合成氨装置节能减排分析和采取措施的实施及效果

白文斌

（海洋石油富岛有限公司，海南东方 572600）

1 概述

某大型化工企业300kt/a合成氨、520kt/a尿素，于1994年开工建设，1996年建成投产，生产稳定，氨产量达到了设计水平。合成氨装置主要生产单元包括空分、气化、净化（包括脱硫、一氧化碳变换、脱碳、液氮洗等工段）及氨合成单元。空分单元采用林德全低压液氧泵流程，气化单元采用谢尔6.0MPa非催化部分氧化废锅流程，变换单元采用饱和热水塔流程，脱硫、脱碳单元采用林德低温甲醇洗流程，氨合成单元采用凯洛格卧式合成塔、组合式氨冷器流程。

合成氨装置使用的蒸汽，由公用工程的三台高压锅炉提供。三台高压锅炉分别为A/B/C炉，其中A/B炉为145t/h，C炉为220t/h，利用燃煤、燃油将锅炉给水加热、蒸发和过热，生产10.4MPa、495℃过热蒸汽，满足全厂的蒸汽透平及热网需要。蒸汽管网由10.0MPa、7.0MPa、4.0MPa、0.98MPa、0.44MPa等五个等级组成。

2005年，因原油价格不断上涨，原料渣油供应持续减少，结合国家制定的西气东输的重大策略的实施，为了充分利用西部的天然气资源，提高企业经济效益，对合成氨装置实施了“油改气”原料路线改造，主要包括天然气压缩单元改造、气化单元改造、变换工段改造、低温甲醇洗改造及蒸汽过热炉改造等工艺装置。

近年来，天然气用户增加，使用量递增，导致原料天然气价格大涨，造成合成氨生产成本增加，必须从技术改造、节能改造等方面采取一系列措施，挖潜增效降低综合能耗，降低企业生产成本，提高企业经济效益。

2 存在问题

1）净化单元甲醇洗硫化氢洗涤塔DA203甲醇中水含量超标，严重影响合成氨装置负荷。净化单元甲醇洗硫化氢洗涤塔的甲醇送低温甲醇洗涤塔，吸收合成气中二氧化碳，净化合成气，同时生产尿素装置所需的二氧化碳气体。净化单元甲醇洗硫化氢洗涤塔中水含量超标，不能有效净化合成气，被迫减少洗涤的合成气，维持合成气的纯度，导致合成氨装置减负荷运行，影响合成氨的产量。

2）空干站新增空气压缩机C010A/B循环水量不足，换热器换热能力下降，影响打气量的问题。2005年“油改气”改造项目中，空干站新增空气压缩机循环水在循环水总管的末端，循环水量不足，使换热器换热能力下降，影响压缩机打气量，不能满足仪表空气使用。

3）空干站新增干燥器D010A/B干燥剂使用寿命短的问题。2005年“油改气”改造项目中，空干站新增干燥器的干燥剂设计使用两年，但是实际使用最多一年，增加了干燥剂更换费用，增加了合成氨生产成本。

4）新增空气压缩机C010A/B运行，浪费电能的问题。2005年“油改气”方案中，联产甲醇年产20万t甲醇装置需要的仪表空气和工厂空气由现有装置供应，但是现有装置满足不了供应要求，需增加空气压缩机保证供应。计划增加3台空气压缩机，经过设计评估后，增加两台就能满足供应，两台空气压缩机全部运行。“油改气”后，实际运行期间，发现一台空气压缩机运行不能满足，两台运行有工厂空气富余，为了保证装置运行安全，富余空气全部就地放空，造成电力能源消耗，并产生大量的噪声，现场噪声的安全不能达标。

5）气化炉氧气放空总阀PC129放空量少，一台气化炉故障跳车时，导致另一台氧气压力联锁高高跳车，合成氨装置停车的装置瓶颈。气化炉一台故障跳车时，气化炉氧气放空总阀放空量少，导致另一台氧气联锁高高跳车，合成氨装置停车，增加了合成氨装置开停车费用，增加了合成氨生产成本。

6）气化炉废热锅炉液位调节阀LV101A/B内漏，直接排放大，浪费高压锅炉水的问题。气化炉废热锅炉液位调节阀前后压差大，开停车及运行工况波动时，频繁开关调节阀，导致调节阀阀芯冲刷损害，密封不严发生内漏。经过检维修和更换阀芯后，开停车几次，阀芯冲刷泄漏，内漏的高压锅炉水在现场就地放空，严重造成水资源的浪费。况且在冬季装置开停车后，现场排放水汽至地面，瞬间使地面结冰，影响现场作业人员的行走安全。

7）蒸汽过热炉BA701烧嘴消耗天然气量大，增加蒸汽生产成本的问题。蒸汽过热炉是把气化炉废热锅炉副产饱和蒸汽10.0MPa进行过热后，送至蒸汽管网为用户使用。过热炉旧烧嘴为原始设计，消耗天然气量大，增加蒸汽生产成本。

8）气化炉烧嘴冷却水机泵P02209A/B，振值高的问题。2005年“油改气”时，烧嘴冷却水泵为单级离心泵改为11级多级离心泵。运行期间，烧嘴冷却水泵振值高，轴承磨损大，频繁倒泵更换轴承，增加了检维修费用，同时在倒泵过程中增加气化炉跳车的风险。

9）净化单元机泵冷却水滤网堵塞严重，频繁倒泵清滤网，系统工况波动的问题。合成氨装置循环水系统在投用黄河水后，因黄河水杂质较多，含沙量高，循环水进入净化单元机泵冷却水系统，冷却水滤网堵塞严重，轴承温度升高，不得不倒泵，清理冷却水滤网，倒泵过程中造成系统工况波动，并增加倒泵停车风险和电耗。

10）甲醇装置送二氧化碳管线带液，频繁损坏二氧化碳鼓风机GB401的问题。2005年“油改气”后，甲醇装置送二氧化碳饱和液体在输送过程中，在管线中冷凝，没有排出，与二氧化碳气体混合气液夹带送至二氧化碳鼓风机中，导致鼓风机腐蚀和频繁损坏，增加了检维修费用，严重影响尿素产品的生产。

11）净化单元变换工段高压蒸汽流量阀FV305故障，导致合成氨装置停车的问题。2013年净化单元变换工段高压蒸汽流量阀阀芯脱落，高压蒸汽不能送至变换工段，导致变换工段水循环中断，合成氨装置停车，增加了合成氨装置开停车费用，增加了合成氨生产成本。

3 原因分析和研究，采取措施的实施及效果评价

1）改造净化单元甲醇洗硫化氢洗涤塔DA203底部换热器中分离的甲醇水，降低了甲醇中的水含量，合成氨装置满负荷运行。通过对甲醇洗硫化氢洗涤塔中水含量超标的原因分析和研究，发现洗涤塔底部换热器中分离的甲醇水不能彻底精馏，又返回洗涤塔，导致洗涤塔甲醇中水含量超标。甲醇洗硫化氢洗涤塔底部换热器中分离的甲醇水送至甲醇储罐，改成直接送至甲醇精馏塔，进行甲醇脱水。改造后，甲醇中水量大幅下降，由原来的2.00×10-6（设计为1.0以下）降至设计值以下，彻底解决了影响合成氨装置负荷的瓶颈问题，增加了合成氨产量，提高了企业效益。

2）改造空干站新增空气站压缩机C010A/B循环水管线，提高换热器换热效果，使打气量达到设计要求。通过对空干站压缩机循环水管线的回水温度检查，发现回水温度45℃（设计30℃），确定为循环水量不足所致。在空干站压缩机循环水管线的上水和回水处新增6吋上水和回水管线。改造后，停用原有的4吋循环水上水和回水管线，投用新增的6吋循环水上水和回水管线，循环水回水温度由45℃降至28℃，提高了压缩机换热器的换热效果，打气量达到了设计要求。

3）改造空干站新增干燥器D010A/B再生排气管线，提高了使用寿命，达到了设计寿命。通过对卸出的空干站新增干燥器的干燥剂分析，干燥剂粉化严重，确定为泄压速率快，导致干燥剂粉化，影响使用寿命。在空干站新增干燥器再生排气管线增加截止阀，延长干燥器泄压时间，泄压时间由原来10s，延长到60s，并在分离器底部增加手动排污，由原来的间歇排污改为连续排污，减少分离水、粉尘进入干燥器。改造后，干燥剂的使用寿命达到了设计两年的要求，极大降低了更换干燥剂的费用，提高了企业效益。

4）回收富余放空工厂空气，解决了合成氨装置夏季满负荷生产瓶颈。将新增空气压缩机出口管线与空气压缩机出口管线相连，回收新增空气压缩机的余量空气2 000m3(标)/h，增加空分单元空气量。技改后，既回收了新空气压缩机的余量放空工厂空气，又解决了夏季空气压缩机压缩气量不足而制约合成氨装置满负荷生产的装置问题，同时又解决了在空干站新增空气压缩机故障时，仪表空气或工厂空气由空气压缩机供给的应急措施。

5）调整气化炉氧气放空总阀PC129放空量，解决了合成氨装置停车的装置瓶颈。通过对气化炉跳车的氧气放空量的DCS曲线分析和研究，确定为氧气放空总阀PC129跳车联锁动作阀门开度大，导致气化炉两台炉跳车。检修后通过试验，氧气放空总阀PC129阀门放空11.0km3(标)/h的氧量阀门开度需要控制在22%，所以工艺配合仪表人员对氧气放空总阀PC129联锁动作阀门开度由原来的18.5%修改为22%。阀门阀位调整后，当一台炉跳车后，氧气量在氧气放空总阀PC129联锁动作阀门开至22%，放空量为11.0km3(标)/h，另一台气化炉氧气压力波动小，未触动联锁跳车，保证合成氨装置运行正常，解决了装置瓶颈问题。

6）增加气化炉废热锅炉排污闪蒸罐，回收高压锅炉水，副产0.44MPa蒸汽送脱氧槽回收利用。通过对气化炉废热锅炉排污进行分析研究，高压锅炉水可以闪蒸出低压蒸汽，并可以回收利用。2007年大修期间，对废热锅炉液位调节阀后排放管线增加三通，接入低压闪蒸罐中，低压闪蒸罐底部排放接入冷凝液回收槽，顶部闪蒸的低压蒸汽接入脱氧槽脱氧蒸汽中。改造后，装置运行期间，液位调节阀发生内漏后，将内漏的高压高温锅炉水切至闪蒸罐中，经过闪蒸后，冷凝液和蒸汽全部回收利用，节约了资源、降低了能耗、消除了安全隐患，提高了企业经济效益。

7）改造蒸汽过热炉BA701烧嘴和电子点火系统，降低天然气消耗量，降低了蒸汽生产成本。经过对多家兄弟单位的过热炉BA701烧嘴进行考察、研究和论证，并与设计厂家交流后，由设计厂家对BA701烧嘴的环隙及电子点火系统进行升级改造。改造后，天然气消耗量由1 200km3(标)/h降至1 000km3(标)/h，每小时减少200m3，极大降低蒸汽生产成本，节约了天然气能源，实现了节能减排。

8）加厚机泵联轴节支撑，增加联轴节的稳定性，彻底解决了烧嘴冷却水机泵振值高的隐患。烧嘴冷却水机泵P02209A/B由单级离心泵改造为多级离心泵，机泵轴比较长，支撑不到位就会出现振值高的问题。通过对烧嘴冷却水机泵多次检修的分析和研究，排除检修质量和备件质量的问题，确定为机泵联轴节处的问题。将机泵联轴节初的支撑钢板由3mm改为10mm，并对钢板进行加固固定。改造后，烧嘴冷却水机泵的振值由40mm/s降至10mm/s以下，达到了设计指标，解决了装置隐患。

9）改造净化单元机泵冷却水管线，不用倒泵，实现在线清理滤网。净化单元机泵冷却水总管分为两支管线变换单元和低温甲醇洗单元机泵冷却水。在变换单元机泵冷却水总管和低温甲醇洗单元机泵冷却水总管，各增加滤网一处，并增加旁路阀。改造后，每周一次定期清理两处机泵冷却总管滤网。清理滤网时，循环冷却水切换至旁路，主路切出清理滤网，避免机泵循环水滤网堵塞，不用倒泵，实现了在线清理滤网，减少了倒泵对系统工况的波动和跳车的风险，减少了电耗，实现节能减排。

10）改造甲醇装置送二氧化碳管线，消除带液，维护了二氧化碳鼓风机GB401安全运行。通过对二氧化碳鼓风机多次检修情况的分析和研究，发现气液夹带是频繁损坏的根本原因。在二氧化碳鼓风机入口增加了一个气液分离罐，气液在此罐中进行分离，气体送至二氧化碳鼓风机，液体进行污水处理系统，达标排放。改造后，定期对分离罐进行液位检查，并对液体进行排放，二氧化碳不带液，鼓风机再没有因带液损坏，维护了鼓风机运行稳定。

11）改造净化单元变换工段高压蒸汽流量阀FV305管线，保证了合成氨装置满负荷运行。通过对变换工段高压蒸汽流量阀检修检查，发现阀芯脱落，致使高压蒸汽不能送至变换工段。增加变换工段高压蒸汽流量阀旁路管线及旁路阀。改造后，避免了高压蒸汽流量阀阀芯脱落故障后，打开旁路阀保证变换工段蒸汽使用量，确保系统正常运行，保证合成氨装置运行正常，避免了装置非计划的停车事故。

4 结束语

通过实施持续的节能减排、节能降耗、技术改造等有效措施，使企业的生产成本下降，企业效益提高。节能减排永远在路上，没有终点。在压缩机组、低温甲醇洗及三剂管理等方面继续深挖，还可降低生产成本。