低温甲醇洗系统的节能改造

耍芬芬，张洋洋，徐严伟，顾朝晖，张洪辉

(1.河南心连心化肥有限公司 河南新乡 453731；2.利欧〔大连〕工业泵技术中心有限公司 辽宁大连 116000)

河南心连心化肥有限公司原料结构调整项目设计年产450 kt合成氨、800 kt尿素，其中脱硫、脱碳采用国内先进的低温甲醇洗净化技术。采用低温甲醇吸收变换气中的CO2和H2S时，压力越高，越有利于CO2和H2S的脱除。吸收了CO2和H2S的含硫富甲醇液和仅吸收CO2的无硫富甲醇液通过减压阀减压后送入闪蒸罐，造成能量的严重浪费。低温甲醇洗系统的主要能耗在于机泵的电耗、低压蒸汽消耗。液力透平泵是一种效率高、工作稳定性好的能量回收装置[1]，利用液力透平泵将减压过程损失的压力能转换为液力透平的机械能，通过传动机构来驱动机泵并代替系统中原有机泵工作，以减少低温甲醇洗系统机泵的电耗，就可实现降低能耗的目的[2]。

1 液力透平泵的工作原理及布置方式

液力透平泵的工作原理是高压液态工质所具有的能量经过透平时转换为动能，流过叶轮时流体冲击叶片推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转，透平轴直接或经传动机构带动其他耗能设备输出机械功[3]。

能量回收装置有直趋式和辅助趋动式2种基本布置方式，透平输出功率大于负载功率时采用直驱式，透平是唯一动力设备；透平输出功率小于负载功率时采用辅助驱动式，透平为第2动力设备，与第1动力设备共同驱动负载设备[1]。

2 液力透平泵在低温甲醇洗系统的应用

河南心连心化肥有限公司低温甲醇洗系统采用七塔流程，无硫富甲醇液和含硫富甲醇液在减压过程中有大量能量浪费，能量回收针对这2股物料进行，其基本参数如表1所示。

表1 无硫富甲醇液和含硫富甲醇液基本参数

项目含硫富甲醇液无硫富甲醇液阀前压力/MPa5.255.21阀后压力/MPa1.751.75流量/(m3·h-1)218363相对密度0.9820.979温度/℃-32.95-32.95

设计时，预留20～40 m3/h流量用于调节洗涤塔的液位，按透平效率71.5%计算，透平回收的能量由式(1)计算，无硫富甲醇液和含硫富甲醇液在不同旁路过液量时可回收的能量如表2所示，H2S浓缩塔塔底富甲醇液泵P1603和汽提塔塔底富甲醇液泵P1608的基本参数如表3所示，机泵轴功率由式(2)计算。

W=Q×ΔP×η/3.6

(1)

式中：W——透平回收功率，kW；

Q——流量，m3/h；

ΔP——压差，MPa；

η——透平效率，取71.5%。

P=Q×H×γ/(367.2×η)

(2)

式中：P——轴功率，kW；

H——扬程，m；

γ——介质相对密度。

表2 无硫富甲醇液和含硫富甲醇液在不同旁路过液量时可回收的能量

旁路过液量/(m3·h-1)回收能量/kW含硫富甲醇液无硫富甲醇液201382363013122940124222

表3 P1603和P1608的基本参数

项目P1603P1608流量/(m3·h-1)300308温度/℃-44.3331.62扬程/m112160介质相对密度0.8880.797效率0.70.7轴功率/kW116153

对比表2和表3数据可知，无硫富甲醇液可回收能量大于P1608轴功率，含硫富甲醇液可回收能量大于P1603轴功率，均可以采用直驱式能量回收装置。无硫富甲醇液温度约为-32 ℃，P1608输送的介质温度为31.62℃，透平泵一体化设备目前无法通过密封防止温度传递，故本次改造时暂不考虑无硫富甲醇液能量的回收。含硫富甲醇液与P1603输送的介质温度相近，不必考虑温度传递的影响，因此采用液力透平泵一体化设备回收含硫富甲醇液的能量驱动机泵代替P1603，液力透平泵并入系统后的工艺流程如图1所示。

图1 液力透平泵并入系统后的工艺流程E1603.含硫甲醇氨冷器 V1602.含硫甲醇闪蒸罐 HV16204.减压阀 LV16084.透平端进口调节阀 LV16083.洗涤塔塔底液位调节阀 T1603.H2S浓缩塔 P1603.H2S浓缩塔塔底富甲醇液泵 S1602.富甲醇过滤器

透平泵投运后，减压阀HV16204完全关闭，透平端代替HV16204工作；P1603停运，透平泵泵端代替P1603工作。

3 运行效果

3.1 运行参数

透平端进口压力4.10～4.30 MPa，透平端出口压力约1.650 MPa，泵端进口压力约0.155 MPa，泵端出口压力保持在1.00～1.20 MPa；转速在2 800～3 000 r/min，泵端轴承温度在16～25 ℃，透平端轴承温度在47～60 ℃，泵端振动值为0.71～1.00 mm/s，透平端振动值在1.00～1.44 mm/s，轴承温度和振动值均在标准规定范围内(轴承温度<80 ℃，振动值<7.10 mm/s)。

3.2 运行中存在的问题

透平端进口调节阀LV16084压力损失过大，LV16084阀前压力在5.30 MPa左右，经过LV16084后实际压力在4.10～4.30 MPa，压力损失达到1.00 MPa，造成能量损失。在透平端进口压力为4.20 MPa的情况下，泵端流量、扬程仍可满足工艺需求，但LV16083开度较小，甲醇洗涤塔下塔液位调节余量较小。如果LV16084的压力损失减小，透平的扬程提高，透平端需要的流量减少，LV16083的开度可增大。

3.3 经济效益分析

透平泵投运后，P1603停运可节电131 kW，按年正常运行300 d、电价0.6元/(kW·h)计，年可节省费用约56.59万元。

4 结语

采用液力透平泵一体化设备回收含硫富甲醇液的能量驱动机泵代替P1603工作，不影响原系统的稳定运行，轴承温度、振动值均在标准规定范围内；项目节电效果明显，年可节省费用约为56.59万元。项目中存在的主要问题是LV16084阀体选型较大，实际开度小，造成1.00 MPa的压力损失，导致能量浪费。

根据液力透平泵一体化设备回收含硫富甲醇液的能量驱动机泵代替P1603的运行经验，考虑采用液力透平装置回收无硫富甲醇液的能量驱动机泵代替P1608。由于无硫富甲醇液和P1608输送介质温度相差较大，透平端和泵端拟通过长度大于1 m的联轴器连接，以避免2股介质之间的热量传递。