合成氨裝置節能減排分析和采取措施的實施及效果

白文斌

（海洋石油富島有限公司，海南東方 572600）

1 概述

某大型化工企業300kt/a合成氨、520kt/a尿素，于1994年開工建設，1996年建成投產，生產穩定，氨產量達到了設計水平。合成氨裝置主要生產單元包括空分、氣化、凈化（包括脫硫、一氧化碳變換、脫碳、液氮洗等工段）及氨合成單元。空分單元采用林德全低壓液氧泵流程，氣化單元采用謝爾6.0MPa非催化部分氧化廢鍋流程，變換單元采用飽和熱水塔流程，脫硫、脫碳單元采用林德低溫甲醇洗流程，氨合成單元采用凱洛格臥式合成塔、組合式氨冷器流程。

合成氨裝置使用的蒸汽，由公用工程的三臺高壓鍋爐提供。三臺高壓鍋爐分別為A/B/C爐，其中A/B爐為145t/h，C爐為220t/h，利用燃煤、燃油將鍋爐給水加熱、蒸發和過熱，生產10.4MPa、495℃過熱蒸汽，滿足全廠的蒸汽透平及熱網需要。蒸汽管網由10.0MPa、7.0MPa、4.0MPa、0.98MPa、0.44MPa等五個等級組成。

2005年，因原油價格不斷上漲，原料渣油供應持續減少，結合國家制定的西氣東輸的重大策略的實施，為了充分利用西部的天然氣資源，提高企業經濟效益，對合成氨裝置實施了“油改氣”原料路線改造，主要包括天然氣壓縮單元改造、氣化單元改造、變換工段改造、低溫甲醇洗改造及蒸汽過熱爐改造等工藝裝置。

近年來，天然氣用戶增加，使用量遞增，導致原料天然氣價格大漲，造成合成氨生產成本增加，必須從技術改造、節能改造等方面采取一系列措施，挖潛增效降低綜合能耗，降低企業生產成本，提高企業經濟效益。

2 存在問題

1）凈化單元甲醇洗硫化氫洗滌塔DA203甲醇中水含量超標，嚴重影響合成氨裝置負荷。凈化單元甲醇洗硫化氫洗滌塔的甲醇送低溫甲醇洗滌塔，吸收合成氣中二氧化碳，凈化合成氣，同時生產尿素裝置所需的二氧化碳氣體。凈化單元甲醇洗硫化氫洗滌塔中水含量超標，不能有效凈化合成氣，被迫減少洗滌的合成氣，維持合成氣的純度，導致合成氨裝置減負荷運行，影響合成氨的產量。

2）空干站新增空氣壓縮機C010A/B循環水量不足，換熱器換熱能力下降，影響打氣量的問題。2005年“油改氣”改造項目中，空干站新增空氣壓縮機循環水在循環水總管的末端，循環水量不足，使換熱器換熱能力下降，影響壓縮機打氣量，不能滿足儀表空氣使用。

3）空干站新增干燥器D010A/B干燥劑使用壽命短的問題。2005年“油改氣”改造項目中，空干站新增干燥器的干燥劑設計使用兩年，但是實際使用最多一年，增加了干燥劑更換費用，增加了合成氨生產成本。

4）新增空氣壓縮機C010A/B運行，浪費電能的問題。2005年“油改氣”方案中，聯產甲醇年產20萬t甲醇裝置需要的儀表空氣和工廠空氣由現有裝置供應，但是現有裝置滿足不了供應要求，需增加空氣壓縮機保證供應。計劃增加3臺空氣壓縮機，經過設計評估后，增加兩臺就能滿足供應，兩臺空氣壓縮機全部運行。“油改氣”后，實際運行期間，發現一臺空氣壓縮機運行不能滿足，兩臺運行有工廠空氣富余，為了保證裝置運行安全，富余空氣全部就地放空，造成電力能源消耗，并產生大量的噪聲，現場噪聲的安全不能達標。

5）氣化爐氧氣放空總閥PC129放空量少，一臺氣化爐故障跳車時，導致另一臺氧氣壓力聯鎖高高跳車，合成氨裝置停車的裝置瓶頸。氣化爐一臺故障跳車時，氣化爐氧氣放空總閥放空量少，導致另一臺氧氣聯鎖高高跳車，合成氨裝置停車，增加了合成氨裝置開停車費用，增加了合成氨生產成本。

6）氣化爐廢熱鍋爐液位調節閥LV101A/B內漏，直接排放大，浪費高壓鍋爐水的問題。氣化爐廢熱鍋爐液位調節閥前后壓差大，開停車及運行工況波動時，頻繁開關調節閥，導致調節閥閥芯沖刷損害，密封不嚴發生內漏。經過檢維修和更換閥芯后，開停車幾次，閥芯沖刷泄漏，內漏的高壓鍋爐水在現場就地放空，嚴重造成水資源的浪費。況且在冬季裝置開停車后，現場排放水汽至地面，瞬間使地面結冰，影響現場作業人員的行走安全。

7）蒸汽過熱爐BA701燒嘴消耗天然氣量大，增加蒸汽生產成本的問題。蒸汽過熱爐是把氣化爐廢熱鍋爐副產飽和蒸汽10.0MPa進行過熱后，送至蒸汽管網為用戶使用。過熱爐舊燒嘴為原始設計，消耗天然氣量大，增加蒸汽生產成本。

8）氣化爐燒嘴冷卻水機泵P02209A/B，振值高的問題。2005年“油改氣”時，燒嘴冷卻水泵為單級離心泵改為11級多級離心泵。運行期間，燒嘴冷卻水泵振值高，軸承磨損大，頻繁倒泵更換軸承，增加了檢維修費用，同時在倒泵過程中增加氣化爐跳車的風險。

9）凈化單元機泵冷卻水濾網堵塞嚴重，頻繁倒泵清濾網，系統工況波動的問題。合成氨裝置循環水系統在投用黃河水后，因黃河水雜質較多，含沙量高，循環水進入凈化單元機泵冷卻水系統，冷卻水濾網堵塞嚴重，軸承溫度升高，不得不倒泵，清理冷卻水濾網，倒泵過程中造成系統工況波動，并增加倒泵停車風險和電耗。

10）甲醇裝置送二氧化碳管線帶液，頻繁損壞二氧化碳鼓風機GB401的問題。2005年“油改氣”后，甲醇裝置送二氧化碳飽和液體在輸送過程中，在管線中冷凝，沒有排出，與二氧化碳氣體混合氣液夾帶送至二氧化碳鼓風機中，導致鼓風機腐蝕和頻繁損壞，增加了檢維修費用，嚴重影響尿素產品的生產。

11）凈化單元變換工段高壓蒸汽流量閥FV305故障，導致合成氨裝置停車的問題。2013年凈化單元變換工段高壓蒸汽流量閥閥芯脫落，高壓蒸汽不能送至變換工段，導致變換工段水循環中斷，合成氨裝置停車，增加了合成氨裝置開停車費用，增加了合成氨生產成本。

3 原因分析和研究，采取措施的實施及效果評價

1）改造凈化單元甲醇洗硫化氫洗滌塔DA203底部換熱器中分離的甲醇水，降低了甲醇中的水含量，合成氨裝置滿負荷運行。通過對甲醇洗硫化氫洗滌塔中水含量超標的原因分析和研究，發現洗滌塔底部換熱器中分離的甲醇水不能徹底精餾，又返回洗滌塔，導致洗滌塔甲醇中水含量超標。甲醇洗硫化氫洗滌塔底部換熱器中分離的甲醇水送至甲醇儲罐，改成直接送至甲醇精餾塔，進行甲醇脫水。改造后，甲醇中水量大幅下降，由原來的2.00×10-6（設計為1.0以下）降至設計值以下，徹底解決了影響合成氨裝置負荷的瓶頸問題，增加了合成氨產量，提高了企業效益。

2）改造空干站新增空氣站壓縮機C010A/B循環水管線，提高換熱器換熱效果，使打氣量達到設計要求。通過對空干站壓縮機循環水管線的回水溫度檢查，發現回水溫度45℃（設計30℃），確定為循環水量不足所致。在空干站壓縮機循環水管線的上水和回水處新增6吋上水和回水管線。改造后，停用原有的4吋循環水上水和回水管線，投用新增的6吋循環水上水和回水管線，循環水回水溫度由45℃降至28℃，提高了壓縮機換熱器的換熱效果，打氣量達到了設計要求。

3）改造空干站新增干燥器D010A/B再生排氣管線，提高了使用壽命，達到了設計壽命。通過對卸出的空干站新增干燥器的干燥劑分析，干燥劑粉化嚴重，確定為泄壓速率快，導致干燥劑粉化，影響使用壽命。在空干站新增干燥器再生排氣管線增加截止閥，延長干燥器泄壓時間，泄壓時間由原來10s，延長到60s，并在分離器底部增加手動排污，由原來的間歇排污改為連續排污，減少分離水、粉塵進入干燥器。改造后，干燥劑的使用壽命達到了設計兩年的要求，極大降低了更換干燥劑的費用，提高了企業效益。

4）回收富余放空工廠空氣，解決了合成氨裝置夏季滿負荷生產瓶頸。將新增空氣壓縮機出口管線與空氣壓縮機出口管線相連，回收新增空氣壓縮機的余量空氣2 000m3(標)/h，增加空分單元空氣量。技改后，既回收了新空氣壓縮機的余量放空工廠空氣，又解決了夏季空氣壓縮機壓縮氣量不足而制約合成氨裝置滿負荷生產的裝置問題，同時又解決了在空干站新增空氣壓縮機故障時，儀表空氣或工廠空氣由空氣壓縮機供給的應急措施。

5）調整氣化爐氧氣放空總閥PC129放空量，解決了合成氨裝置停車的裝置瓶頸。通過對氣化爐跳車的氧氣放空量的DCS曲線分析和研究，確定為氧氣放空總閥PC129跳車聯鎖動作閥門開度大，導致氣化爐兩臺爐跳車。檢修后通過試驗，氧氣放空總閥PC129閥門放空11.0km3(標)/h的氧量閥門開度需要控制在22%，所以工藝配合儀表人員對氧氣放空總閥PC129聯鎖動作閥門開度由原來的18.5%修改為22%。閥門閥位調整后，當一臺爐跳車后，氧氣量在氧氣放空總閥PC129聯鎖動作閥門開至22%，放空量為11.0km3(標)/h，另一臺氣化爐氧氣壓力波動小，未觸動聯鎖跳車，保證合成氨裝置運行正常，解決了裝置瓶頸問題。

6）增加氣化爐廢熱鍋爐排污閃蒸罐，回收高壓鍋爐水，副產0.44MPa蒸汽送脫氧槽回收利用。通過對氣化爐廢熱鍋爐排污進行分析研究，高壓鍋爐水可以閃蒸出低壓蒸汽，并可以回收利用。2007年大修期間，對廢熱鍋爐液位調節閥后排放管線增加三通，接入低壓閃蒸罐中，低壓閃蒸罐底部排放接入冷凝液回收槽，頂部閃蒸的低壓蒸汽接入脫氧槽脫氧蒸汽中。改造后，裝置運行期間，液位調節閥發生內漏后，將內漏的高壓高溫鍋爐水切至閃蒸罐中，經過閃蒸后，冷凝液和蒸汽全部回收利用，節約了資源、降低了能耗、消除了安全隱患，提高了企業經濟效益。

7）改造蒸汽過熱爐BA701燒嘴和電子點火系統，降低天然氣消耗量，降低了蒸汽生產成本。經過對多家兄弟單位的過熱爐BA701燒嘴進行考察、研究和論證，并與設計廠家交流后，由設計廠家對BA701燒嘴的環隙及電子點火系統進行升級改造。改造后，天然氣消耗量由1 200km3(標)/h降至1 000km3(標)/h，每小時減少200m3，極大降低蒸汽生產成本，節約了天然氣能源，實現了節能減排。

8）加厚機泵聯軸節支撐，增加聯軸節的穩定性，徹底解決了燒嘴冷卻水機泵振值高的隱患。燒嘴冷卻水機泵P02209A/B由單級離心泵改造為多級離心泵，機泵軸比較長，支撐不到位就會出現振值高的問題。通過對燒嘴冷卻水機泵多次檢修的分析和研究，排除檢修質量和備件質量的問題，確定為機泵聯軸節處的問題。將機泵聯軸節初的支撐鋼板由3mm改為10mm，并對鋼板進行加固固定。改造后，燒嘴冷卻水機泵的振值由40mm/s降至10mm/s以下，達到了設計指標，解決了裝置隱患。

9）改造凈化單元機泵冷卻水管線，不用倒泵，實現在線清理濾網。凈化單元機泵冷卻水總管分為兩支管線變換單元和低溫甲醇洗單元機泵冷卻水。在變換單元機泵冷卻水總管和低溫甲醇洗單元機泵冷卻水總管，各增加濾網一處，并增加旁路閥。改造后，每周一次定期清理兩處機泵冷卻總管濾網。清理濾網時，循環冷卻水切換至旁路，主路切出清理濾網，避免機泵循環水濾網堵塞，不用倒泵，實現了在線清理濾網，減少了倒泵對系統工況的波動和跳車的風險，減少了電耗，實現節能減排。

10）改造甲醇裝置送二氧化碳管線，消除帶液，維護了二氧化碳鼓風機GB401安全運行。通過對二氧化碳鼓風機多次檢修情況的分析和研究，發現氣液夾帶是頻繁損壞的根本原因。在二氧化碳鼓風機入口增加了一個氣液分離罐，氣液在此罐中進行分離，氣體送至二氧化碳鼓風機，液體進行污水處理系統，達標排放。改造后，定期對分離罐進行液位檢查，并對液體進行排放，二氧化碳不帶液，鼓風機再沒有因帶液損壞，維護了鼓風機運行穩定。

11）改造凈化單元變換工段高壓蒸汽流量閥FV305管線，保證了合成氨裝置滿負荷運行。通過對變換工段高壓蒸汽流量閥檢修檢查，發現閥芯脫落，致使高壓蒸汽不能送至變換工段。增加變換工段高壓蒸汽流量閥旁路管線及旁路閥。改造后，避免了高壓蒸汽流量閥閥芯脫落故障后，打開旁路閥保證變換工段蒸汽使用量，確保系統正常運行，保證合成氨裝置運行正常，避免了裝置非計劃的停車事故。

4 結束語

通過實施持續的節能減排、節能降耗、技術改造等有效措施，使企業的生產成本下降，企業效益提高。節能減排永遠在路上，沒有終點。在壓縮機組、低溫甲醇洗及三劑管理等方面繼續深挖，還可降低生產成本。