化工生产系统的优化经验总结

郭兴育

【摘  要】技术改造是保障化工生产系统长周期安全稳定运行重要手段，是生产管理的核心内容。本文通过对近十年对造气车间生产系统工艺和设备方面技术改造的总结，试探性对化工生产系统的优化从人员，技术改造方案选择，优化方法及途径，必备的技能等提出一种程序化的方法和途径。

【关键词】生产系统;技术改造;工艺优化;途径

陕西兴化集团公司是全国最大的硝酸铵生产企业。氨醇总量90万吨。年生产硝酸铵、纯碱、甲醇、甲胺等化工产品近200万吨。天然气制氢系统设计15万吨，经技改生产系统25万吨长周期稳定运行，2014年造气320天未停车。笔者实施了甲烷化、低变、中变触媒寿命延长，甲烷化水冷器，脱碳低变煮沸器，中变给水预热器技改，脱碳低位热能利用等技术改造几十项，年均效益百万元以上，此文是从以上技改中总结的经验和教训。

一、化工生产系统优化的必要性

技术改造是化工生产系统长周期安全稳定运行是关键，是生产管理的核心内容。变换工序有两台中变给水预热器漏，前后4次技改，前三次只是提高压力等级，四年用了六台设备，还是内漏影响低变触媒寿命。后来从材质、工艺变化分析，设备承受是一种交变应力，改用304后使用9年，系统加量后又因管子和管壳材质不同引起热线膨胀系数不同，温差加大造成管板撕裂，使用同一材质，从根本解决了问题。脱碳系统在年产合成氨20万吨是工艺时有波动：煮沸器、水冷器几乎年年漏、堵，年年有设备更换。通过喷射器改造，水冷器加过滤器，工艺上管线优化等等，同时回收低温热能制冷，近年年产25万吨合成氨是稳定运行，CO2出口分析30年一直在0.2%;从2011年到现在在0.1%。主要设备使用40年，月维修材料费用5万元，

二、生产系统靠什么人来进行生产系统的优化

主要有生产管理人员，技术人员，主管生产或技术领导。

（一）技改人员的分类：分为经验型，理论型，学习型，专家型。

1、经验型：任劳任怨;熟悉生产系统现场流程、熟悉系统开停车，一般生产故障的处理。处理问题，坏了就修，再坏就换。

2、理论型：工作认真，理论能力强，了解生产现场，熟悉系统开停车，掌握生产相关专业知识，工作负责，一般问题可以解决，意外问题只会看领导，只讲问题不讲方法。

3、学习型：生产中坚;对生产现场熟悉流程、设备了熟于心，开停车、故障处理。不断学习，勤思慎行，对生产系统的运行故障有预见性，并采取措施，大修或技改，系统逐步长周期稳定性。

4、专家型：追求的目标。对系统运行了然于心，出现问题从系统性考虑，很快拿出根治方案，了解当前国内外同类生产工艺现状，新技术的发展，行业专业院所的技术能力。对生产系统有自己的看法。系统出现故障可以系统性解决。

三、技术改造项目的分类

低投资或无费型项目占70%

投资型占30%;①低投入高产出项目，②高投入高产出项目，③高投入低产出项目（解决安全隐患的较多）.

（一）低费性或无费性项目范例：

1、中变给水预热器副线技改过程（降低阻力0.15MPa）：

有两台并列的中变给水预热器DN150—DN300的管线，为调节温度，温度设副线及旁路，

现场调查发现，为保证低变入口温度190℃，在DN150副线和旁路截止阀全开情况下，主线DN250闸阀只开5扣（相当于关3/4以上），

我们通过当量长度的计算，其原因是副线和旁路的阻力较大引起，经过计算，阻力（以当量长度计）为210m，而主线的阻力也在210m以上，中变给水预热器煤气走管内，阻力基本相当于直管，阻力就在出口闸阀关3/4以上引起，加之主线是气液两相（煤气180℃露点以下），阻力较副线旁路（煤气250℃）大，降低副线和旁路并联的阻力，才能使主线出口闸阀全开或1/4关，主线阻力将从210m降为1.7m或10m，通过范宁公式：

hf=λL/d（u2/2），λ=8τ/（ρu2），计算过程从略，当量长度200m，阻力为0.18Mpa

流程優化方案：将旁路由DN150管线改为DN200，阀由截止阀改为闸阀，DN200的管线满足阻力降低要求，又使副线自调起作用，通过范宁公式，DN150截止阀管线和DN200闸阀管线阻力相差近50倍。方案实施，现场实测阻力由0.19MPa降为0.04MPa，

2、改造方案：简单，低费，效益大。

对合成氨净化系统进行细致的研究、思考，通过操作经验总结，对相关流程阻力进行理论计算，进行技术优化方案和流程改造，在投资很少（15万元）的情况下，降低净化系统阻力0.25MPa，减少系统无用功消耗，效益300万元。

净化系统触媒包括低变、甲烷化触媒使用寿命8年以上，创造了国内中型氮肥厂企业的使用记录，达到或超过国内大型天然气氮肥厂

（二）投资性项目范例：

1、一期溴化锂工程：

（1）I期脱碳采用热水型溴化锂机组回收贫液热量，联系厂家，克服了腐蚀、结晶、气蚀等问题。溴化锂机组代替贫液水冷器，用贫液做热源驱动溴化锂机组制取的5℃温差的冷水400吨供合成车间混合机三段出口水冷器，使新鲜气由40℃降为20℃，氨冷降低3℃，同等消耗下系统增产1.5t/h。同时由于有效地贫液温降（80℃），I期脱碳出口CO2%含量月平均由0.10%降为0.06%-0.07%，脱碳效果良好，而系统消耗下降。夏季高温状况下合成氨较往年增产近6000吨。投入400万元，年效益在670万元。140t/h贫液由100℃降为80℃，原消耗循环水700t/h，现驱动溴化锂机组，年回收热量相当于蒸汽2.2万吨。

（2）技改中需要解决的问题。①脱碳溶液的腐蚀;②贫液泵入口压力降低后贫液泵的汽蚀;③脱碳苯菲尔溶液的结晶;④低位热能（105 ℃贫液）的利用效能;⑤公司循环水的平衡及电平衡;⑥实际增产效果预测及投资。

（3）技改实施中解决的问题方法。①腐蚀采用改变溴化锂发生器材质来解决;②针对汽蚀，降低发生器阻力，使之达到泵入口的汽蚀余量。③溶液结晶采用在管线冲洗阀及最低点导淋阀，停车及时冲洗;

④制冷效率为0.79，回收循环水热量，节能减排意义明显;⑤循环水满足要求，用电需加变电设备即可;

⑥增产效果，如氨冷降低3℃，每天增产25吨，整体投资400万元

（5）结论：想到的问题越多，就有解决方案，成功的希望就越大，同时多多听反对的声音，有道理的反对声音有助于技改的成功。

2、其他技改：二期溴化锂工程，二段炉喷嘴改造，转化系统扩能技改，净化系统管线技改。

四、化工生产系统优化方法

（一）第一阶段，解决系统中存在的问题：

五步法：关键是基础工作，了解现有装置的运行水平，切切实实存在的问题，与国内其他装置运行水平的差异，才有技术改造的方向。

1、第一步认真细致的熟悉生产工艺流程，设备的内部构造。包括工艺物料流程：加热流程及热源，冷却流程及冷源;热平衡，液体或水平衡：仪表测量的位置。设计工艺指标。运行的工艺指标。

2、第二步：学习打好基础：生产环节的专业理论知识，专用技术，有时技术改造、系统优化并不需要太深奥的理论。

没有理论支持的技改就是盲人摸象。

学习方法：①向别人学习：同事，领导。②书本上，找专业书籍。学精学透;专业期刊《中氮肥》《化学工程与工艺技术》等等：③网络上，要有辨识能力。

3.第三步：发现问题，找出原因。

发现生产系统工艺或设备的问题：频繁故障的设备;干得最多、最累的工作，就有问题。工艺是主导，设备反映出来。

判断剖析问题的原因：1集思广益，头脑风暴法;2现场调查，资料分析;3理论推算，书本找答;4找“度娘”;5QC小组等等方式，

找原因极其重要，是解决问题的重点。

4、第四步：判断系统问题的原因时，两个思维途径：

（1）从工艺角度考虑设备问题，查找愿因，优化工况后再看变化。不要设备出故障就修理，就换设备。（中变给水预热器）

管线的损坏可以从流体相变，比如我们单位中变给水预热器，3年换6台，出口管线的损坏，流体中介质存在两相。煮沸器2年一台，甲烷化2年一台水冷器。现在都已解决。特别是换热设备年更换台数由近十台减少至不到一台，系统长周期运行。

（2）从设备电仪方面考虑工艺上的变化：设备管线故障有各种情况，如泄漏、内漏、内部结构损坏等，就泄漏而言，一般设备连接法兰等，如果发生小的泄漏，首先要考虑是对工艺状况，没有变化，可采取打紧等方法，而一旦发现是工艺变化引起，应以工艺调节至正常再看现场反应。比如水冷器的主线开度大引起温度突然下降引起法兰泄漏，就不要采取打紧的方法，恢复后有更大的泄漏，在停车或开车过程中的法兰泄漏也等到工艺稳定再作处理。、

切忌在处理泄漏中小活干成大活，大活干成停车。

5、第五步：解决方案，要求细节为王。①根据原因找解决方案相对容易，要求细节为主。②解决方案中，现场了解越多，考虑的问题越多，越接近成功！③技改成功有很多原因，失败可能只有一个原因！！

（二）第二阶段：系统的优化（四步法）

1、对运行平稳后系统的认识，对标先进，

2、节能降耗新技术：低位热能回收利用;蒸发水冷技术;闪蒸技术;余热发电等

3、找出系统节能降耗的途径，引进外部技术。找出系统节能降耗的途径，可以适当引进外部力量，这需要对专业院所，相关技术工程公司及技术力量有所了解。但要干成功还是要靠自身的技术力量。

4、向国内先进水平看齐：要有明确的目标。

五、生产系统优化要完成必需的技能

（一）学习的习惯：技术人员的学习，养成学习的习惯。

（二）信心：树立信心，没有信心什么事都干不成。

（三）忍耐与妥协：理由和借口：工作不干，干不下去，有一万个理由和借口;结果：没干成。领导只看结果，长期以往，领导怎么看？

（四）沟通技巧

1、与上级：做好功课，言之有物，不说废话。存在的问题，解决方案，优点缺點一定要说清。

2、与同级、下级同级：目的为先，态度很重要;与下级：制度、公平，不要当老好人。

3、与协作方：互利共赢，公司利益第一，坚持原则，技术领先，积极服务，根据现场工况及时沟通变更技改细节，确保成功。

六、达到目标

（一）生产系统长周期安全稳定运行。

（二）赶超先进水平（能耗降低，达到国内先进水平）。

小结：技术改造是保障化工生产系统长周期安全稳定运行重要手段，高产低耗运行就要不断对其进行优化，改进。本文通过对近十年对造气车间生产系统工艺和设备方面技术改造的总结，提出一种程序化的方法和途径。

（作者单位：陕西兴化集团有限责任公司）