节能技术在化工装置中的应用实例

刘周平，吴陈平，黄军，王建辉

（衢州巨化锦纶有限责任公司，浙江 衢州 324004）

在日益激烈的市场竞争环境下，企业老旧装置随时都有被淘汰的可能。且随着国家“双控”政策的实施，部分高能耗装置也面临着限产、停产影响。而对于老旧装置，节能技术的研究和应用，能够降低能耗，提高产品竞争力，有利于企业的可持续发展[1]。

某环己酮生产装置，系1991 年投产的老旧化工生产装置，多年来通过采用设备更新优化改进、先进节能工艺及技术运用、利旧原有设备节能改造等手段，以达到节能创效的目的，节电技术在该套装置化工生产中得到较好应用。

1 设备更新优化改进

1.1 进口设备国产化更新

环己酮生产装置在2003 扩建初期，为确保设备稳定运行，购买德国某公司进口屏蔽泵，单台采购价格高达168万元。而该设备使用前期因介质特性等原因，故障率较高，同时检维修成本高达20 万余元/次。综合评定可以看出，该进口屏蔽电泵虽总体可靠性较高，但存在投资成本大、维护成本高和能耗较高的特点。

随着近年来国内厂家设备技术的提升，设备质量和效能得到保障。因此将原有进口屏蔽电泵重新设计选型，更换为国内某公司生产磁力泵。该磁力泵采用复合材料隔离套，无涡流损耗，效率与相同水利模型的密封泵基本一致，优于原有屏蔽电泵。泵内轴承为自适应流体动压滑动轴承，可自动调整轴心线的平行度和自动补偿热胀差导致的间隙变化，传动轴承箱安装干气机械密封，使传动箱体形成二次密封并设有泄漏报警装置；电机采用国内高效型节能电机。确保了设备的安全、可靠和高效[2]。该设备总体投资54 万元，设备投运后，运行稳定，测算后综合节电达60 kW/h，每年降本可达36万元，节电效果明显。

屏蔽泵更新前后相关技术参数如表1。

表1 设备改造前后数据对比Tab 1 Data comparison before and after equipment modification

1.2 工艺优化后设备匹配改进

环己酮生产加氢装置经设计之初，需要参与反应的气体循环体积流量约9 900 m3/h，系统循环压力需增压0.3 MPa达反应要求，因此配套压缩机选型为2D10-28/5-8-BX。

经多年工艺优化改造，参与反应物料和反应气体配比量降低，气体循环量减少，系统循环压力增压0.1 MPa即可满足现有工况生产要求。而原有设备运行电流较高，打气量、压力远超现有工况，造成能源浪费。

通过与某压缩机厂复核，最终确定通过重新设计与现有工况相匹配压力、流量机型，型号为DW-23.5/4-5，由原来的0.5 MPa 增压至0.8 MPa，调整为0.4 MPa 增压至0.5 MPa，体积流量由原（进口压力0.5 MPa）9 900 m3/h 调整至（进口压力0.4 MPa）7 050 m3/h，同时采用新型节能型电机。

项目总投资约80 万元。实施后，设备运行稳定，综合节电达83 kW/h，每年降本49.8万元。

2 先进节能工艺及设备应用

2.1 水轮机代替电机

某装置循环冷却水系统冷却塔系统有4台冷却塔，总设计处理水体积流量12×103m3/h，单台冷却塔系统由132 kW 电动机驱动风机，对均匀喷淋的冷却水进行冷却处理。高温季节，需同时运行3台冷却塔方能满足生产要求，总体运行电耗较高。

近年来，水轮机技术发展成熟，在越来越多的企业中得到应用。水轮机技术利用冷却水的回水能量驱动水轮机旋转带动风机运行，代替电机驱动风机，从而起到节约电能的目的。

根据计算，现有装置循环冷却水系统流量及回水压力均有富余，冷却塔富余压力10 m 大于改造后水轮机所需进口压力7 m，满足改造条件，因此完成了3 台水轮机改造。高温季节高负荷工况下，通过水轮机、电动风机匹配运行，同时采用配套布水连通技术的运用，满足各工况条件下生产装置要求。项目实施后，设备运行稳定，综合节电达120 kW/h，每年降本72万元，效果明显。

2.2 高压、高温能量回收发电

某装置在正常生产过程中，产生大量高压、高温尾气，尾气经低温催化氧化处理后排入大气，尾气的高压动能和热能没有得到有效回收，造成能源浪费。

改造将原有尾气通过膨胀机带动发电机发电。项目总共投资约500万元，将装置产生的体积流量13×103m3/h 尾气经处理后并入透平膨胀发电机组发电（电压6 kV），发电后尾气进入净化设备，液相排入污水系统，气体进入放空管直接放空。实施后，设备运行正常，通过高压、高温能量回收利用实现发电560 kW/h，实现增效336 万元/年，效益可观。

2.3 设备扩能改造

某装置原设计反应压力0.6 MPa，参与反应气体体积流量约为7 800 m3/h（进口压力60 kPa），设计配合压缩机4台。实际工况下2台压缩机运行打气量不足，3台压缩机运行打气量富余，需控制压缩机负荷才能满足生产恒定，造成能源浪费。

做好生产与节电的平衡，可采取1台压缩机更新改大方案，但总体投资较高；采用原有设备能力提升改造的方案，改造成本低，同样到达节电目的。经与某压缩机厂家合作，在设计压力、电机配备功率富余情况下，电机、曲轴箱、冷却器和储罐等主要部件利旧，重新设计加工匹配气缸、活塞、气阀等部件，提升压缩机能力和效率[3]。

项目实施后，压缩机运行稳定，功率消耗由原185 kW/h 增加至225 kW/h，实际工况下（进口压力60 kPa）体积流量由3 400 m3/h 提高至4 335 m3/h。正常工况下，由原3 台压缩机运行减少为2台压缩机运行即可满足生产要求（如表2）。项目总投资约30 万元，综合节电115 kW/h，每年降本达69万元，节电效果明显。

表2 压缩机改造前后数据对比Tab 2 Data comparison before and after compressor transformation

2.4 水泵叶轮切割

某装置循环水系统，因产业结构调整，循环水使用总量减少，需求压力降低，而原有水泵的流量大于实际需要流量。而水泵的设计选型匹配过程中，保留有5%～10%余量，因此该工况条件下设备运行电耗浪费明显。

在利用原有设备部件、电机情况下，通过核算，对1#、2#水泵的叶轮进行切割改造。经计算并结合实际运行情况进行多次切割后，循环水泵运行稳定可靠，流量下降约10%，满足生产要求。项目实施后，经测算综合节电约14%～17%，节电效果明显。相关参数如表3。

表3 水泵叶轮切割前后运行情况Tab 3 Operation of pump impeller before and after cutting

3 结束语

通过日常化工生产中的技术技改，根据实际工况选择合适规格型号的设备，避免了“大马拉小车”的现象，发挥了设备最大能效。老旧设备的淘汰及改造，设备性能得到提升，综合电耗下降明显，在设备检修频次降低的同时，检修成本得到大幅下降，装置能够稳定长周期运行，也创造了一定的潜在效益。先进节能工艺及成熟节电设备的应用，不仅带来了社会效应，同时给企业带来了实实在在的利润。

企业老旧装置需长久发展，需要发挥自身生产稳定、技术成熟的特点，通过不断的挖潜改造，寻求装置设备节能的最佳效果，以求获得最大效益。通过以上节电实例的分析，日常生产中可从如下几点予以考虑：

1）节能改造需根据装置内设备特点，合理利用现有资源，降低改造成本，达到效益最大化；

2）设备改造及更新，应提供精确系统运行数据，以便厂家提出最佳改造方案；

3）科技发展迅猛，各种前沿技术层出不穷，各专业人员需与时俱进不断收集信息、加强学习，为各类节电改造提供技术保障。