腈綸紡絲工藝優化節能降耗

上海石油化工股份有限公司腈綸事業部 黃正林 林智紅

前言

近幾年國內腈綸行業的競爭日趨激烈，各企業除產品銷售、質量外，主要表現在生產成本上的競爭。與國內腈綸行業同類裝置對比，雖然上海石化腈綸部金陽裝置的纖維產品能耗已居國內同行業的領先水平，但纖維產品綜合能耗在纖維生產總成本中仍占10%比例，其中蒸汽消耗及電消耗占產品綜合能耗的主要部分（蒸汽約為67%，電約為30%）。所以降低纖維產品能耗，特別是降低蒸汽消耗和電消耗，仍是裝置節能工作必須面對的現實問題，也是目前裝置提高競爭力的主要手段之一。但是隨著連續多年的節能技術改造措施不斷實施，裝置纖維產品能耗已經從設計的（1994年投產）1370公斤標煤/噸，下降到了2008年的1075公斤標煤/噸，要在此基礎上進一步降低能耗，難度越來越大。所以，必須轉變降低產品能耗的思路，從工藝流程的優化改造著手，尋求新的節能方法，使節能降耗工作具有新內涵、新動力，從而達到節能效果新的突破。

1 裝置概述

上海石化腈綸事業部金陽裝置，腈綸纖維生產采用硫氫酸鈉（NaSCN）為溶劑，丙烯腈（AN）、醋酸乙烯脂（VAC）、甲基丙烯磺酸鈉（MAS）三元水相懸浮聚合，快速一次溶解，轉向濕法紡絲的二步法高速紡工藝。建有聚合、原液、回收和A、B兩條紡絲及后處理生產線，裝置年生產能力為2.9萬噸纖維。

1.1 紡絲及后處理生產工藝

腈綸紡絲生產工序主要包括紡絲、冷牽伸、水洗、熱牽伸、第一干燥、卷曲、定型、上油、第二干燥、切斷、打包等。其中卷曲至后工序稱為紡絲后處理工藝，主要是改善纖維的服用性能，并根據用戶需要制成短纖或長絲折疊裝箱送毛條加工成條子。從第一干燥機來的絲束經過一系列導絲架，確保絲束以均勻的張力進入卷曲預熱槽（K-2108）加熱，增加纖維的可塑性。接著便進入同一臺填塞箱式卷曲機（K-2109）進行卷曲，賦予纖維一定的抱合力。卷曲后的絲束沿輸送皮帶向下喂入汽蒸式間隙定型工序（K-2110），包括鋪絲、汽蒸、引絲后進入上油機（K-2111）。上油的主要目的是減少靜電現象，改善手感。采用浸漬式上油，上油槽中的油劑由一定濃度的油劑母液通過計量泵計量，再經流量計送入。上油后的絲束經一對壓輥擠干后進入第二干燥機。第二干燥的主要功能是加熱干燥去除纖維絲束中多余的水分，使纖維回潮率控制在2.0%以內。加熱介質為0.4 MPa、190℃~200℃的低壓蒸汽。第二干燥機由13個干燥室、13臺循環風機和1臺排風機組成。第二干燥是主要耗能工序之一，而進干燥機的纖維含水率是影響蒸汽耗用量的主要因素。根據2008年1月～12月裝置第二干燥機耗用蒸汽情況的統計數據，平均每小時蒸汽用量約1800公斤，蒸汽單耗為1000公斤/噸纖維。

1.2 腈綸紡絲后處理各工序纖維含水率分析

腈綸纖維生產過程中，從第一干燥機出來的纖維，其含水率一般為1.0%，經蒸汽加熱卷曲后，纖維含水率提高至20%，至定型工序后纖維含水率基本不變，但再經過上油工序后，纖維含水率則上升至32%，經過第二干燥機加熱干燥后，使得纖維含水率控制在2.0%以內。從上述工序過程中可以看出，腈綸纖維生產的紡絲后處理工藝中，纖維存在干→濕→濕→干的過程，給能源控制帶來較大困難。后處理流程簡圖如下：

2 上油工序前移的優化改造

2.1 上油工序前移試驗

2009年5月21日，技術人員在紡絲B線進行了卷曲前上油的改進試驗。生產品種為3.33dtex規格的有光長絲。試驗前將80 kg JQM-105油劑加入卷曲預熱槽（K-2108），在油劑供料泵（P-2119）出口接臨時管線至卷曲預熱槽內進行油劑補加。開啟卷曲，油劑補加量控制63~64升/時。卷曲循環流量、卷曲預熱槽溫度、卷曲輥壓力、填塞箱壓力、定型工藝等均按3.33dtex規格的有光長絲工藝參數控制。

當定型后絲束經原上油機（僅作為過渡設備使用）進入第二干燥機進行干燥時，因纖維含水率降低，所以對第二干燥機系統的工藝參數和運行設備進行了調整。先將烘干一區的蒸汽關閉，二區~四區控制溫度由原來的110℃調整到100℃，五區至六區溫度設定80℃，七至十三區蒸汽關閉；運行一段時間（2小時左右）后關閉五區蒸汽，四小時后又關閉六區蒸汽。整個試驗過程約14小時結束。試驗過程中生產工藝運行穩定。

2.2 測試數據

試驗測試數據見表1。

表1 試驗過程測試數據 （%）

2.3 試驗結果

通過將B線上油工序移在卷曲工序前進行，從第一干燥機出來的纖維，經上油、卷曲、定型后進入第二干燥機，工藝流程優化改進具有可行性。試驗生產出的纖維成品質量指標與試驗前無明顯差異，纖維回潮率達標。長絲后加工使用正常。試驗期間第二干燥機每噸纖維耗汽為0.49噸，與試驗前每噸纖維耗汽0.95噸相比較，可節約蒸汽約0.46噸/噸，達到了預期的節能改進效果

3 上油工序優化前移的應用

3.1 改造內容

1） 通過對油劑供料泵出口管線進行改造，增加至卷曲預熱槽的管線，可以使得油劑母液能夠根據工藝要求連續補加在卷曲預熱槽內，使得上油槽保持恒定的油浴濃度。

2） 油劑供料泵的轉速與卷曲機速度進行串級控制，通過DCS控制系統設定串級比控制，使得油劑供料泵的開停與卷曲機的開停連鎖，油劑補加量可以根據卷曲機速度的變化而變化，從而保證了纖維上油率的均勻穩定。

3.2 優化紡絲工藝的實施

2009年10月29日起，裝置的A、B兩條紡絲生產線全部油滑改造為卷曲工序前上油工藝。將紡絲A、B線卷曲預熱槽改作上油槽，將一定量的油劑母液加入卷曲預熱槽內，調配為目標濃度的油浴，油劑供料泵至卷曲預熱槽管線連續進行油劑補加，補加量由DCS控制室設定串級比，根據卷曲速度的變化實現實時補加。油劑循環液經浴液循環泵噴淋至纖維上，使纖維在卷曲預熱的同時完成了上油工序。

項目改進實施后，在正常生產過程中，第二干燥機的七至十三區蒸汽關閉，6~13#風機停運。而在長絲生產時，第二干燥機二區~六區溫度由改造前的126℃調整到100℃，七區溫度根據二烘出口絲束狀態設定80℃~100℃，八至十三區蒸汽關閉，10~13#風機停運。

自2009年11月完成項目改造以來，生產工藝運行正常，產品質量穩定，特別是2010年1-3月份，纖維產品優級品率達到了100% 。

4 工藝優化的節能效果

4.1 改造后的蒸汽節約量

將紡絲上油工序前移至卷曲前進行后，纖維在第二干燥機進行烘干的蒸汽消耗可減少0.49噸/噸。按本裝置纖維年產量為29000噸計算，全年可節約蒸汽14210噸（0.42MPa），折綜合能耗為1461.6噸標煤。

表2 改造前后第二干燥機蒸汽用量對比

4.2 工藝優化改造后節電效果

1)原上油機（K-2111）的節電

改造后，原有上油系統已失去作用，兩組鋼羅拉僅作絲束由定型工序送往第二干燥機喂入的牽引作用，以功率為7.5 KW的馬達更換了原22 KW的馬達，即可滿足生產需要。馬達電流由12A減小至9A，二條生產線全年運行按350天計：

年節電量 =（12-9）×2×1.732×380×350×24=3.32（萬千瓦時）

2）第二干燥機節電

第二干燥機主排風機改為變頻控制后，開度25%即可滿足生產需要，電流由13A減小至5A，二條生產線全年運行按350天計：

年節電量 =（13-5）×2×1.732×380×350×24=8.85（萬千瓦時）

3）循環風機節電

改造項目實施后，第二干燥機的循環風機停用了10臺，每臺風機11kw，二條生產線全年運行按350天計算：

年節電量 = (11×10)×0.85×350 ×24 =78.5（萬千瓦時）

上述合計年節電量為 90.7萬千瓦時,折綜合能耗為366.43噸標煤。

4）降低了纖維產品能源單耗

將上油工序前移至卷曲前進行，使得進第二干燥機的纖維含水率下降，從而在保證產品質量的前提下，大幅減少了蒸汽耗用量；同時由于纖維含濕量的下降，第二干燥機總排濕量減少，循環風機的開臺數可以同步減少，主排風機的開度25%即可滿足生產需要，達到降低電耗的目的。2010年1-3月裝置纖維產品的綜合能耗為896.4千克標煤/噸纖維，與去年同期的988.3千克標煤/噸纖維相比下降91.9千克標煤/噸纖維 ，降幅約為9.3%。詳見表3。

5 結束語

上海石油化工股份有限公司腈綸部的金陽裝置，從優化工藝流程改造著手，通過將上油工序的前移，使得裝置綜合能耗有了明顯下降，從而達到節能效果新的突破，在節能減排方面作出積極貢獻，符合尋低碳，增效益的發展方向。同時還有力地提高了產品質量，如減少了間斷性濕絲的產生，使纖維回潮控制更加均勻穩定，特別是長絲回潮有了穩步提高，更有利于毛條后加工生產。2010年一季度，裝置纖維產品優等品率100%；無用戶抱怨、索賠或投訴；“金陽牌”腈綸短纖維繼續保持著“上海市用戶滿意產品”稱號。目前，金陽裝置上油工序前移改進的成功經驗，正在腈綸事業部相同生產工藝的北裝置進行到推廣，為降低腈綸事業部能耗成本，使腈綸事業部纖維產品具有更強的市場競爭力發揮了積極作用。

表3 2010年裝置能耗對比