低溫甲醇洗系統的節能改造

耍芬芬，張洋洋，徐嚴偉，顧朝暉，張洪輝

(1.河南心連心化肥有限公司 河南新鄉 453731；2.利歐〔大連〕工業泵技術中心有限公司 遼寧大連 116000)

河南心連心化肥有限公司原料結構調整項目設計年產450 kt合成氨、800 kt尿素，其中脫硫、脫碳采用國內先進的低溫甲醇洗凈化技術。采用低溫甲醇吸收變換氣中的CO2和H2S時，壓力越高，越有利于CO2和H2S的脫除。吸收了CO2和H2S的含硫富甲醇液和僅吸收CO2的無硫富甲醇液通過減壓閥減壓后送入閃蒸罐，造成能量的嚴重浪費。低溫甲醇洗系統的主要能耗在于機泵的電耗、低壓蒸汽消耗。液力透平泵是一種效率高、工作穩定性好的能量回收裝置[1]，利用液力透平泵將減壓過程損失的壓力能轉換為液力透平的機械能，通過傳動機構來驅動機泵并代替系統中原有機泵工作，以減少低溫甲醇洗系統機泵的電耗，就可實現降低能耗的目的[2]。

1 液力透平泵的工作原理及布置方式

液力透平泵的工作原理是高壓液態工質所具有的能量經過透平時轉換為動能，流過葉輪時流體沖擊葉片推動葉輪轉動，從而驅動透平軸旋轉，透平軸直接或經傳動機構帶動其他耗能設備輸出機械功[3]。

能量回收裝置有直趨式和輔助趨動式2種基本布置方式，透平輸出功率大于負載功率時采用直驅式，透平是唯一動力設備；透平輸出功率小于負載功率時采用輔助驅動式，透平為第2動力設備，與第1動力設備共同驅動負載設備[1]。

2 液力透平泵在低溫甲醇洗系統的應用

河南心連心化肥有限公司低溫甲醇洗系統采用七塔流程，無硫富甲醇液和含硫富甲醇液在減壓過程中有大量能量浪費，能量回收針對這2股物料進行，其基本參數如表1所示。

表1 無硫富甲醇液和含硫富甲醇液基本參數

項目含硫富甲醇液無硫富甲醇液閥前壓力/MPa5.255.21閥后壓力/MPa1.751.75流量/(m3·h-1)218363相對密度0.9820.979溫度/℃-32.95-32.95

設計時，預留20～40 m3/h流量用于調節洗滌塔的液位，按透平效率71.5%計算，透平回收的能量由式(1)計算，無硫富甲醇液和含硫富甲醇液在不同旁路過液量時可回收的能量如表2所示，H2S濃縮塔塔底富甲醇液泵P1603和汽提塔塔底富甲醇液泵P1608的基本參數如表3所示，機泵軸功率由式(2)計算。

W=Q×ΔP×η/3.6

(1)

式中：W——透平回收功率，kW；

Q——流量，m3/h；

ΔP——壓差，MPa；

η——透平效率，取71.5%。

P=Q×H×γ/(367.2×η)

(2)

式中：P——軸功率，kW；

H——揚程，m；

γ——介質相對密度。

表2 無硫富甲醇液和含硫富甲醇液在不同旁路過液量時可回收的能量

旁路過液量/(m3·h-1)回收能量/kW含硫富甲醇液無硫富甲醇液201382363013122940124222

表3 P1603和P1608的基本參數

項目P1603P1608流量/(m3·h-1)300308溫度/℃-44.3331.62揚程/m112160介質相對密度0.8880.797效率0.70.7軸功率/kW116153

對比表2和表3數據可知，無硫富甲醇液可回收能量大于P1608軸功率，含硫富甲醇液可回收能量大于P1603軸功率，均可以采用直驅式能量回收裝置。無硫富甲醇液溫度約為-32 ℃，P1608輸送的介質溫度為31.62℃，透平泵一體化設備目前無法通過密封防止溫度傳遞，故本次改造時暫不考慮無硫富甲醇液能量的回收。含硫富甲醇液與P1603輸送的介質溫度相近，不必考慮溫度傳遞的影響，因此采用液力透平泵一體化設備回收含硫富甲醇液的能量驅動機泵代替P1603，液力透平泵并入系統后的工藝流程如圖1所示。

圖1 液力透平泵并入系統后的工藝流程E1603.含硫甲醇氨冷器 V1602.含硫甲醇閃蒸罐 HV16204.減壓閥 LV16084.透平端進口調節閥 LV16083.洗滌塔塔底液位調節閥 T1603.H2S濃縮塔 P1603.H2S濃縮塔塔底富甲醇液泵 S1602.富甲醇過濾器

透平泵投運后，減壓閥HV16204完全關閉，透平端代替HV16204工作；P1603停運，透平泵泵端代替P1603工作。

3 運行效果

3.1 運行參數

透平端進口壓力4.10～4.30 MPa，透平端出口壓力約1.650 MPa，泵端進口壓力約0.155 MPa，泵端出口壓力保持在1.00～1.20 MPa；轉速在2 800～3 000 r/min，泵端軸承溫度在16～25 ℃，透平端軸承溫度在47～60 ℃，泵端振動值為0.71～1.00 mm/s，透平端振動值在1.00～1.44 mm/s，軸承溫度和振動值均在標準規定范圍內(軸承溫度<80 ℃，振動值<7.10 mm/s)。

3.2 運行中存在的問題

透平端進口調節閥LV16084壓力損失過大，LV16084閥前壓力在5.30 MPa左右，經過LV16084后實際壓力在4.10～4.30 MPa，壓力損失達到1.00 MPa，造成能量損失。在透平端進口壓力為4.20 MPa的情況下，泵端流量、揚程仍可滿足工藝需求，但LV16083開度較小，甲醇洗滌塔下塔液位調節余量較小。如果LV16084的壓力損失減小，透平的揚程提高，透平端需要的流量減少，LV16083的開度可增大。

3.3 經濟效益分析

透平泵投運后，P1603停運可節電131 kW，按年正常運行300 d、電價0.6元/(kW·h)計，年可節省費用約56.59萬元。

4 結語

采用液力透平泵一體化設備回收含硫富甲醇液的能量驅動機泵代替P1603工作，不影響原系統的穩定運行，軸承溫度、振動值均在標準規定范圍內；項目節電效果明顯，年可節省費用約為56.59萬元。項目中存在的主要問題是LV16084閥體選型較大，實際開度小，造成1.00 MPa的壓力損失，導致能量浪費。

根據液力透平泵一體化設備回收含硫富甲醇液的能量驅動機泵代替P1603的運行經驗，考慮采用液力透平裝置回收無硫富甲醇液的能量驅動機泵代替P1608。由于無硫富甲醇液和P1608輸送介質溫度相差較大，透平端和泵端擬通過長度大于1 m的聯軸器連接，以避免2股介質之間的熱量傳遞。