含量低,可以降低脱碳溶液的循环量,节省了蒸汽,减少了大循环量和高流速对设备和管道的冲刷,同时也降低了消泡剂的加入量。

加强脱碳溶液的管理工作,使溶液品质在优良状态。脱碳溶液的管理工作是一项细致耐心的工作,如果粗枝大叶,当时可能反映不出来,久而久之,溶液的吸收和再生就会出现问题,脱碳出口微量变高,CO2中氢含量高等问题就会出现。

以上经常在脱碳溶液中发生的两种问题会都造成121-D吸收塔出口CO2含量高;由此消耗大量宝贵氨合成原料——氢。在甲烷化炉里燃烧CO和CO2;造成甲烷化炉温度高、出口甲烷浓度高、一段炉废气热值增加主燃料气消耗降低、系统吨氨能耗增加。一段炉增加的负荷,在转化、变换、甲烷化反应后,又作为燃料气(废气)返回到一段炉燃烧系统。

11 冷冻系统105J1能耗高的问题

合成装置送到氨罐的产品降温到-33℃,所需冷量由产品液氨蒸发提供,液氨的蒸发量则由氨冷冻升压机105J1控制。在正常生产中,产品液氨以40℃的温度送往尿素装置,只有极少量过剩的才送到氨罐。如果尿素装置停车,则需要把全部的产品送到氨罐。因此,送往氨罐的液氨量由于工况不同有时相差较大,而液氨的蒸发量也要随之变化。105J1为电机带动的压缩机,其抽取气氨的量由出口回流阀来调节,即105J1进口气氨量固定,靠调节出口返回气氨量的多少来调节蒸发量。如果不需要冷量,则105J1抽走的气氨全部由出口返回到入口。因此无论什么情况,105J1的电机负荷基本不变,浪费了大量电能,增加了吨氨能耗。在国家节能减排的大背景下,解决此瓶颈问题已势在必行,公司研究了三个方案。(1)将电机改为变频的,根据负荷的多少进行调整,因为一般情况下都是只有很少量物料通过105J1,这样可以省出大量的电能。经过和设计公司的接触,此方案被否定了,因为造出来的设备庞大,根本没有足够大的地方来放置。(2)直接将105J1停下,生产出来的氨产品全部由尿素用掉,不制造冷氨产品,问题就可以迎刃而解。但这种情况下,如果碰到尿素跳车或者我们送到尿素的热氨泵跳车,就有问题了,105J1没有运行就不能直接转为冷氨操作,这时我们须立即将105J1电机启动,当然这个过程需要时间,149D液氨受槽很快会被装满,故最终选择新建液氨受槽的办法来解决此问题。经过计算,新建的149D可以满足系统支持0.5h,这样就为启动105J1电机赢得了充裕的时间。(3)我们还可以通过组合式氨冷器、氨分离器、氨闪蒸槽、液氨受槽来储存一部分液氨,为105J1启动争取时间,也可以通过系统减负荷等手段来调整。

12 由于循环水给水温度和105-J负荷的波动,须严格控制PV1109B

127C是常规管壳换热器,冷介质为循环水,走管程;热介质为气氨,走壳程。壳程内冷凝下来的氨流至149D“暖”部分。149D分为两部分,“暖”部分设计操作温度为39.5℃,“冷”部分设计操作温度为0.7℃。149D冷段有一个氨洗涤填料塔,从147D来的小股液氨经顶部喷头喷淋后与在149D暖段中没有冷凝的气氨逆流接触,洗涤饱和液氨,并将其冷却至3.3℃。不冷凝气体在压力控制器 PIC1109控制下释放,去124D回收。见图3。

图3 氨冷系统流程简图

在设计上,PIC1109控制器设定值由功能块TN1401的输出设定,TN1401把 TI1401所示的127C出口氨的温度作为输入值,并将该温度下的氨蒸气压再加上50 kPa作为输出值,这样,当冷却水温度和105J负荷变化时,该设定值便会跟着变化,从而节省氨压缩机105J的功耗,合理控制弛放气量。PIC1109把不同范围的信号分送至两个控制器,0～50%输出到PV1109A,通过控制到喷射器117L的高压弛放气流量将149D不冷凝气抽出,在124D进行氨回收;当PIC1109的输出有50%～100%时,第二弛放气阀PV1109B打开,把不冷凝气放至氨系统放空。

最初开车时,操作人员将 PIC1109投“串级”操作,随着循环水给水温度和105J负荷的变化,由TN1401送到PIC1109的设定也就跟着变化。但是,这样操作存在一个弊端。由于给定值变化频繁,PIC1109无法及时调节,造成149D压力不稳定,对氨压缩机的负荷影响较大。为了稳定149D压力,将PIC1109打“自动”操作,给定是稳定的,PIC1109的开度基本稳定。但如此一来,当循环水给水温度和105J负荷升高时,氨的饱和压力也将升高,需要人为适当提高PIC1109的设定,否则此阀会开得很大,造成浪费;更加严重的是,如果控制压力低于氨的饱和压力时,氨在127C就不再冷凝,大量的气氨到149D冷端冷凝,进入氨冷冻系统,无法冷凝的送入弛放气系统,造成浪费和氨压缩机负荷增加。所以必须使PIC1109的控制压力大于氨的饱和蒸气压力,让氨在127C里冷凝。在循环水给水温度和105J负荷较低时,因为PIC1109没有投“串级”,不能由 TN1401输出PIC1109的设定值,必须人为降低 PIC1109的给定,不让PV1109A关得太小,使喷射器的抽力减少,造成PIC1107放空打开,造成氨的浪费。

13 减少气氨排放

提高小冰机入口压力(即氨罐的压力给定到3.65 kPa左右),关闭高压氨闪蒸槽的惰气排放,减少成品氨的损失。

氨事故冰机2101L曾因气氨无法冷凝,造成大量气氨排放,氨火炬火焰高度达2.5 m左右。从2006年和2007年的重点设备评估表中,可以查到氨事故冰机至氨罐的液氨阀门开度7%～8%,当前阀开度在0.8%左右,说明氨事故冰机返回氨罐液氨流量下降;循环水量平均值在23t/h,较设计值(49t/h)偏差26t/h,水冷器结垢严重,水量不足,是造成氨无法冷凝的直接原因,从做功来看,现在氨事故冰机有效功率仅为设计功率的15%左右。

通常在大修或者公用工程停循环水的时候,小冰机的水冷器会用消防水来代替循环水冷却水保持小冰机不停车,消防水的干净程度远远不如循环水,这也是造成小冰机水冷器结垢严重的一个重要原因。

经过对氨事故冰机系统进行调试,增加循环水量到40 t/h,在此情况下,放空可以关闭,氨火炬火焰几乎没有,由此再次确认是因水冷器换热效率下降造成气氨无法冷凝,形成大量气氨放空。经过2次对氨事故冰机系统的检修,达到了预期的效果,杜绝了大量的气氨排放。