煤化工水煤氣凈化裝置的管理提升與優(yōu)化改造

周 宇

（國能包頭煤化工有限責任公司，內(nèi)蒙古包頭 014060）

水煤氣凈化裝置的主要任務是處理來自上游氣化裝置的粗水煤氣，脫除變換氣中的大部分CO2和全部的H2S，調(diào)節(jié)氫碳比，以滿足后續(xù)甲醇合成裝置的進料需要；同時將H2S濃縮后的酸性氣生產(chǎn)固體硫磺，尾氣處理至滿足國家標準后排放。在日常工作中，通過強化班組管理、培養(yǎng)復合型人才等措施，充分調(diào)動員工積極性，提升管理水平；通過打造樣板管理間、密封點分級管理、催化劑精細化管理以及多方位的改造，優(yōu)化了工藝流程，解決了運行中的瓶頸問題，保證了裝置能夠長周期平穩(wěn)運行。

1 強化裝置基礎(chǔ)管理，確保生產(chǎn)平穩(wěn)運行

1.1 強化班組管理，提升管理水平

對各運行班組進行月度工作量化評比，通過競爭提升班組建設(shè)。注重班組長人才培養(yǎng)，定期對班組儲備管理人員進行培訓和考評，提升管理水平。

1.2 創(chuàng)建學習平臺，提高業(yè)務水平

通過崗位互換，加強了復合型人才的培養(yǎng)，拓寬了班組人員職業(yè)技能，實現(xiàn)“一崗多能”；強化點滴教育理念，利用交接班時間，做好崗位業(yè)務知識、安全事故等學習，并在每月月考及裝置各類競聘中納入考試范圍，潛移默化提升業(yè)務能力。

1.3 加強設(shè)備基礎(chǔ)管理，打造亮點示范工程

以潤滑油站管理為突破口，打造管理樣板間，具體做法如下。

（1）明確屬地管理責任

中心潤滑油站歸凈化裝置統(tǒng)一管理考核，劃清權(quán)責界限有利于潤滑油站的日常管理，同時嚴格要求潤滑油的定置擺放，嚴格按照儲油間、取油間、廢油間的用途進行管理使用。

（2）安排兼職專員協(xié)助管理

針對在潤滑油站日常管理過程中出現(xiàn)的如何保持常態(tài)化管理的問題，中心安排兼職專員協(xié)助管理，為潤滑油站的日常巡檢、檢查衛(wèi)生、加取油記錄等工作的標準化、制度化提供了人力的保障。

（3）加強檢查考核力度

裝置每周對潤滑油站及現(xiàn)場各個機泵的衛(wèi)生情況進行檢查，對檢查情況進行講評，并通過五型班組的管理進行考核獎勵，積極調(diào)動員工對潤滑管理工作的積極性和主動性。

1.4 建立靜密封點分級管理臺賬，嚴格控制系統(tǒng)泄漏率

（1）項目背景

為嚴格生產(chǎn)現(xiàn)場泄漏安全管理，有效預防和控制泄漏，降低因泄漏導致的潛在風險，提高本質(zhì)安全水平，牢固樹立“泄漏就是事故”的理念，努力實現(xiàn)“不泄漏、不著火、不爆炸、不中毒、不窒息，無傷害”的目標，對裝置現(xiàn)有靜密封點進行分級管理。

（2）項目實施內(nèi)容

對裝置所有的靜密封點進行梳理，做到全覆蓋全排查，結(jié)合動設(shè)備密封點清單，采取分類、分片、分級管控措施。

①根據(jù)介質(zhì)特性、工藝參數(shù)和狀態(tài)以及相關(guān)安全風險，結(jié)合常態(tài)化的檢查要求，裝置將密封點分為A、B、C三類。C類為一般性介質(zhì)密封點，相關(guān)清單主要由班組人員檢查，工程師進行確認；B類為低壓閃蒸氣、火炬氣、不凝氣、蒸汽等低風險介質(zhì)密封點，相關(guān)清單主要由班組人員檢查，工程師進行確認；A類為氫氣、合成氣、酸性氣、燃料氣、丙烯、甲醇等高風險介質(zhì)密封點，相關(guān)清單主要由班組人員檢查，工程師進行確認和檢查。

②將裝置劃分區(qū)域分片到責任工程師，每個片區(qū)設(shè)工藝工程師和設(shè)備工程師各一名，裝置工藝主管和設(shè)備主管對裝置區(qū)域總體負責。

③針對漏點巡查，班組長及操作人員巡回檢查按照密封點風險類別，按照要求頻次（A類：1次/周，B類：1次/月，C類：1次/月）進行巡查，發(fā)現(xiàn)漏點立即匯報片區(qū)責任工程師及值班工程師組織消漏。

④在巡回檢查過程，片區(qū)責任工程師對班組長及操作人員的漏點巡查質(zhì)量檢查監(jiān)督，主管對片區(qū)責任工程師的漏點巡查和管控質(zhì)量檢查監(jiān)督，考核管理跟進，逐級管控，各級負責，保證漏點查消質(zhì)量效果。

（3）項目效果

規(guī)范密封點管理，打造設(shè)備管理制度化。將密封點分級管理最終形成裝訂成冊、分包入班、制度到級，使得設(shè)備密封點的管理規(guī)范化制度化，讓每個管理層級的責任劃分更加明顯，日常工作更有條理性。

居安思危的理念傳輸?shù)桨嘟M每個人。管理前移重在預防，對密封點的強化管理，有利于裝置日常安全平穩(wěn)運行，更重要的是提高了員工的安全理念。

1.5 加強變換催化劑運行管理，提升關(guān)鍵設(shè)備材料運行壽命

（1）項目背景

凈化裝置使用的是一種新型、高效的預硫化型耐硫變換催化劑。預硫化催化劑是具有特殊載體并含有新型助劑的鈷鉬系硫化型催化劑，經(jīng)過徹底硫化后，再經(jīng)特殊工藝鈍化處理，可以常溫接觸空氣，不會發(fā)生自燃、放熱等現(xiàn)象。

（2）項目提升內(nèi)容

為提高催化劑的精細化管理，提升催化劑使用效果，凈化裝置主要從以下幾方面進行管理。

①制定《變換爐催化劑運行管控方案》，對催化劑使用中后期的操作運行做出嚴格要求，為催化劑長周期運行提供指導。

②針對變換爐運行情況成立變換爐特護小組，對變換中控、外操崗位指定專人操作，統(tǒng)一操作思路。

③根據(jù)系統(tǒng)運行情況編制《凈化硫回收裝置變換催化劑操作指導》，細化指導具體操作，穩(wěn)定變換催化劑床溫。

④每月根據(jù)變換催化劑運行情況，編制《凈化裝置變換催化劑月度運行總結(jié)》，并及時與催化劑廠家聯(lián)系，要求催化劑廠家根據(jù)催化劑運行數(shù)據(jù)每月編制《變換催化劑評估報告》，共同監(jiān)測催化劑運行情況，評估催化劑運行周期。

（3）項目投用效果

在變換催化劑更換前，催化劑管理提升對裝置穩(wěn)定高負荷運行起到了積極作用。

①在系統(tǒng)工況大幅波動的情況下維持變換爐催化劑運行穩(wěn)定，使催化劑滿足滿負荷系統(tǒng)運行需要。

②提高催化劑運行周期，延長催化劑使用壽命，避免了非計劃停車更換催化劑造成的經(jīng)濟損失。

③收集催化劑運行數(shù)據(jù)，為下一個運行周期提供參考依據(jù)，更為長周期運行夯實裝置運行基礎(chǔ)。

2 提高創(chuàng)新意識，通過改造優(yōu)化工藝流程

2.1 變換汽提系統(tǒng)改造項目

（1）項目背景

凈化裝置在運行過程中，變換冷凝液汽提系統(tǒng)汽提塔塔頂換熱器、分液罐、回流泵、回流管線及不凝氣夾套管線等均出現(xiàn)了嚴重腐蝕情況，嚴重影響了裝置的安全平穩(wěn)運行。

（2）項目改造內(nèi)容

①對汽提系統(tǒng)工藝流程進行了優(yōu)化調(diào)整。增加低溫冷凝液洗滌分離器，對低溫工藝冷凝液先進行閃蒸，降低物料中引起腐蝕物質(zhì)的含量。將塔頂冷凝器由臥式變?yōu)榱⑹綋Q熱器，凝液回流改為依靠重力自回流，縮短冷凝液的停留時間，防止硫化銨結(jié)晶聚集，減緩垢下腐蝕。

②通過不同材料的耐腐蝕試驗，將塔頂換熱器采用石墨和哈氏合金兩種耐腐蝕材質(zhì)，汽提塔塔頂易腐蝕管線采用厚壁碳鋼管線，汽提系統(tǒng)相關(guān)調(diào)節(jié)閥采用哈氏合金材質(zhì)，系統(tǒng)手閥采用襯四氟閥門，汽提系統(tǒng)機泵更換為哈氏合金材質(zhì)，均達到了較好的抗腐蝕效果，有效解決了汽提系統(tǒng)的腐蝕問題。

③由于汽提系統(tǒng)容易對不銹鋼造成腐蝕，所以在汽提系統(tǒng)腐蝕介質(zhì)濃度較高的凝液回流管線增加防腐設(shè)施，安裝易腐蝕的不銹鋼材料，消耗汽提系統(tǒng)腐蝕介質(zhì)，降低系統(tǒng)中腐蝕介質(zhì)的濃度，以期達到減緩管線腐蝕的目的。

汽提系統(tǒng)改造流程如圖1所示。

圖1 一氧化碳變換汽提系統(tǒng)優(yōu)化后流程

（3）項目投用效果

項目投用后，有效地解決了公司變換冷凝液汽提系統(tǒng)的腐蝕問題。

①原塔頂立式換熱器使用周期為2個月，更換為石墨換熱器后，到目前為止已運行5a，未出現(xiàn)腐蝕泄漏情況。

②原汽提系統(tǒng)閥門一般使用一周左右就出現(xiàn)內(nèi)漏情況，更換為襯四氟閥后運行6a時間內(nèi)，未出現(xiàn)閥門內(nèi)漏情況，有效地解決了汽提系統(tǒng)閥門內(nèi)漏問題。

③汽提塔塔頂回流管線和塔頂冷凝器氣相出口管線由321材質(zhì)更換為厚壁碳鋼材質(zhì)，并在回流管線增加防腐蝕設(shè)施，腐蝕泄漏情況明顯減輕，從之前三個月的運行周期，增加至2a運行周期。

汽提系統(tǒng)防腐研究取得明顯效果，不僅延長了汽提系統(tǒng)運行周期，減少了凈化裝置緊急停車及檢維修頻次，同時也為其他類似的大型煤化工廠提供了借鑒經(jīng)驗，可以在同行業(yè)相關(guān)的腐蝕區(qū)域進行使用。

2.2 減少機泵檢修頻次項目

（1）項目背景

凈化裝置機泵數(shù)量較多，輸送介質(zhì)種類多且多為有毒有害易腐蝕介質(zhì)，原有各機封類型都為自密封形式，由于介質(zhì)在機封腐蝕作用，多數(shù)機封使用周期三至六個月，使得機泵頻繁檢修且由于有毒有害介質(zhì)原因增加了現(xiàn)場檢維修作業(yè)風險。

（2）項目改造內(nèi)容

通過對不同機泵機械密封情況，以及日常對泄漏點出現(xiàn)規(guī)律統(tǒng)計及泄漏出現(xiàn)原因分析，針對裝置不同類型機泵，采取了相對應的措施達到了降低凈化裝置機泵機封更換數(shù)量的目的。變換高溫冷凝液泵機封由原來的自密封改成外接潔凈密封水沖洗冷卻，并更換密封O型圈材質(zhì)，由丁腈橡膠改為氟橡膠；低甲低溫泵機封密封圈由丁腈膠改為全氟醚橡膠；低溫甲醇水分離塔回流泵和熱再生塔回流泵普通機械密封改為PLAN11+72+75形式的干氣密封。

（3）使用效果

高溫冷凝液泵改造投用后，機封使用壽命從原來平均3個月延長至9個月，最長使用周期為12個月。低甲低溫泵機封使用壽命從原來平均9個月延長至18個月，最長使用周期為24個月。低溫甲醇水分離塔回流泵及熱再生塔回流泵機封改造投用后，機封使用壽命從原來平均6個月延長至12個月，最長使用周期為18個月。自改造起每年機封更換減少14套，節(jié)省檢修費用約21萬元。

2.3 丙烯壓縮機聯(lián)通線改造項目

（1）項目背景

在兩系列丙烯壓縮機正常運行期間，為了滿足一段喘振裕度需要，兩臺壓縮機的一段防喘振閥開度都在50%左右，使得大量丙烯氣從壓縮機出口返回到入口，造成兩臺丙烯壓縮機的能耗損失較大。

（2）項目改造實施

將Ⅰ、Ⅱ系列氣液相管線進行連通，通過氣相丙烯連通線將兩系列的氣態(tài)丙烯并入到一臺壓縮機入口，再通過液態(tài)丙烯連通線將一臺壓縮機的液態(tài)丙烯送至兩個系列低溫甲醇洗，從而增加單臺壓縮機的入口流量，增加喘振裕度，關(guān)小一段防喘振閥，實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

（3）改造效果

當兩臺丙烯壓縮機給兩系列低溫甲醇洗獨立制冷時，采用該氣，液相連通管線是非常必要的，在低溫甲醇洗系統(tǒng)開車降溫初期，由于公司4.1MPa蒸汽較少，可以采用一臺丙烯壓縮機給兩個低溫甲醇洗系統(tǒng)制冷，為公司節(jié)約蒸汽。并且當一臺壓縮機出現(xiàn)故障時，可以采用另一臺壓縮機給兩系列低溫甲醇提供冷量，實現(xiàn)兩系列低溫甲醇洗80%負荷生產(chǎn)，為公司減少經(jīng)濟損失，增加經(jīng)濟效益。

避免壓縮機開車過程中大量氮氣進入工藝系統(tǒng)，影響冷卻器冷卻的問題，從而既實現(xiàn)了壓縮機開車過程中不用排放惰性氣（氮氣）引起大量丙烯浪費的問題，也解決了由于排放大量丙烯對環(huán)境造成污染的問題。真正實現(xiàn)了制冷壓縮機開車過程中“零排放”的目的。

改造后每次丙烯壓縮機開車過程中可節(jié)約丙烯損失、氮氣損失、電損耗約3.1萬元，一臺丙烯壓縮機給兩個低溫甲醇洗系統(tǒng)預冷，節(jié)約4.1MPa過熱蒸汽約900t，共節(jié)約費用為39.1萬元。

2.4 硫回收單元降低SO2排放指標改造項目

（1）項目背景

原設(shè)計凈化后的排放廢氣滿足以下標準規(guī)范：《大氣污染物綜合排放標準》GB 16297—1996 SO2濃度＜960mg/m3（標），2015年4月16日已發(fā)布新標準：石油煉制工業(yè)污染物排放標準（GB 31570—2015），標準中大氣污染物排放限值SO2＜400mg/m3（標），環(huán)境敏感地區(qū)SO2＜100mg/m3（標）。在項目改造之前，硫回收尾氣中SO2實際排放濃度維持在400mg/m3（標）以下，但在夏季高溫季節(jié)平均值會達到480~550mg/m3（標）。為滿足新發(fā)布標準的要求，減少有害廢氣的排放，使之符合我國環(huán)境保護的要求，裝置需要進行改造。

（2）項目改造內(nèi)容和實施情況

硫回收單元降低SO2排放指標改造項目在煙氣排煙囪前增加煙氣脫硫部分，通過堿洗系統(tǒng)對尾氣進行深度脫硫。

（3）項目實施效果

改造項目試車投運后，煙氣中SO2濃度大幅降低。改造前（8月）煙氣中SO2平均濃度為396mg/m3（8月的曲線與左側(cè)坐標對應），改造后（9月）煙氣中SO2平均濃度僅為28.7mg/m3（9月的柱形圖與右側(cè)坐標對應），改造后滿足《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB 31570—2015）中大氣污染物特別排放限值（SO2＜100mg/m3（標））。圖2為煙氣中SO2濃度數(shù)據(jù)對比圖。

圖2 二氧化硫月度趨勢圖

改造后半年內(nèi)，煙氣中SO2平均濃度為22.8mg/m3，低于《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB 31570—2015）大氣污染物特別排放限值[SO2＜100mg/m3（標）]，尾氣中SO2100%達標排放。

2.5 延長變換廢鍋長周期運行項目

（1）項目背景

凈化裝置在生產(chǎn)運行中，隨運行時間增加，廢熱鍋爐泄漏頻繁，除歷年大修外，廢熱鍋爐泄漏造成多次緊急停車。廢熱鍋爐運行狀況已成為制約凈化裝置長期穩(wěn)定運行的頭等隱患，動輒污染蒸汽，損壞設(shè)備。嚴重時可能引發(fā)超壓、爆炸等惡性事故。同時，因泄漏導致的單系列停車一般需7~10d，對公司的生產(chǎn)效益造成較大損失，同時也增大了崗位人員勞動強度。因此，凈化裝置重點從優(yōu)化廢熱鍋爐運行工況，改造提升爐水水質(zhì)，提升廢熱鍋爐運行周期。

（2）項目改造內(nèi)容

從以下幾個方面對換熱器及廢熱鍋爐進行改造：

①采取新型構(gòu)造設(shè)備，對泄漏較多的換熱器及廢鍋進行整體更換。

②強化廢鍋運行工況優(yōu)化，采取更換廢鍋現(xiàn)場液位計，保障廢鍋液位正常，對開停車過程中升溫、升壓、降溫、降壓速率進行嚴格管控。

③將變換廢鍋爐水原控制值pH：8~10.5，PO43-：2~10mg/l修訂為pH：9~11，PO43-：5~15mg/l。依據(jù)變換上游脫鹽水供水質(zhì)量，設(shè)計投用爐水加氨技改，將爐水指標強化管控，避免水質(zhì)變化對變換廢鍋的影響。

④利用歷次大檢修機會，使用氨氣查漏法：先用氮氣置換殼程內(nèi)的空氣，直至出口氧含量≤0.5%，然后充氮壓力至0.2MPa，并檢查換熱管、管板/換熱管焊縫，無滲漏后充氨氣壓力達到0.235MPa，關(guān)閉各進氣閥門，將檢測用的酚酞試劑涂刷在試紙上并貼在管板上，并始終保持濕潤狀態(tài)。根據(jù)試紙顯色情況進行保壓查漏，將換熱器及廢鍋泄漏隱患完全暴露，并加以整改，延長換熱器及廢鍋運行周期，避免因泄漏導致的非計劃停車。

（2）項目效果

經(jīng)過各項措施落實，凈化裝置自上個大修至今未發(fā)生因變換廢鍋泄漏導致的緊急停車，已穩(wěn)定運行3a，達到了歷史最高水平。顯著提升了公司效益，為公司平穩(wěn)運行提供了有力支撐。

2.6 減少低溫甲醇洗單元氣提氮氣消耗項目

（1）項目背景

低溫甲醇洗單元通過減壓、N2氣提、熱再生的方式進行變換氣中酸性氣的脫除和循環(huán)甲醇的再生，每年消耗0.46MPa氣提N2量費用高達5 408萬元/a。在保證低溫甲醇洗正常運行期間各項工藝指標的條件下，進一步優(yōu)化系統(tǒng)運行工況，降低氣提N2的單位消耗量，能進一步降低低溫甲醇洗系統(tǒng)的運行費用。

（2）項目措施

①根據(jù)系統(tǒng)負荷的變化，適當加大了各激冷器的負荷，降低氣提N2的用量。

②制定氣提N2消耗對照表，根據(jù)系統(tǒng)負荷變化情況，嚴格要求操作人員按不同負荷下氣提N2的使用標準進行操作，進一步減少了由于負荷變化而引起的氣提N2損耗。

③穩(wěn)定低溫甲醇洗系統(tǒng)內(nèi)的氫碳比，防止系統(tǒng)碳累積導致短期負荷過大，進而導致系統(tǒng)壓力下降，甲醇對酸性氣的溶解度下降而被迫提高甲醇循環(huán)量情況的發(fā)生，穩(wěn)定氣提N2的消耗。

④控制甲醇水分離塔工況穩(wěn)定，保持甲醇中水含量在低限，使單位甲醇吸收酸性氣的能力提高，減小甲醇循環(huán)量，從而減少氣提N2的消耗。

（3）項目效果

0.46MPa氣提N2每年單耗趨勢見圖3。

圖3 0.46MPa氣提N2單耗趨勢圖

采取各種措施后，低溫甲醇洗單元氣提N2的消耗逐年下降，單耗由2011年的130.22m3（標）/t甲醇下降至2020年的84.7m3（標）/t甲醇，同比下降34.96%，年節(jié)省生產(chǎn)費用832萬元。

3 結(jié)束語

通過實施水煤氣凈化裝置管理的強化及提升、運行中進行的優(yōu)化改造等措施，不但優(yōu)化了工藝流程，解決了運行中的瓶頸問題，還保證了裝置能夠長周期平穩(wěn)運行。