27万t/a双加压法稀硝酸装置“四合一”机组汽改电项目运行经验总结

万栓红,赵海宝,张艳萍,景丽颖,刘 斌,王育红

(1.河南永昌硝基肥有限公司, 河南新乡 453621;2.天津华景工程技术有限公司, 天津 300400;3.西安陕鼓动力股份有限公司, 陕西西安 710000)

河南永昌硝基肥有限公司(以下简称永昌硝基肥)拥有27万t/a稀硝酸、10万t/a硝镁法浓硝酸、10万t/a大颗粒工业硝酸铵[1-2]、10万t/a滚筒流化床造粒[3]硝铵磷、10万t/a三元硝基(NPK)复合肥装置各一套。永昌硝基肥以新乡市永昌化工有限责任公司(以下简称永昌化工)生产的合成氨为原料。永昌化工有15万t/a固定层间歇气化合成氨装置和15万t/a浓硝酸装置各一套，还建有两台锅炉(40.00 t/h、4.0 MPa)。2020年年初，河南省淘汰落后产能工作领导小组将30万t/a以下固定层间歇气化合成氨装置列为落后工艺与产能，并要求于当年12月底前完成淘汰工作。永昌化工的两台锅炉是配套固定层间歇气化合成氨装置的三废混燃炉，担负永昌硝基肥27万t/a稀硝酸装置的开车启动和工艺用汽。一旦合成氨装置停产退出，两台三废混燃炉也将随之停用，27万t/a稀硝酸装置开车就失去蒸汽动力来源，硝酸下游的生产装置也将随之停产。鉴于上述情况，公司下决心解决27万t/a稀硝酸装置开车启动及其下游装置运行所需蒸汽来源的问题，论证汽改电项目的可行性。

1 前期技术论证

在收到关于将固定层间歇气化合成氨装置列为落后工艺与产能的通知后，永昌硝基肥与天津华景工程技术有限公司(以下简称天津华景)、西安陕鼓动力股份有限公司(以下简称西安陕鼓)进行了多次汽改电方案技术论证，详细分析了改造的可行性及风险，并与国内外电机生产厂家就高速电机问题进行了多次技术交流，考察了两家电机厂在国内其他行业运行高转速、大功率电机的业绩。最终确定由天津华景负责27万t/a稀硝酸装置汽改电土建结构、工艺配管、应力计算、电缆敷设、联锁修改、生产操作等项目的设计工作；由西安陕鼓负责采购高速变频电机、高压变频器、油浸变压器。另外，确定“四合一”机组汽改电后，稀硝酸装置副产中压蒸汽(4.0 MPa、440 ℃)先送去背压式汽轮发电机组发电，背压发电汽轮机出口蒸汽再送至稀硝酸装置下游，供工艺装置使用。

2 技术改造内容

2.1 用高速变频电机替代原汽轮机

原“四合一”机组采用NK40/45/20汽轮机作为机组主要驱动设备。该汽轮机为凝汽式汽轮机，100%负荷下汽耗(4.0 MPa、440 ℃的中压蒸汽)为34.38 t/h。改造后，采用高速变频电机替代，稀硝酸装置自产蒸汽全部外送。

2.2 保持氧化炉-废热锅炉系统原有工艺参数不变

原装置采用汽轮机拖动时，自产蒸汽在保证汽轮机用汽的前提下，富余的蒸汽通过外送蒸汽压力调节阀(PV117)送到稀硝酸装置外的蒸汽管网上，维持蒸汽系统的压力稳定。机组改为高速变频电机拖动后，自产蒸汽要全部外送给背压式汽轮发电机组发电，然后将背压1.0 MPa的蒸汽送去稀硝酸下游装置。因下游装置的蒸汽用量会影响背压式汽轮发电机组的进口压力及氧化炉-废锅系统的压力，故在外送主蒸汽的管线上增加一台PN100、DN250、ZJM-100I压力调节阀，以维持原氧化炉-废热锅炉系统工艺参数不变。

2.3 选择更适合的透平机械油

改用高速变频电机拖动后，为更有效地降低高速电机轴承使用温度，降低轴承摩擦机械磨损，经永昌硝基肥、天津华景、西安陕鼓、电机厂家四方商定，更换之前的润滑油型号，选择更适合的透平机械油[4]。

3 安装调试

本项目电机及附属设施安装调试和机组整体的PLC组态由西安陕鼓负责。

本项目所有电气设备调试由电机厂家负责。

本项目改造完成后，稀硝酸装置的试车、开车方案由天津华景负责。

4 运行数据总结

2021年8月6日，汽改电项目安装调试完成，投入试生产。5个多月来，其间因高压断路开关零序电流参数设置偏低和电网闪电引起两次紧急停车以外，其余时间工艺及设备运行平稳，负荷也从试车初期的80%逐步增加到105%。现总结不同运行负荷下的主要运行参数，见表1、表2。

表1 不同负荷下高速变频电机的运行数据

表2 稀硝酸装置主要运行数据

5 汽改电的优点

5.1 缩短开车时间

稀硝酸装置原用NK40/45/20汽轮机拖动，装置停车后，设备管道降至常温再开车时，需要经历氧化炉-废热锅炉系统升温升压、汽轮机暖管暖机、启动冲转、低速暖机、升速充压、建立液位、引氨配比、氧化炉点火等环节。整个开车时长为10～12 h。

汽改电项目实施后，无汽轮机暖管暖机、启动冲转、低速暖机环节，从电机启机到升至额定转速，时长仅需8.6 min，整个开车过程仅需5～6 h。

同时，汽改电后，控制及连锁点减少，操作上更加安全，开停车简单方便。

5.2 节约开车费用

对比汽轮机和高速变频电机前后开车时间，后者比前者缩短了5 h。按蒸汽成本为185.00元/t、电价为0.62元/(kW·h)计算，前者单次开车的费用约为10.20万元，后者单次开车的费用约为6.20万元。汽改电后，稀硝酸装置单次开车可节约4万元。

5.3 增加经济效益

改造后，在100%负荷工况下，虽然装置耗电增加了5 024 kW/h，耗脱盐水增加了34.38 t/h，但是外送蒸汽增加了34.38 t/h，其它指标没有变化。

按照蒸汽成本为185.00元/t、脱盐水成本为5.00元/t、用电成本为0.62元/(kW·h)计算，则每年(7 200 h)增加经济效益2 213万元。

6 结语

永昌硝基肥27万t/a稀硝酸装置“四合一”机组汽改电完成后，运行安全平稳，达到了预期效果，并且解决了其它生产装置用汽的问题。

目前国内有120多套双加压法稀硝酸装置，此次汽改电项目的成功实施，为有汽改电需求的稀硝酸生产企业提供了经验借鉴。