合成氨装置节能降耗措施分析

诸 兵，宁 静

（中海化学富岛有限公司化肥二部，海南东方 572600）

中海化学富岛有限公司化肥二部是设计年产450kt 合成氨、800kt 尿素装置，于2003年建成投产。合成氨装置采用的是KBR（凯洛格布朗）工艺。降低生产成本，减少能源消耗是公司所面临的重要任务。

1 重视装置长周期运行，组织长周期运行大讨论

2019年度，化肥二部重视装置长周期运行管理，组织长周期大讨论，组织全体员工全员参与，从操作、技术、装备管理的角度，从巡检落实、隐患排查、动作固化、应急处置、备件准备、本质安全等方面入手全面思考长周期措施，最后提炼出有可操作性的措施137条，编制成《化肥二部长周期管控措施一览表》并逐一落实好责任人，下发执行。2019年化肥二部年度计划停车次数1次，非计划停车0次。2003年投产至2018年以来，合成装置平均年度停车次数为5次，每次停开车全年吨氨耗气大约上涨9m3，长周期运行措施的实施，使2019年度吨氨耗天然气下降36m3。

2 深挖节能潜力，优化工艺系统

近年来，化肥二部通过劳动竞赛狠抓乱排乱放，大幅减少了蒸汽排放、废气排放和工艺气排放，通过及时修复系统放空阀PV1004，使系统放空泄漏工艺气量明显减少，达到了减排增产的效果。通过系统优化提升了一段炉转化率，通过降低一段炉水碳比减少蒸汽和燃气耗量，降低一段炉残氧，减少了燃气消耗。通过优化二段炉空碳比，提升了二段炉转化率；通过及时更换低变催化剂，减少了甲烷化炉氢耗，直接达到增产目的。

2.1 一段炉的优化

（1）提高一段转化炉出口温度：从2018 年7 月初开始，化肥二部合成装置一段炉开始优化，逐渐提高一段炉出口温度，至2019年初，一段炉出口工艺气温度逐渐由721℃提高至727℃。

（2）降低一段炉烟气残氧：自2018年初起开始逐渐降低一段炉烟气残氧，至2019年6月，一段炉烟气残氧由2.5%降到了1.5%。

（3）逐渐降低水碳比控制：自2018年6月开始调整一段炉水碳比，由2.9逐渐降至2.77，因2019年5月以后原料天然气甲烷含量上涨，水碳比逐渐上调至2.84，总体呈下降趋势。

一段炉残氧的降低和水碳比的降低节约出的燃气，刚好弥补一段炉出口工艺气提温所增加的燃气。一段炉出口工艺气温度的提升，提高了一段炉甲烷转化率，使一段炉出口甲烷降低了约1%。

2.2 二段炉的优化

经过二段炉优化操作，降低二段炉出口甲烷含量，提高二段炉出口氢含量，使氨产量提高。经过调整，2019年二段炉出口平均甲烷比2017年降低了0.16%，按甲烷每降低0.1%，氢含量按增加0.32%计，氨产量可提高约0.504%，当前负荷（68000kg/h）下，每天增产7.22t 氨。

2.2.1 净化单元优化系统，增加低压蒸汽产汽量

为了回收低温变换出口工艺气热能，增加低压蒸汽产气量，2019年低温变换出口工艺气低压蒸汽锅炉出口蒸汽阀保持全开状态，2019年低压蒸汽产量大幅增加，对比2019年和2018 年低压蒸汽产量。每小时产量增加约1285kg，全年按300d 计算，增加低压蒸汽产量约9252t。

2.2.2 尽量将氨压缩机出口压力控制在较低水平，降低氨压缩机透平的高压蒸汽消耗

147D 降压操作节能量时间 氨耗燃气Nm3/t较上年节约人民币（万元）年耗燃气(万m3)较上年节约燃气燃气(万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备注 以年产氨450kt 计天然气价格0.68 元/m3

自2017年10月开始劳动竞赛以来，各班组狠挖装置节能潜力，精心操作，尽量将氨压缩机出口压力控制在较低水平，降低氨压缩机透平的高压蒸汽消耗。

通过对2016-2019年正常生产工况下105JT 吨氨消耗HS的数据分析，发现105JT 吨氨耗HS 逐年降低，折算为燃气消耗后，分别较上一年节约燃气30.9492万m3、88.2022万m3、13.1589万m3。

2.2.3 解决系统放空阀内漏问题，减少内漏，提高产氨量

工艺系统放空阀PV1004内漏一直是降低吨氨耗的难题，每当装置运行一段时间后均会出现内漏情况，直接造成氨产量下降。针对此情况，化肥二部积极与电仪部研究协商，通过采取PV1004整阀备用，出现内漏直接更换阀门整体的办法，极大地减少了阀门内漏情况，缩短了系统放空阀内漏时间，提高了氨产量。

解决燃气透平燃空比偏高问题，提高燃气透平去一段转化炉的乏气温度，降低一段转化炉的燃料天然气消耗燃气透平燃空比一直在高位运行，导致燃气透平去一段转化炉的乏气温度低，进入一段转化炉的燃烧空气基本上在400～420℃运行，远远低于设计值543℃。为了解决此问题，化肥二部通过认真分析研究，发现影响燃气透平燃空比高位运行的原因是天然气中夹带的凝析油在燃气透平烧嘴的涡流器中结焦，堵塞烧嘴，导致燃气透平燃空比升高。通过更换新烧嘴解决此问题，最终使得燃气透平燃空比在相同工况下降至安全值运行，使得有条件提高燃气透平排气温度在450-480℃运行，折合降低吨氨消耗天然气约2.5m3。

3 总体降耗分析

2019 年 与2018 年 比 较，吨 氨 气 耗 由1699.82m3降 至1654.61m3，吨氨耗气减少45.21m3，剔除开停车相关气耗，正常生产阶段吨氨气耗由1671m3降至1643m3，吨氨耗气减少28m3，2019年天然气平均甲烷含量比2018年高0.56%，按照甲烷每上涨1%，吨氨气耗降低23m3计，天然气甲烷上涨贡献吨氨气耗下降12.88m3，二部精细化管理贡献吨氨气耗下降15.12m3，停开车次数减少贡献吨氨气耗17.21m3，同理可计算2019年与2017年比较各项能耗下降情况。各影响因素情况如下：

1）剔除开停车因素影响后的吨氨气耗：

1706m3（2017年）→1671m3（2018年）→1643m3（2019年）

2）剔除开停车和天然气甲烷变化（以2017年甲烷含量为基准）影响后的吨氨气耗趋势

1706m3（2017年）→1682m3（2018年）→1667m3（2019年）

3）2019年与2018年比较吨氨耗气下降各影响因素占比

系统优化影响占比：33%

开停车影响占比：38%

天然气组分影响占比：29%

4）2019年与2017年比较吨氨耗气下降各影响因素占比

系统优化影响占比：35%

开停车影响占比：43%

天然气组分影响占比：22%

4 节能降耗努力方向

1）开车放空气回收项目：自2012年改造完成以来，由于循环水流量不足一直无法投用，若能投用，按平均每年5次开停车算，每年平均可回收天然气约60万m3，建议在144C 循环水管道上增加管道泵，满足实现该项目的投用条件。

2）130 D 填料升级：自2015年以来，该塔能力明显不足，可通过升级填料来增大传质面积，提升塔能力，经过与苏尔寿等多家公司联系交流，更换新型填料虽有效果，但不明显，因为当前使用的填料为阶梯环，比表面积已经是比较大的填料了。当前有一个较为不成熟的想法，把φ38的填料换成φ25的填料，比表面积会有大幅提升，但压差会上涨。建议通过设计院进行设计，更换多少φ25的填料合适，装填位置平均分在两层上还是只换一层，既能保证不液泛又可以保证气液分布均匀压差变化小。

3）研究锅炉排污水降温余热回收。

4）蒸汽管道及高压锅炉保温更新，减少热损失。

5）一段炉辐射段耐火衬里更新，减少热量损失。

6）继续探索一段炉对流段盘管清洗新方法，提高换热效率，减少热损失。