制氮裝置運(yùn)行模式優(yōu)化及節(jié)能

余偉++趙來(lái)++張明峰++李民星

摘 要：針對(duì)浙江LNG接收站制氮系統(tǒng)高壓機(jī)增壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、在氮?dú)飧叻逵脷鈺r(shí)供應(yīng)量不足的問(wèn)題，立足于提高系統(tǒng)的可靠性，提出了增加一臺(tái)氮?dú)庠鰤簷C(jī)作為備用的改進(jìn)方法。通過(guò)優(yōu)化儀表空氣系統(tǒng)與制氮系統(tǒng)的工藝流程，將儀表空氣壓縮機(jī)與制氮裝置串聯(lián)，利用儀表空壓機(jī)過(guò)剩的產(chǎn)能為制氮裝置提供空氣，從而生產(chǎn)氮?dú)猓⑦M(jìn)行了能耗分析。

關(guān)鍵詞：制氮；空氣壓縮機(jī)；化學(xué)性質(zhì)；卸船作業(yè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.117

氮?dú)庥捎谒饵c(diǎn)低且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于石油天然氣行業(yè)。LNG接收站管道和設(shè)備在吹掃置換時(shí)短時(shí)間內(nèi)需要大量的氮?dú)猓热缭诮邮照拘洞陂g，卸料臂時(shí)吹掃易出現(xiàn)氮?dú)夤?yīng)量不足的情況。由于浙江LNG接收站的氮?dú)庠鰤簷C(jī)性能較差且無(wú)備用，導(dǎo)致高壓氮?dú)庠鰤簳r(shí)間較長(zhǎng)（約1.5 d），有時(shí)會(huì)影響卸船作業(yè)進(jìn)度。而在非卸船期間，接收站的氮?dú)庥昧枯^小，空壓機(jī)組的產(chǎn)氣量過(guò)剩，空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)頻繁地加載和卸載，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成了一定的影響。

1 制氮系統(tǒng)運(yùn)行情況分析

1.1 制氮系統(tǒng)流程簡(jiǎn)介

浙江LNG接收站制氮系統(tǒng)為變壓吸附制氮裝置，配備有2臺(tái)英格索蘭IRN45K-OF A/C型空氣壓縮機(jī)，2套杭州吉大空分生產(chǎn)的JSN-100B型PSA制氮機(jī)，1臺(tái)30 Nm3/h的氮?dú)庠鰤簷C(jī)，1個(gè)容積為50 m3氮?dú)鈨?chǔ)氣罐。PSA制氮機(jī)單套能力為100 Nm3/h，氮?dú)饧兌却笥诘扔?8.0%，PSA制氮系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

1.2 制氮系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力

浙江LNG接收站制氮系統(tǒng)設(shè)計(jì)的供氣能力為30～530 Nm3/h。氮?dú)庵饕?個(gè)作用：①用于設(shè)備和管道的吹掃、置換，為設(shè)備和管道的投用、檢修提供條件；②作為密封氣，用于旋轉(zhuǎn)接頭、火炬放空筒、電氣接線(xiàn)箱等設(shè)備，防止空氣進(jìn)入密封件導(dǎo)致結(jié)冰或進(jìn)入接線(xiàn)箱形成爆炸性氣體；③用作BOG壓縮機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)氣源以及氣動(dòng)閥門(mén)的動(dòng)力氣源。

1.3 不同工況下的氮?dú)庥昧繙y(cè)試

1.3.1 PSA系統(tǒng)制氮能力

為了全面了解接收站PSA制氮系統(tǒng)的能力，現(xiàn)對(duì)PSA制氮裝置進(jìn)行產(chǎn)能測(cè)試（測(cè)試期間未運(yùn)行增壓機(jī)）：將氮?dú)饪諌簷C(jī)的目標(biāo)壓力設(shè)置為0.92 MPaG，運(yùn)行2臺(tái)空氣壓縮機(jī)和2套制氮機(jī)，測(cè)試時(shí)保持氮?dú)夤芫W(wǎng)用氮量維持在200 Nm3/h左右。測(cè)試過(guò)程中觀測(cè)到空壓機(jī)出口壓力維持在0.80～0.86 MPaG運(yùn)行，PSA制氮機(jī)的出口壓力為0.72～0.78 MPaG，單套制氮機(jī)的出口流量（金屬管浮子流量計(jì)）為75～110 Nm3/h，氮?dú)夤芫W(wǎng)的壓力維持在0.69 MPaG。單套制氮機(jī)的兩個(gè)變壓吸附塔的切換時(shí)間為1 min，切換時(shí)，單套制氮機(jī)的產(chǎn)量在75～110 Nm3/h間波動(dòng)。

測(cè)試結(jié)果表明，2臺(tái)PSA制氮機(jī)的制氮能力為150～220 Nm3/h，當(dāng)下游用戶(hù)的氮?dú)庥昧繛?00 Nm3/h時(shí)，氮?dú)夤芫W(wǎng)的壓力維持在0.69 MPaG左右，制氮系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

1.3.2 非卸船工況下的氮?dú)庥昧繙y(cè)試

運(yùn)行1臺(tái)空氣壓縮機(jī)和1套制氮機(jī)對(duì)設(shè)備制氮能力進(jìn)行測(cè)試，裝置供應(yīng)的氮?dú)鉂M(mǎn)足用戶(hù)的需求。測(cè)試期間氮?dú)馐褂脤?duì)象主要有卸料臂、槽車(chē)裝車(chē)臂旋轉(zhuǎn)接頭密封、7臺(tái)低壓泵、5臺(tái)高壓泵電氣接線(xiàn)盒密封、高壓壓縮機(jī)填料密封、火炬筒密封、槽車(chē)裝車(chē)臂吹掃。

1.3.3 卸船工況下的氮?dú)庥昧繙y(cè)試

卸船期間，LNG接收站對(duì)4條卸料臂進(jìn)行了吹掃置換，在短時(shí)間內(nèi)需要用到大量氮?dú)狻４藭r(shí)，用氮量達(dá)到峰值，通過(guò)DCS系統(tǒng)記錄卸料臂吹掃時(shí)氮?dú)庥昧浚瑘D2為吹掃1條液相臂時(shí)氮?dú)饬髁口厔?shì)圖。

從卸料臂吹掃時(shí)用氮量測(cè)試記錄可知，卸船期間接收站氮?dú)庥昧糠逯悼蛇_(dá)600 Nm3/h左右，用氮量范圍在250～600 Nm3/h，平均用量約為350 Nm3/h。正常情況下，卸料臂吹掃時(shí)間為1.5 h左右，則吹掃卸料臂的氮?dú)庥昧繛?25 Nm3。卸船期間，接收站的總氮?dú)庥昧繛?23.4 Nm3。氮?dú)庠鰤汗迚毫?.5MPaG降低到0.8MPaG時(shí)，可以釋放出的氮?dú)鉃?50 Nm3。

2 運(yùn)行模式優(yōu)化方案

2.1 新增一臺(tái)氮?dú)庠鰤簷C(jī)

根據(jù)制氮系統(tǒng)的運(yùn)行情況，為確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，考慮新增一套能力為60Nm3/h的氮?dú)庠鰤簷C(jī)，從制氮裝置出口總管上新增一條1〞的管道，與原增壓機(jī)進(jìn)行并聯(lián)，新增氮?dú)庠鰤簷C(jī)出口與高壓氮?dú)鈨?chǔ)罐入口相連，兩臺(tái)增壓機(jī)即能獨(dú)自運(yùn)行，又能同時(shí)運(yùn)行，兩者互為備用，提高了氮?dú)庀到y(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 儀表空氣壓縮機(jī)與制氮裝置串聯(lián)運(yùn)行

儀表空氣系統(tǒng)包括2臺(tái)工頻無(wú)油螺桿空氣壓縮機(jī)和2臺(tái)干燥裝置，單臺(tái)空壓機(jī)的產(chǎn)能為27.41 m3/min，運(yùn)行1套空壓機(jī)生產(chǎn)儀表風(fēng)即可滿(mǎn)足需求，但其產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩。通過(guò)改造和優(yōu)化，將儀表空氣系統(tǒng)中的空壓機(jī)與2臺(tái)PSA制氮機(jī)串聯(lián)，日常運(yùn)行1臺(tái)儀表空壓機(jī)、1臺(tái)干燥裝置和1臺(tái)PSA制氮機(jī)生產(chǎn)儀表風(fēng)和氮?dú)狻?/p>

3 運(yùn)行模式優(yōu)化后的效果

3.1 新增氮?dú)庠鰤簷C(jī)的運(yùn)行效果

氣增壓機(jī)安裝后，LNG接收站可以在9.4 h內(nèi)完成對(duì)50 m3的氮?dú)鈨?chǔ)罐的充裝，與單臺(tái)增壓機(jī)所需時(shí)間28.3 h相比，縮短了18.9 h，大幅度提高了氮?dú)馐褂眯剩医鉀Q了1臺(tái)增壓機(jī)出故障后無(wú)法進(jìn)行增壓的問(wèn)題，提高了氮?dú)庀到y(tǒng)供氮的穩(wěn)定性。

3.2 儀表空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行情況

圖3為更改流程前、后的儀表空壓機(jī)加載、卸載壓力趨勢(shì)圖。

在圖3中，10：20之前儀表空壓機(jī)的加載值為6.3 Barg。在卸載值為9.0 Barg的情況下，周期約為5min，10：20打開(kāi)跨接并將加載值改為7.3 Barg，周期由之前的5 min變?yōu)?5 min，空壓機(jī)運(yùn)行較為平穩(wěn)。優(yōu)化后避免了空壓機(jī)較為頻繁的加載和卸載，減少了儀表空壓機(jī)和氮?dú)饪諌簷C(jī)內(nèi)排水電磁閥、入口進(jìn)氣閥、出口排氣閥及各類(lèi)元器件頻繁的動(dòng)作，延長(zhǎng)了各類(lèi)部件的更換周期和空壓機(jī)的使用壽命。在串聯(lián)運(yùn)行的過(guò)程中，儀表空氣用量保持在18 m3/h左右，下游氮?dú)庥昧糠€(wěn)定在約100Nm3/h，儀表空氣系統(tǒng)和氮?dú)庀到y(tǒng)運(yùn)行正常。

3.3 運(yùn)行模式優(yōu)化后的節(jié)能分析

新的工藝流程中改用儀表空壓機(jī)為PSA供應(yīng)壓縮空氣，省去了IRN45K-OF A/C型氮?dú)饪諌簷C(jī)的使用。這不僅降低了氮?dú)饪諌簷C(jī)的使用頻率，節(jié)約了氮?dú)饪諌簷C(jī)的維修維護(hù)成本，也節(jié)省了生產(chǎn)用電。與儀表空氣系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的模式相比，儀表空壓機(jī)帶1套干燥裝置和1套PSA制氮裝置運(yùn)行時(shí)每小時(shí)可節(jié)電26 kW·h，全年可節(jié)省生產(chǎn)用電約210 000 kW·h。

4 結(jié)束語(yǔ)

從儀表空氣壓縮機(jī)與制氮裝置串聯(lián)運(yùn)行的運(yùn)行效果和能耗的分析比較中可以看出，該項(xiàng)優(yōu)化充分發(fā)揮了儀表空壓機(jī)的產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)，避免了其頻繁的加載與卸載，有利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)了儀表空壓機(jī)的使用壽命。運(yùn)行模式優(yōu)化后，降低了氮?dú)庀到y(tǒng)中空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率，減少了運(yùn)行能耗，每小時(shí)可節(jié)電26 kW·h，有效降低了生產(chǎn)成本，起到了很好的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

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編輯：張思楠