大型氮肥廠儀表風(fēng)干燥器改造研究與實施

趙春吉，谷鵬飛

（中國石油大慶石化公司化肥廠，黑龍江大慶市 163714）

大型氮肥廠儀表風(fēng)干燥器改造研究與實施

趙春吉，谷鵬飛

（中國石油大慶石化公司化肥廠，黑龍江大慶市 163714）

儀表風(fēng)應(yīng)用于煉油、化工、化肥等工業(yè)生產(chǎn)儀表自動化的控制過程中，是氣動儀表傳遞信號的媒體和動力源。在化肥裝置中，合成氨儀表風(fēng)系統(tǒng)是化肥生產(chǎn)的主要供風(fēng)裝置，氣源的可靠性和干燥器能否穩(wěn)定運行，關(guān)系到全廠儀表系統(tǒng)及執(zhí)行機構(gòu)的正常運行，大慶石化公司化肥廠通過采用“空氣余熱干燥技術(shù)”和并聯(lián)小空壓機氣源的方法，對原儀表風(fēng)系統(tǒng)進行了改造，儀表風(fēng)穩(wěn)定性明顯提高。

儀表風(fēng)；余熱再生；干燥器；改造

1 概述

大慶石化公司化肥廠30萬t合成氨裝置由美國成套引進，48萬t尿素裝置由荷蘭成套引進，經(jīng)過2005年擴能改造，年生產(chǎn)能力分別達到45萬t、80萬t。現(xiàn)有2套主要生產(chǎn)裝置、3套輔助生產(chǎn)裝置和3個生產(chǎn)維護車間。大慶石化化肥廠儀表風(fēng)干燥系統(tǒng)歸屬合成車間管理和維護，為化肥廠全廠提供干燥儀表風(fēng)。原料是合成裝置空壓機供給的壓縮空氣，產(chǎn)品為處理后的干燥壓縮空氣（露點一般低于-55℃），全廠儀表風(fēng)使用量在1 000 m3（標(biāo)）／h左右。舊儀表風(fēng)系統(tǒng)有2套電加熱干燥設(shè)備，分別是美產(chǎn)干燥器和國產(chǎn)干燥器。其中電加熱干燥器設(shè)計處理量為600 m3（標(biāo)）／h，使用已經(jīng)30多a，屬于上世紀(jì)70年代落后產(chǎn)品。

2 原儀表風(fēng)干燥器簡介

化肥廠原儀表風(fēng)干燥系統(tǒng)以合成氨裝置空氣壓縮機101－J四段入口38℃，1.4 MPa的空氣作為氣源，工藝流程見圖1：

從空壓機101－J二段出口的空氣經(jīng)PRC49壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后，壓力控制在1.1 MPa左右。分兩路送到儀表風(fēng)干燥器房內(nèi)的氣液分離缸。又經(jīng)油分離器后，先進入國產(chǎn)干燥器進行干燥，再進入美產(chǎn)干燥器進行二次干燥（B1／B2和C1／C2互為備用）。其中國產(chǎn)干燥機，夏季停用，冬季投用；該干燥器在投用期間，以人為切換操作為主，切換時間為：6∶00；14∶00；21∶00，切換前檢查再生塔的再生溫度要達100℃以上，而且在該溫度下持續(xù)時間不小于3 h，才能確保再生塔內(nèi)的水份脫凈。另一套是由美國進口的干燥機，全年運行，利用Honeywell公司的TPS系統(tǒng)，編程實現(xiàn)時序切換控制。美產(chǎn)干燥器為B、C兩組獨立的干燥器，每組均相隔4 h自動切換。再生塔溫度不應(yīng)高于150℃，否則易損壞分子篩，每月給四通閥加密封脂一次，確保四通閥不串風(fēng)，不漏風(fēng)。

干燥后經(jīng)機械過濾器過濾再進入粉塵過濾器進行二次過濾。在機械過濾器出口裝有空氣流量指示表FR49。貯風(fēng)罐作用是當(dāng)干燥器發(fā)生斷風(fēng)或風(fēng)壓下降時，由該貯風(fēng)罐補充風(fēng)量，使儀表風(fēng)管網(wǎng)風(fēng)壓能保持10 min左右的正常風(fēng)壓。

圖1 化肥裝置原儀表風(fēng)干燥器流程

空分來風(fēng)是當(dāng)101－J故障時及時補充風(fēng)量而設(shè)。另外，空分送出的風(fēng)也可直接進入儀表風(fēng)總管，使儀表風(fēng)管網(wǎng)風(fēng)壓不中斷。

3 存在問題

3.1 設(shè)備老化，技術(shù)落后，耗能大，不能滿足生產(chǎn)需要

儀表風(fēng)干燥系統(tǒng)中電加熱干燥器設(shè)計處理量為600 m3（標(biāo)）／h，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求，同時由于原干燥器設(shè)備老化、技術(shù)落后，電加熱干燥器出口儀表風(fēng)露點冬季達不到-55℃的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，冬季生產(chǎn)容易出現(xiàn)風(fēng)路積水、生銹、堵塞，儀表損壞等現(xiàn)象，造成儀表傳遞信號失真，導(dǎo)致自動閥操作的精確率下降，參數(shù)調(diào)節(jié)不及時，使生產(chǎn)裝置失控，影響安全生產(chǎn)。

3.2 空壓機波動對儀表風(fēng)系統(tǒng)影響較大

儀表風(fēng)系統(tǒng)是以工藝生產(chǎn)使用的空氣作為氣源，生產(chǎn)上波動時，對儀表風(fēng)系統(tǒng)影響較大，對空壓機101－J依賴性太大。

3.3 操作復(fù)雜，日常檢查維護難度較大

儀表風(fēng)系統(tǒng)在運行時，分子篩干燥劑投用和再生同時，涉及到閥門較多，流程較為復(fù)雜，閥門頻繁切換，崗位員工在日常檢查時，對分子篩的運行狀態(tài)和閥位確認(rèn)耗時較多，難度較大，電加熱干燥器的控制系統(tǒng)功能不完善，運行不穩(wěn)定，經(jīng)常造成儀表空氣壓力波動，造成檢查維護難度較大。

4 解決方案

針對以上三個問題，我廠技術(shù)人員認(rèn)真研究、調(diào)研、考察，提出了如下方案：

4.1 利用余熱干燥技術(shù)生產(chǎn)儀表風(fēng)

為了達到節(jié)能目的，同時保證生產(chǎn)運行的穩(wěn)定性，綜合考慮采用余熱再生技術(shù)。

4.1.1 余熱再生工作原理

余熱干燥機根據(jù)變壓、變溫吸附的原理，利用空壓機的余熱（溫度較高、相對濕度較低）再生吸附劑，再生后的壓縮空氣通過后部冷卻器降溫和油水分離器分離后進入吸附塔進行吸附，此階段不消耗壓縮空氣。然后，再利用出口處的干空氣對吸附劑進行冷吹，此階段需消耗一小部分壓縮空氣。余熱干燥機耗氣量約為1.88%，相比無熱再生干燥機15%的耗氣量、微熱再生干燥機10%的耗氣量和電加熱器的耗電，經(jīng)濟效益明顯。當(dāng)然，余熱干燥機還需消耗一部分冷卻水，但實際上，如果采用其它干燥機，此部分冷卻水消耗還是要轉(zhuǎn)嫁到空壓機的后部冷卻器上，對于任何干燥機來說，此部分消耗都是必需的。

為了滿足余熱再生的技術(shù)要求，儀表風(fēng)氣源從空壓機101－J的四段入口氣改正101－J的三段出口。

4.1.2 余熱再生工藝流程和控制系統(tǒng)簡介

余熱干燥機采用雙塔結(jié)構(gòu)，輔之以吸附劑、各種閥門、后部冷卻器、油水分離器、除塵過濾器和控制系統(tǒng)等。

和其它吸附式干燥機一樣，余熱干燥機采用雙塔循環(huán)周期工作制，一個標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)周期為8小時，主要有8個過程：

（1）A塔吸附、B塔加熱再生；

（2）A塔吸附、B塔排空卸壓；

（3）A塔吸附、B塔冷吹再生；

（4）A塔吸附、B塔充壓；

（5）A塔加熱再生、B塔吸附；

（6）A塔排空卸壓、B塔吸附；

（7）A塔冷吹再生、B塔吸附；

（8）A塔充壓、B塔吸附。

以上為一個工作循環(huán)周期，共有17個氣動閥門，這17個氣動閥門由電磁閥進行控制，電磁閥由PLC程序進行控制。整個系統(tǒng)程序由可編程控制器（PLC）實現(xiàn)。本系統(tǒng)的工作周期表如表1所示。

表1 工作周期表

采用余熱再生機代替原來的兩套干燥機，經(jīng)過驗證與考察，干燥效果可以滿足冬季露點低于－55℃，夏季露點低于－45℃的要求，但因為儀表風(fēng)的重要性，分兩次對干燥機進行改造，暫時保留進口干燥機作為備用，拆除國產(chǎn)干燥機，余熱干燥機就安裝在原來國產(chǎn)干燥機的位置。投用運行穩(wěn)定后，再將進口干燥機更換為余熱干燥機。

4.2 大、小空壓機（101-J／JA）并聯(lián)提供氣源

合成裝置在2005年擴容50%改造新增一臺小空壓機101－JA，與大空壓機并聯(lián)運行。為了增加儀表風(fēng)氣源的保障性，在小空壓機三段出口接空氣線與大空壓機101－J并聯(lián)進入儀表風(fēng)系統(tǒng)，雙氣源減小生產(chǎn)波動和壓縮機設(shè)備問題對儀表風(fēng)系統(tǒng)的影響，流程見圖2。

圖2 合成裝置空壓機出口儀表風(fēng)流程

5 改造的實施過程

合成儀表風(fēng)干燥系統(tǒng)改造第一次在2007年7月施工，將國產(chǎn)干燥機更換為余熱干燥器，9月28日完成。第二次改造于2009年9月初開始施工，于2009年11月3日結(jié)束，改造內(nèi)容新增一臺余熱干燥器，砍去舊儀表風(fēng)干燥器，同時在101－JA三段出口接線至儀表風(fēng)系統(tǒng)。11月5日生產(chǎn)合格產(chǎn)品。

6 實施效果

技術(shù)應(yīng)用后，儀表風(fēng)露點合格100%，經(jīng)多層余熱再生干燥器處理后的儀表風(fēng)露點≤－65℃，達到儀表風(fēng)露點控制≤－55℃的指標(biāo)。多層余熱干燥器吸附劑再生耗氣量≤1%，達到技術(shù)協(xié)議要求。

此外，儀表風(fēng)干燥器系統(tǒng)采用高可靠性PLC（可編程序控制器）內(nèi)部軟邏輯功能，極大的簡化設(shè)備的操作，PLC增加了故障指示功能和故障閉鎖功能，便于空壓機故障的查找和處理，極大地縮短了系統(tǒng)恢復(fù)時間，即使非電氣專業(yè)人員也可以根據(jù)故障顯示知道故障所在，及時檢查和處理從而極大得提高了系統(tǒng)的可靠性。

2009年在并聯(lián)小空壓機101JA空氣作儀表風(fēng)后，儀表風(fēng)壓力更加穩(wěn)定，特別是原空氣壓縮機101J突發(fā)故障期間，仍然可以保證全廠儀表風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

綜上所述，新儀表風(fēng)系統(tǒng)投用后，儀表風(fēng)的品質(zhì)明顯提高，同時降低了操作維護難度，降低了能源消耗、降低了安全隱患。具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益，此項儀表風(fēng)系統(tǒng)改造技術(shù)在同類型化肥裝置上具有推廣價值。

Technical Transformation on Instrument Air Dryer in large Nitrogenous Fertilizer Factory

Zhao Chunjie，Gu Pengfei
（Daqing Petrochemical Company of CNPC，Daqing，163714）

In fertilizer factory，instrument air system is the main air supply.The article introduces the technical transformation on instrument air dryer by using waste heat regeneration technology.

instrument air，waste heat regeneration，dryer，transformation

TQ113.29

B

1003-6490（2015）02-0007-03

2015－03－27

趙春吉（1978－），男，漢族，黑龍江大慶市人，2002年畢業(yè)于齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事化肥生產(chǎn)技術(shù)工作。