合成氨裝置節能降耗措施分析

諸 兵，寧 靜

（中海化學富島有限公司化肥二部，海南東方 572600）

中海化學富島有限公司化肥二部是設計年產450kt 合成氨、800kt 尿素裝置，于2003年建成投產。合成氨裝置采用的是KBR（凱洛格布朗）工藝。降低生產成本，減少能源消耗是公司所面臨的重要任務。

1 重視裝置長周期運行，組織長周期運行大討論

2019年度，化肥二部重視裝置長周期運行管理，組織長周期大討論，組織全體員工全員參與，從操作、技術、裝備管理的角度，從巡檢落實、隱患排查、動作固化、應急處置、備件準備、本質安全等方面入手全面思考長周期措施，最后提煉出有可操作性的措施137條，編制成《化肥二部長周期管控措施一覽表》并逐一落實好責任人，下發執行。2019年化肥二部年度計劃停車次數1次，非計劃停車0次。2003年投產至2018年以來，合成裝置平均年度停車次數為5次，每次停開車全年噸氨耗氣大約上漲9m3，長周期運行措施的實施，使2019年度噸氨耗天然氣下降36m3。

2 深挖節能潛力，優化工藝系統

近年來，化肥二部通過勞動競賽狠抓亂排亂放，大幅減少了蒸汽排放、廢氣排放和工藝氣排放，通過及時修復系統放空閥PV1004，使系統放空泄漏工藝氣量明顯減少，達到了減排增產的效果。通過系統優化提升了一段爐轉化率，通過降低一段爐水碳比減少蒸汽和燃氣耗量，降低一段爐殘氧，減少了燃氣消耗。通過優化二段爐空碳比，提升了二段爐轉化率；通過及時更換低變催化劑，減少了甲烷化爐氫耗，直接達到增產目的。

2.1 一段爐的優化

（1）提高一段轉化爐出口溫度：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，水碳比逐漸上調至2.84，總體呈下降趨勢。

一段爐殘氧的降低和水碳比的降低節約出的燃氣，剛好彌補一段爐出口工藝氣提溫所增加的燃氣。一段爐出口工藝氣溫度的提升，提高了一段爐甲烷轉化率，使一段爐出口甲烷降低了約1%。

2.2 二段爐的優化

經過二段爐優化操作，降低二段爐出口甲烷含量，提高二段爐出口氫含量，使氨產量提高。經過調整，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，氨產量可提高約0.504%，當前負荷（68000kg/h）下，每天增產7.22t 氨。

2.2.1 凈化單元優化系統，增加低壓蒸汽產汽量

為了回收低溫變換出口工藝氣熱能，增加低壓蒸汽產氣量，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，2019年低壓蒸汽產量大幅增加，對比2019年和2018 年低壓蒸汽產量。每小時產量增加約1285kg，全年按300d 計算，增加低壓蒸汽產量約9252t。

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

147D 降壓操作節能量時間 氨耗燃氣Nm3/t較上年節約人民幣（萬元）年耗燃氣(萬m3)較上年節約燃氣燃氣(萬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 以年產氨450kt 計天然氣價格0.68 元/m3

自2017年10月開始勞動競賽以來，各班組狠挖裝置節能潛力，精心操作，盡量將氨壓縮機出口壓力控制在較低水平，降低氨壓縮機透平的高壓蒸汽消耗。

通過對2016-2019年正常生產工況下105JT 噸氨消耗HS的數據分析，發現105JT 噸氨耗HS 逐年降低，折算為燃氣消耗后，分別較上一年節約燃氣30.9492萬m3、88.2022萬m3、13.1589萬m3。

2.2.3 解決系統放空閥內漏問題，減少內漏，提高產氨量

工藝系統放空閥PV1004內漏一直是降低噸氨耗的難題，每當裝置運行一段時間后均會出現內漏情況，直接造成氨產量下降。針對此情況，化肥二部積極與電儀部研究協商，通過采取PV1004整閥備用，出現內漏直接更換閥門整體的辦法，極大地減少了閥門內漏情況，縮短了系統放空閥內漏時間，提高了氨產量。

解決燃氣透平燃空比偏高問題，提高燃氣透平去一段轉化爐的乏氣溫度，降低一段轉化爐的燃料天然氣消耗燃氣透平燃空比一直在高位運行，導致燃氣透平去一段轉化爐的乏氣溫度低，進入一段轉化爐的燃燒空氣基本上在400～420℃運行，遠遠低于設計值543℃。為了解決此問題，化肥二部通過認真分析研究，發現影響燃氣透平燃空比高位運行的原因是天然氣中夾帶的凝析油在燃氣透平燒嘴的渦流器中結焦，堵塞燒嘴，導致燃氣透平燃空比升高。通過更換新燒嘴解決此問題，最終使得燃氣透平燃空比在相同工況下降至安全值運行，使得有條件提高燃氣透平排氣溫度在450-480℃運行，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，剔除開停車相關氣耗，正常生產階段噸氨氣耗由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，天然氣甲烷上漲貢獻噸氨氣耗下降12.88m3，二部精細化管理貢獻噸氨氣耗下降15.12m3，停開車次數減少貢獻噸氨氣耗17.21m3，同理可計算2019年與2017年比較各項能耗下降情況。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）影響后的噸氨氣耗趨勢

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

系統優化影響占比：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

系統優化影響占比：35%

開停車影響占比：43%

天然氣組分影響占比：22%

4 節能降耗努力方向

1）開車放空氣回收項目：自2012年改造完成以來，由于循環水流量不足一直無法投用，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m3，建議在144C 循環水管道上增加管道泵，滿足實現該項目的投用條件。

2）130 D 填料升級：自2015年以來，該塔能力明顯不足，可通過升級填料來增大傳質面積，提升塔能力，經過與蘇爾壽等多家公司聯系交流，更換新型填料雖有效果，但不明顯，因為當前使用的填料為階梯環，比表面積已經是比較大的填料了。當前有一個較為不成熟的想法，把φ38的填料換成φ25的填料，比表面積會有大幅提升，但壓差會上漲。建議通過設計院進行設計，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）繼續探索一段爐對流段盤管清洗新方法，提高換熱效率，減少熱損失。