合成氨裝置節(jié)能降耗措施分析

諸 兵，寧 靜

（中?；瘜W(xué)富島有限公司化肥二部，海南東方 572600）

中?；瘜W(xué)富島有限公司化肥二部是設(shè)計(jì)年產(chǎn)450kt 合成氨、800kt 尿素裝置，于2003年建成投產(chǎn)。合成氨裝置采用的是KBR（凱洛格布朗）工藝。降低生產(chǎn)成本，減少能源消耗是公司所面臨的重要任務(wù)。

1 重視裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，組織長(zhǎng)周期運(yùn)行大討論

2019年度，化肥二部重視裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行管理，組織長(zhǎng)周期大討論，組織全體員工全員參與，從操作、技術(shù)、裝備管理的角度，從巡檢落實(shí)、隱患排查、動(dòng)作固化、應(yīng)急處置、備件準(zhǔn)備、本質(zhì)安全等方面入手全面思考長(zhǎng)周期措施，最后提煉出有可操作性的措施137條，編制成《化肥二部長(zhǎng)周期管控措施一覽表》并逐一落實(shí)好責(zé)任人，下發(fā)執(zhí)行。2019年化肥二部年度計(jì)劃停車次數(shù)1次，非計(jì)劃停車0次。2003年投產(chǎn)至2018年以來(lái)，合成裝置平均年度停車次數(shù)為5次，每次停開車全年噸氨耗氣大約上漲9m3，長(zhǎng)周期運(yùn)行措施的實(shí)施，使2019年度噸氨耗天然氣下降36m3。

2 深挖節(jié)能潛力，優(yōu)化工藝系統(tǒng)

近年來(lái)，化肥二部通過(guò)勞動(dòng)競(jìng)賽狠抓亂排亂放，大幅減少了蒸汽排放、廢氣排放和工藝氣排放，通過(guò)及時(shí)修復(fù)系統(tǒng)放空閥PV1004，使系統(tǒng)放空泄漏工藝氣量明顯減少，達(dá)到了減排增產(chǎn)的效果。通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化提升了一段爐轉(zhuǎn)化率，通過(guò)降低一段爐水碳比減少蒸汽和燃?xì)夂牧浚档鸵欢螤t殘氧，減少了燃?xì)庀?。通過(guò)優(yōu)化二段爐空碳比，提升了二段爐轉(zhuǎn)化率；通過(guò)及時(shí)更換低變催化劑，減少了甲烷化爐氫耗，直接達(dá)到增產(chǎn)目的。

2.1 一段爐的優(yōu)化

（1）提高一段轉(zhuǎn)化爐出口溫度：從2018 年7 月初開始，化肥二部合成裝置一段爐開始優(yōu)化，逐漸提高一段爐出口溫度，至2019年初，一段爐出口工藝氣溫度逐漸由721℃提高至727℃。

（2）降低一段爐煙氣殘氧：自2018年初起開始逐漸降低一段爐煙氣殘氧，至2019年6月，一段爐煙氣殘氧由2.5%降到了1.5%。

（3）逐漸降低水碳比控制：自2018年6月開始調(diào)整一段爐水碳比，由2.9逐漸降至2.77，因2019年5月以后原料天然氣甲烷含量上漲，水碳比逐漸上調(diào)至2.84，總體呈下降趨勢(shì)。

一段爐殘氧的降低和水碳比的降低節(jié)約出的燃?xì)猓瑒偤脧浹a(bǔ)一段爐出口工藝氣提溫所增加的燃?xì)?。一段爐出口工藝氣溫度的提升，提高了一段爐甲烷轉(zhuǎn)化率，使一段爐出口甲烷降低了約1%。

2.2 二段爐的優(yōu)化

經(jīng)過(guò)二段爐優(yōu)化操作，降低二段爐出口甲烷含量，提高二段爐出口氫含量，使氨產(chǎn)量提高。經(jīng)過(guò)調(diào)整，2019年二段爐出口平均甲烷比2017年降低了0.16%，按甲烷每降低0.1%，氫含量按增加0.32%計(jì)，氨產(chǎn)量可提高約0.504%，當(dāng)前負(fù)荷（68000kg/h）下，每天增產(chǎn)7.22t 氨。

2.2.1 凈化單元優(yōu)化系統(tǒng)，增加低壓蒸汽產(chǎn)汽量

為了回收低溫變換出口工藝氣熱能，增加低壓蒸汽產(chǎn)氣量，2019年低溫變換出口工藝氣低壓蒸汽鍋爐出口蒸汽閥保持全開狀態(tài)，2019年低壓蒸汽產(chǎn)量大幅增加，對(duì)比2019年和2018 年低壓蒸汽產(chǎn)量。每小時(shí)產(chǎn)量增加約1285kg，全年按300d 計(jì)算，增加低壓蒸汽產(chǎn)量約9252t。

2.2.2 盡量將氨壓縮機(jī)出口壓力控制在較低水平，降低氨壓縮機(jī)透平的高壓蒸汽消耗

147D 降壓操作節(jié)能量時(shí)間 氨耗燃?xì)釴m3/t較上年節(jié)約人民幣（萬(wàn)元）年耗燃?xì)?萬(wàn)m3)較上年節(jié)約燃?xì)馊細(xì)?萬(wàn)Nm3)2016 年 10.0 451.07792017 年 9.3 420.1287 30.9492 21.11182018 年 7.4 331.9265 88.2022 60.16652019 年 7.1 318.7676 13.1589 8.9763備注 以年產(chǎn)氨450kt 計(jì)天然氣價(jià)格0.68 元/m3

自2017年10月開始勞動(dòng)競(jìng)賽以來(lái)，各班組狠挖裝置節(jié)能潛力，精心操作，盡量將氨壓縮機(jī)出口壓力控制在較低水平，降低氨壓縮機(jī)透平的高壓蒸汽消耗。

通過(guò)對(duì)2016-2019年正常生產(chǎn)工況下105JT 噸氨消耗HS的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)105JT 噸氨耗HS 逐年降低，折算為燃?xì)庀暮螅謩e較上一年節(jié)約燃?xì)?0.9492萬(wàn)m3、88.2022萬(wàn)m3、13.1589萬(wàn)m3。

2.2.3 解決系統(tǒng)放空閥內(nèi)漏問(wèn)題，減少內(nèi)漏，提高產(chǎn)氨量

工藝系統(tǒng)放空閥PV1004內(nèi)漏一直是降低噸氨耗的難題，每當(dāng)裝置運(yùn)行一段時(shí)間后均會(huì)出現(xiàn)內(nèi)漏情況，直接造成氨產(chǎn)量下降。針對(duì)此情況，化肥二部積極與電儀部研究協(xié)商，通過(guò)采取PV1004整閥備用，出現(xiàn)內(nèi)漏直接更換閥門整體的辦法，極大地減少了閥門內(nèi)漏情況，縮短了系統(tǒng)放空閥內(nèi)漏時(shí)間，提高了氨產(chǎn)量。

解決燃?xì)馔钙饺伎毡绕邌?wèn)題，提高燃?xì)馔钙饺ヒ欢无D(zhuǎn)化爐的乏氣溫度，降低一段轉(zhuǎn)化爐的燃料天然氣消耗燃?xì)馔钙饺伎毡纫恢痹诟呶贿\(yùn)行，導(dǎo)致燃?xì)馔钙饺ヒ欢无D(zhuǎn)化爐的乏氣溫度低，進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐的燃燒空氣基本上在400～420℃運(yùn)行，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值543℃。為了解決此問(wèn)題，化肥二部通過(guò)認(rèn)真分析研究，發(fā)現(xiàn)影響燃?xì)馔钙饺伎毡雀呶贿\(yùn)行的原因是天然氣中夾帶的凝析油在燃?xì)馔钙綗斓臏u流器中結(jié)焦，堵塞燒嘴，導(dǎo)致燃?xì)馔钙饺伎毡壬?。通過(guò)更換新燒嘴解決此問(wèn)題，最終使得燃?xì)馔钙饺伎毡仍谙嗤r下降至安全值運(yùn)行，使得有條件提高燃?xì)馔钙脚艢鉁囟仍?50-480℃運(yùn)行，折合降低噸氨消耗天然氣約2.5m3。

3 總體降耗分析

2019 年 與2018 年 比 較，噸 氨 氣 耗 由1699.82m3降 至1654.61m3，噸氨耗氣減少45.21m3，剔除開停車相關(guān)氣耗，正常生產(chǎn)階段噸氨氣耗由1671m3降至1643m3，噸氨耗氣減少28m3，2019年天然氣平均甲烷含量比2018年高0.56%，按照甲烷每上漲1%，噸氨氣耗降低23m3計(jì)，天然氣甲烷上漲貢獻(xiàn)噸氨氣耗下降12.88m3，二部精細(xì)化管理貢獻(xiàn)噸氨氣耗下降15.12m3，停開車次數(shù)減少貢獻(xiàn)噸氨氣耗17.21m3，同理可計(jì)算2019年與2017年比較各項(xiàng)能耗下降情況。各影響因素情況如下：

1）剔除開停車因素影響后的噸氨氣耗：

1706m3（2017年）→1671m3（2018年）→1643m3（2019年）

2）剔除開停車和天然氣甲烷變化（以2017年甲烷含量為基準(zhǔn)）影響后的噸氨氣耗趨勢(shì)

1706m3（2017年）→1682m3（2018年）→1667m3（2019年）

3）2019年與2018年比較噸氨耗氣下降各影響因素占比

系統(tǒng)優(yōu)化影響占比：33%

開停車影響占比：38%

天然氣組分影響占比：29%

4）2019年與2017年比較噸氨耗氣下降各影響因素占比

系統(tǒng)優(yōu)化影響占比：35%

開停車影響占比：43%

天然氣組分影響占比：22%

4 節(jié)能降耗努力方向

1）開車放空氣回收項(xiàng)目：自2012年改造完成以來(lái)，由于循環(huán)水流量不足一直無(wú)法投用，若能投用，按平均每年5次開停車算，每年平均可回收天然氣約60萬(wàn)m3，建議在144C 循環(huán)水管道上增加管道泵，滿足實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)目的投用條件。

2）130 D 填料升級(jí)：自2015年以來(lái)，該塔能力明顯不足，可通過(guò)升級(jí)填料來(lái)增大傳質(zhì)面積，提升塔能力，經(jīng)過(guò)與蘇爾壽等多家公司聯(lián)系交流，更換新型填料雖有效果，但不明顯，因?yàn)楫?dāng)前使用的填料為階梯環(huán)，比表面積已經(jīng)是比較大的填料了。當(dāng)前有一個(gè)較為不成熟的想法，把φ38的填料換成φ25的填料，比表面積會(huì)有大幅提升，但壓差會(huì)上漲。建議通過(guò)設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)，更換多少φ25的填料合適，裝填位置平均分在兩層上還是只換一層，既能保證不液泛又可以保證氣液分布均勻壓差變化小。

3）研究鍋爐排污水降溫余熱回收。

4）蒸汽管道及高壓鍋爐保溫更新，減少熱損失。

5）一段爐輻射段耐火襯里更新，減少熱量損失。

6）繼續(xù)探索一段爐對(duì)流段盤管清洗新方法，提高換熱效率，減少熱損失。