320kt_a合成氨装置水_汽综合利用节能技改总结.pdf

收稿日期 作者简介谢辉（），男，安徽淮南人，工程师，主要从事煤化工生产运行管理工作。合成氨装置水 汽综合利用节能技改总结谢辉，高小杰（安徽泉盛化工有限公司，安徽 定远 ）摘要安徽泉盛化工有限公司 合成氨装置于 年 月底顺利投产。针对透平凝结水和蒸汽冷凝液直接返回脱盐水产水箱致外供新鲜脱盐水温度偏高给各主生产系统带来的一系列问题，泉盛化工对合成氨装置水 汽系统实施了一系列节能技改：年 月实施蒸汽冷凝液系统优化改造，由变换除氧器接收系统蒸汽冷凝液和透平凝结水，变换除氧器只需少量间断性补充冷脱盐水；年 月实施低温甲醇洗系统蒸汽冷凝液优化利用改造，甲醇水分馏塔底再沸器冷凝液闪蒸出的低压蒸汽并入热再生塔底再沸器利用；年 月实施蒸汽管道疏水系统优化改造，蒸汽管道疏水引入封闭的蒸汽闪蒸罐内闪蒸得到低压饱和蒸汽并入 蒸汽管网，闪蒸后的蒸汽冷凝液再并入蒸汽冷凝液管网。优化改造后，氨合成冷冻系统、变换气冷却系统等运行工况明显好转，并取得了不错的节能效益。关键词合成氨装置；蒸汽冷凝液系统；低温甲醇洗系统蒸汽冷凝液；蒸汽管道疏水系统；优化改造；节能减排 中图分类号 文献标志码 文章编号 （）引言安徽泉盛化工有限公司（简称泉盛化工，其前身定远县化肥厂始建于 年，年 月安徽晋煤中能化工股份有限公司将其全资收购）位于安徽省滁州市定远县盐化工业园，是以煤化工为主导产业的综合型化工企业，终端产品主要有尿素、液氨、甲醇、双氧水和氢气，同时担负园区供热任务。为适应产业发展趋势，泉盛化工积极选用新技术和新工艺对现有产能进行升级改造，于 年 月投资新建 合成氨装置（即年产 万吨氨醇装置原料和动力结构调整项目，以拓宽气化原料煤种、降低生产成本；项目前期调研阶段甲醇市场行情较好，但项目开工建设以来合成氨市场行情明显好于甲醇，故不再增设联醇系统），采用航天炉粉煤加压气化工艺制粗合成气，节能型等温变换工艺转化粗合成气中的 、大连理工低温甲醇洗工艺脱除变换气中的 和 等酸性气、杭氧集团液氮洗工艺精制合成气，氨合成系统采用南京聚拓低压合成工艺，即装置主工艺流程为中型合成氨装置普遍采用的气体净化与低压氨合成工艺，具有流程简单、性能可靠和运行稳定等特点，装置于 年 月底投料开车，顺利产出合格液氨产品。经试运行、短停消缺和其他局部技改等，目前装置运行稳定，主产品产量和主要物料消耗等指标均能达到或优于设计值，合成氨生产综合能耗较改造前显著下降，取得了较好的经济效益。泉盛化工 合成氨装置核心动力设备“五大压缩机组”均采用全凝式汽轮机驱动，设计满负荷生产时可回收透平凝结水 ，同时合成氨装置回收各类蒸汽冷凝液 。透平凝结水与蒸汽冷凝液分别设置收集管网，两者在脱盐水站混合、除杂后直接返回脱盐水产水箱循环利用。经过近 的试运行，本套合成氨装置在热能回收利用方面存在的不足逐渐暴露出来 透平凝结水和蒸汽冷凝液直接返回脱盐水产水箱后，脱盐水站外供新鲜脱盐水温度偏高，造成氨合成系统脱盐水加热器出口气相温度高达 （设计指标为 ）、变换系统脱盐水加热器气相出口温度高达 （设计指标为 ），对氨合成冷冻系统负荷及变换气冷却系统负荷影响明显。后通过对合成氨装置水 汽系统实施一系列优化技改，上述问题得到了解决，并取得了不错的节能效益。以下对有关情况第 期 年 月中氮肥 作一总结。脱盐水（冷凝液 凝结水）系统流程简介泉盛化工 合成氨装置脱盐水站采用“超滤 两级反渗透 ”工艺制取新鲜脱盐水，设计脱盐水产能为 ，与汽轮机产出的 透平凝结水和 蒸汽冷凝液混合作为新鲜脱盐水。新鲜脱盐水经升压泵提压至 供管网，主要用于动力站除氧器补水、变换除氧器补水、部分系统洗涤水等：一部分新鲜脱盐水经变换系统第二脱盐水加热器加热后去往变换除氧器，经热力除氧并由泵提压后送往氨合成系统中压 低压废锅、变换系统中压 低压汽包、气化系统汽包及硫回收系统汽包副产饱和蒸汽；另一部分新鲜脱盐水经氨合成系统脱盐水加热器预热后去往变换系统第一脱盐水加热器，温度提升后用作动力站除氧器补水；少量新鲜脱盐水去往气化岛作为机泵密封水等，还有约 脱盐水补入变换系统脱盐水槽，经往复泵提压后作为变换气脱氨塔洗涤水等。泉盛化工 合成氨装置共有台汽轮机拖动的压缩机组，分别为空分装置的空气压缩机组和氮气压缩机组、氨合成系统的合成气压缩机组、氨压缩机组以及气化系统的输煤 压缩机组（低温甲醇洗系统副产的 主要用作航天炉气化系统输煤载气，富余 送往泉盛化工老厂区尿素装置往复式 压缩机用作尿素生产原料，合成氨装置配套尿素装置正在建设中），台汽轮机均为全凝式（驱动蒸汽为热电锅炉来的 、高压过热蒸汽），透平凝结水通过独立管网送往脱盐水站，在脱盐水站与蒸汽冷凝液混合除杂后进入脱盐水产水箱。实测满负荷生产期间 台汽轮机凝结水合计为 （实测透平凝结水总管温度 ），其中，空气压缩机组凝结水 （）、氮 气 压 缩 机 组 凝 结 水 （）、合成气压缩机组凝结水 （）、氨压缩机组凝结水 （）、压缩机组凝结水 （）。泉盛化工 合成氨装置内多处使用蒸汽作为热源，通过各类加热器、再沸器、蒸汽盘管等对工艺介质进行加热，实测满负荷生产期间各系统换热器蒸汽冷凝液产出量合计为 （实测蒸汽冷凝液总管温度 ），其中，空分装置分子筛加热器冷凝液 （），气化系统 加热器冷凝液 （）、伴热蒸汽冷凝液 （），低温甲醇洗系统热再生塔底再沸器冷凝液 （）、甲醇水分馏塔（习称甲醇水分离塔，大连理工低温甲醇洗工艺包统称甲醇水分馏塔）底再沸器冷凝液 （），液氮洗系统再生氮气加热器冷凝液 （）、火炬气加热器冷凝液 （）。蒸汽冷凝液系统运行问题及优化改造 背景情况 年 月以后，泉盛化工 合成氨装置负荷逐步提升至 以上，氨合成反应和变换反应的热负荷增加较多，装置内各类蒸汽加热器用汽量和蒸汽冷凝液产出量也在不断增加，最终导致返回脱盐水站的透平凝结水量和蒸汽冷凝液量过大，脱盐水站外供新鲜脱盐水温度由 升至，进入氨合成系统水加热器和变换系统第二水加热器后，冷却效果明显下降，合成气和变换气温度均明显上升，尤其是氨合成系统脱盐水加热器出口合成气温度上升至 （设计值为 ）以后，造成组合式氨冷器负荷加大，氨压缩机三段气量增加明显，氨压缩机功耗显著上升 机组蒸汽耗量由 升至 。实测满负荷生产期间各系统除氧水（来自于变换除氧器）用量合计为 ，其中，变换中压汽包补水 、变换低压汽包补水 、变换脱氨塔补水 ，合成中压汽包补水 、合成低压汽包补水 ，硫回收汽包补水 ，气化中压汽包补水 、合成气洗涤塔补水 ，其他岗位除氧水用量 。据此可以估算，变换除氧器外供除氧水总量约为 （含 的排污损耗量）。满负荷正常生产期间，透平凝结水和蒸汽冷凝液产出量分别为 （约 ）、（约 ）。从脱盐水站供需平衡来看，透平凝结水和蒸汽冷凝液直接进入脱盐水站产水箱是造成外供新鲜脱盐水温度偏高的主要原因。优化改造为有效利用蒸汽冷凝液热能、平衡系统热中 氮 肥第 期量，通过对系统流程进行研判和模拟计算后，确定对透平凝结水和蒸汽冷凝液流程进行优化改造，达到降低新鲜脱盐水温度和节能降耗的目的。结合蒸汽冷凝液和透平凝结水水质分析，经充分论证后，决定将透平凝结水和蒸汽冷凝液配管引入变换除氧器作为补水 正常运行期间，蒸汽冷凝液全部补入变换除氧器，透平凝结水补入量据下游系统用水情况平衡，多余的透平凝结水按原流程去往脱盐水站。此技改方案，一方面，将约 的高温蒸汽冷凝液“剔除”，可在一定程度上降低脱盐水站外供新鲜脱盐水温度；另一方面，将 的高温蒸汽冷凝液补入变换除氧器，可提高变换除氧器的运行温度，减少热力除氧蒸汽消耗。本技改项目于 年 月实施，变换除氧器接收系统蒸汽冷凝液和透平凝结水后，只需少量间断性补充冷脱盐水，变换除氧器低压蒸汽用量降低约 ，脱盐水站外供新鲜脱盐水温度降低约，氨合成系统脱盐水加热器出口气相温度下降约，氨压缩机冷冻功耗明显下降，氨压缩机组用蒸汽量下降约 ，系统运行工况明显得到优化。低温甲醇洗系统蒸汽冷凝液优化利用改造 背景情况泉盛化工 合成氨装置原料气脱硫脱碳采用大连理工低温甲醇洗八塔（含洗涤塔、解吸塔、浓缩塔、热再生塔、甲醇水分馏塔、尾气水洗塔、氮气气提塔、中压闪蒸塔）工艺，流程中设置有热再生单元和甲醇水分馏单元。热再生单元主要由热再生塔、热再生塔底再沸器、酸性气冷凝器、塔顶回流罐、回流泵等组成，热再生单元的作用主要是对经过闪蒸和常温惰性气气提后的富硫甲醇进行加热再生以除去其中的含硫组分，热再生塔底再沸器采用 、饱和蒸汽作为热源，设计用汽量为 ；甲醇水分馏单元主要由甲醇水分馏塔、甲醇水分馏塔底再沸器等组成，甲醇水分馏单元的作用主要是通过简单精馏对含醇废水进行分离（得到的甲醇循环使用，产生的废水送往界区污水处理装置），甲醇水分馏塔底再沸器采用 、饱和蒸汽作为热源，设计用汽量为 。年 月上旬，合成氨装置负荷提升至设计值 ，热再生单元和甲醇水分馏单元满负荷运行，甲醇水分馏塔底再沸器蒸汽用量达 ，甲醇水分馏塔塔底温度、塔压差等均符合设计要求，系统运行正常；热再生塔底再沸器蒸汽用量为 ，热再生塔底温度、塔压差、回流量等均符合设计要求，富硫甲醇再生效果良好。年 月下旬，甲醇水分馏塔底再沸器冷凝液外送管道经常出现强烈振动，并伴随蒸汽冷凝液管道压力大幅波动的情况，在该股蒸汽冷凝液支管并入蒸汽冷凝液总管的三通接头处尤为明显。经测量，该蒸汽冷凝液管道温度高达 ，比蒸汽冷凝液总管温度高出。初步判断蒸汽冷凝液管道振动的原因为，压力和温度较高的冷凝液并入压力和温度较低的冷凝液中后，压力和温度较高的冷凝液在低压和低温管道内发生降压闪蒸，产生了一定量的饱和蒸汽，饱和蒸汽夹杂在冷凝液中而引发了管道振动。优化改造针对上述情况，泉盛化工组织相关人员进行讨论，决定将甲醇水分馏塔底再沸器冷凝液收入闪蒸分馏罐降压闪蒸，闪蒸出的低压蒸汽供热再生塔底再沸器使用，闪蒸降温后的冷凝液再利用自身压力并入蒸汽冷凝液总管。本技改项目于 年 月实施，甲醇水分馏塔底再沸器冷凝液闪蒸出的低压蒸汽并入热再生塔底再沸器后，热再生塔底再沸器蒸汽用量由 降至 ，蒸汽冷凝液外送管道振动问题消除。蒸汽管道疏水系统优化改造 背景情况泉盛化工 合成氨装置设置有 和 过热蒸汽管网、和 饱和蒸汽管网，各等级蒸汽主管道长度合计约 ，沿途设置蒸汽管道疏水点近 处。原始设计蒸汽管道疏水直接引入厂区雨水管网，继而去往污水处理总站处理。此流程设计存在两方面的弊端：一是将这部分蒸汽管道疏水（冷凝液）作为污水处理，增加了污水处理装置负荷及处理费用；二是这部分蒸汽冷凝液多为蒸汽流动过程中因能量损耗而产生，冷凝液内在品质和外在品质均较好，直接作为污（下转第 页）第 期谢辉等：合成氨装置水 汽综合利用节能技改总结车降温冷却至 时再停运 油系统，因为这时的热辐射、热传导作用已经很小，由此可有效避免 油过热情况的发生。）油系统共有 台过滤器 台主油泵进 出口各设置 台、冷却油泵进口设置 台、高调门和低调门油动机的高压油进口各设置 台，这些过滤器可以有效过滤 油，长时间运行后滤芯有可能失效，规定 台过滤器每年更换次滤芯，以利保持 油油质稳定。）巡检人员每小时对 油系统各参数进行 次检查，重点检查油箱液位、温度、油压；对 台主油泵每月进行 次倒换，以防备用泵进口管道有杂质沉积；检修主油泵时，其进口管道必须清洗干净，及时更换进口过滤器，防止杂质进入油系统。）晋开集团化工运行车间润滑油种类有 种，存放在一个油库内，有可能会出现个别员工用错油的情况，而高压抗燃液压油（油）属于人工合成油，一旦有其他油品混入，整桶的 油将不能再添加进油箱使用。为防止有员工用错油，油选择干燥的地方单独存放，与其他油品区别存放，包括其加注器具也单独使用与存放，以有效保证 油的洁净度。结束语对 油系统采取一系列的优化改进并加强日常管理与运行维护后，晋开集团 发电机组配套汽轮机组恢复了稳定运行。作为汽轮机组安全稳定运行的重要一环，油油质管理与维护意义重大。本次 发电机组配套汽轮机组 油系统出现问题，总结其原因排查及问题解决过程，我们认识到，遇到问题时需积极查找原因，想办法解决问题，可使设备尽快恢复稳定运行；日常生产与运行维护中辅之以 油各项指标的严格管控，可有效保障 油系统的稳定运行，从而保障汽轮机组的长周期稳定运行櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅。（上接第 页）水处理存在资源浪费问题。优化改造 年 月，泉盛化工组织取样分析与技改方案论证后，决定对蒸汽管道疏水采用闭式回收的方法进行回收利用，即将各压力等级（、）蒸汽管道疏水引入封闭的蒸汽闪蒸罐内（在一定压力下）进行闪蒸，得到的低压饱和蒸汽并入 低压蒸汽管网，闪蒸后温度相对较低的蒸汽冷凝液并入已有蒸汽冷凝液管网。具体方案：、蒸汽管道疏水（冷凝液）接入蒸汽闪蒸罐闪蒸，每一集中疏水点设 台蒸汽闪蒸罐，单台蒸汽闪蒸罐容积 、规格 ，共 台，闪蒸得到的低压饱和蒸汽并入 蒸汽管网，闪蒸后的冷凝液再并入蒸汽冷凝液管网，原有 饱和蒸汽管道疏水就近并入蒸汽闪蒸罐出口冷凝液管道，一并进入厂区蒸汽冷凝液管网；蒸汽闪蒸罐设调节控制阀组进行液位控制，并设安全阀用于超压泄放。此方案无二次闪蒸及疏水漏汽外冒，可使蒸汽冷凝液所包含的热能、冷凝水都能得到很好地利用。年 月 合成氨装置大修期间对蒸汽管道疏水系统进行了此项技改，实现了蒸汽管道疏水的回收利用。据测算，正常运行期间每台蒸汽闪蒸罐可回收 饱和蒸汽约 ，按年运行 、生产吨 饱和蒸汽耗标煤 计，折合全年可节约标煤 ；每台蒸汽闪蒸罐可回收蒸汽冷凝液约 ，按年运行 计，全年可节约脱盐水 。结束语在当前合成氨 尿素产能过剩、产品同质化严重、节能减排压力较大的形势下，氮肥企业尤其是中小型企业会在节能降耗方面花费大量资金和人力，通过不断降低单位产品生产成本等获取立足之地与较好的经济效益。泉盛化工 合成氨装置正是在上述背景下逐渐成长起来的，我们坚信“完美的追求从点滴的改善做起”，除了在日常工作中加强生产管理与运行维护、精细化操作等外，还需不断进行工艺、设备等的优化改造，才能逐步降低产品生产成本，才能在残酷的市场竞争中获得认可与比较优势。相较于主生产系统而言，公用工程等辅助系统的优化改造受到的关注较少，泉盛化工将继续在水 汽等综合利用方面进行优化改造，助力合成氨装置的安、稳、长、满、优运行。中 氮 肥第 期