大氮肥企業(yè)原始開車節(jié)約資金方面的思路

孫高峰

(河北正元?dú)淠芸萍加邢薰荆?河北滄州 061100)

河北正元?dú)淠芸萍加邢薰?簡稱正元?dú)淠?年產(chǎn)60 萬t合成氨、80 萬t尿素項(xiàng)目(簡稱60-80項(xiàng)目)于2012年場地平整，2013年土建施工、部分設(shè)備安裝，2014年進(jìn)入全面設(shè)備安裝和工藝管線配置，2015年3月進(jìn)行系統(tǒng)原始開車，2015年4月產(chǎn)出合格尿素。開車前60-80項(xiàng)目組全體組員就地轉(zhuǎn)為60-80項(xiàng)目開車指揮小組，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的整體開車工作。整個(gè)開車過程比較順利，用時(shí)較短，較好地完成了開車指揮小組初始設(shè)計(jì)目標(biāo)，節(jié)約了大量原始開車費(fèi)用，極大縮短了開車過程用時(shí)。

在原始開車前開車指揮小組經(jīng)過反復(fù)討論、論證：變換和氨合成催化劑還原，以及各裝置的氮?dú)庵脫Q、氣密工作，是決定整個(gè)原始開車費(fèi)用和時(shí)間的最大變量。其間，最考校生產(chǎn)技術(shù)管理水平的難點(diǎn)是：如何在系統(tǒng)原始開車前安全、高效、保質(zhì)完成變換催化劑硫化、氨合成還原態(tài)催化劑裝填；如何在空分裝置送合格氮?dú)馇巴瓿善渌餮b置的工藝置換和氣密工作，節(jié)省開車準(zhǔn)備時(shí)間，提前達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。針對上述幾個(gè)難點(diǎn)開車指揮小組根據(jù)全廠圖紙和現(xiàn)場實(shí)際情況理順了一整套的工作思路和解決措施。

1 變換催化劑硫化

1.1 變換裝置概況

正元?dú)淠?0-80項(xiàng)目中變換裝置由航天長征化學(xué)工程股份有限公司設(shè)計(jì)，初期設(shè)計(jì)4級(jí)變換，5臺(tái)絕熱變換爐(其中，第一變換爐為2臺(tái)并聯(lián)絕熱變換爐)。在后期設(shè)計(jì)變更為4級(jí)變換，2臺(tái)等溫變換爐，3臺(tái)絕熱變換爐(其中，第一變換爐為2臺(tái)并聯(lián)等溫變換爐，由河北正元化工工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì))。第一變換爐(軸徑向)規(guī)格為Φ4 000 mm，高度為12 345 mm；第二變換爐(軸徑向)規(guī)格為Φ4 600 mm，高度為8 580 mm；第三變換爐(軸徑向)規(guī)格為Φ4 600 mm，高度為7 650 mm；第四變換爐(軸向)規(guī)格為Φ4 400，高度為10 920 mm。設(shè)計(jì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)氣量(體積流量)為592 m3/min，出口排氣壓力為68.6 kPa。開工電加熱器采用2臺(tái)功率為1 800 kW的串聯(lián)電加熱器，1個(gè)14.5 m3的硫化罐。

1.2 循環(huán)介質(zhì)氣體和反應(yīng)氣體來源

(1) 循環(huán)介質(zhì)氣體選用氮?dú)狻２少徱旱褂脤Ｓ貌圮囁偷阶儞Q裝置現(xiàn)場，依靠槽車自帶的氣化器維持槽車壓力，穩(wěn)定地向氣化器(2臺(tái)串聯(lián)，每臺(tái)500 m3)輸送液氮，氣化器出來的常溫氮?dú)饨?jīng)硫化循環(huán)管線進(jìn)入變換裝置。

(2) 作為硫化反應(yīng)氣體的氫氣，使用專用槽車送到變換裝置現(xiàn)場，配置臨時(shí)管線接入變換裝置。

(3) 二硫化碳由供貨商現(xiàn)場供貨。

1.3 硫化過程

(1) 根據(jù)安裝工作量和物資供貨情況，與施工隊(duì)伍協(xié)調(diào)安裝進(jìn)度，變換裝置大大早于其他裝置安裝完工，在硫化前與外系統(tǒng)所有管線盲板隔絕；與火炬系統(tǒng)隔絕后，在放空總管上就地加裝了放空管線，做硫化放空使用。

(2) 結(jié)合配備的羅茨鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)，考慮首先將第二變換爐、第三變換爐、第四變換爐串聯(lián)進(jìn)行硫化，但是在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)循環(huán)阻力大，羅茨鼓風(fēng)機(jī)出口溫度超標(biāo)，所以改變硫化思路：第一步，甩掉第四變換爐，僅將第二變換爐和第三變換爐串聯(lián)硫化；第二步，對第四變換爐單獨(dú)硫化；第三步，對第一變換爐A單獨(dú)硫化；第四步，對第一變換爐B單獨(dú)硫化。此次513.9 m3變換催化劑分做4次硫化，用時(shí)20 d。

(3) 整個(gè)硫化過程中遇到的最大問題是循環(huán)氣體中的氫氣含量不易調(diào)配，主要原因?yàn)椴僮鞴刂茪錃忾y門開度的經(jīng)驗(yàn)不足，氫氣瓶子倒瓶麻煩，耗時(shí)長、不能穩(wěn)定連續(xù)供氣。

硫化初期，氫氣供應(yīng)商采用氫氣鋼瓶(見圖1)，由多組鋼瓶組成一組格子，供氣時(shí)單個(gè)氫氣鋼瓶用金屬軟管和硫化系統(tǒng)連接。

圖1 氫氣鋼瓶示意圖

使用中發(fā)現(xiàn)氫氣鋼瓶儲(chǔ)量小，供氫時(shí)間短，在倒換氫氣鋼瓶、連接金屬軟管時(shí)耗費(fèi)時(shí)間長，造成氫氣間歇性斷供，進(jìn)而導(dǎo)致硫化循環(huán)氣中氫氣含量不穩(wěn)定，低于指標(biāo)值。為了解決這一問題緊急聯(lián)系氫氣供應(yīng)商，決定用氫氣槽車(見圖2)替代氫氣鋼瓶格子，最終解決了這一問題。

圖2 氫氣槽車示意圖

2 氨合成還原態(tài)催化劑裝填

為了節(jié)約費(fèi)用、縮短開車時(shí)間，正元?dú)淠?0-80項(xiàng)目組決定提前還原氨合成催化劑并利用氮?dú)饷荛]保存，催化劑整個(gè)裝填過程在全氮?dú)猸h(huán)境條件下進(jìn)行[1-3]。氨合成還原態(tài)催化劑無氧裝填技術(shù)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，河北正元化工集團(tuán)將其申報(bào)了專利。由河北正元化工工程設(shè)計(jì)有限公司自主設(shè)計(jì)的DN3000氨合成塔共計(jì)裝填還原態(tài)氨合成催化劑252 m3，裝填用時(shí)60 h。

3 其他裝置的工藝置換和氣密工作

3.1 氣化工段

氣化工段作為一個(gè)氮?dú)庵脫Q、氣密單元，以氣化裝置的高壓二氧化碳儲(chǔ)罐為氮?dú)饨尤朦c(diǎn)，供氣化裝置系統(tǒng)置換、氣密。

配置臨時(shí)管道把氮?dú)庖霘饣b置高壓二氧化碳儲(chǔ)罐，分別對15～18單元進(jìn)行氮?dú)庵脫Q、氣密。

3.2 凈化工段

凈化工段作為一個(gè)氮?dú)庵脫Q、氣密單元，以變換裝置脫毒槽為氮?dú)饨尤朦c(diǎn)，供凈化裝置系統(tǒng)置換、氣密。

配置臨時(shí)管道把氮?dú)庖胱儞Q裝置脫毒槽，分別對變換裝置、低溫甲醇洗裝置、液氮洗裝置進(jìn)行氮?dú)庵脫Q、氣密(見圖3)。

圖3 凈化工段氮?dú)庵脫Q、氣密

3.3 氨合成工段

氨合成工段作為一個(gè)氮?dú)庵脫Q、氣密單元，以合成裝置高壓氨分離器為氮?dú)饨尤朦c(diǎn)，供氨合成裝置系統(tǒng)置換、氣密。

配置臨時(shí)管道把氮?dú)庖牒铣裳b置高壓氨分離器，分別對氨合成裝置、罐區(qū)裝置、壓縮裝置、甲醇洗裝置氨管線、煙氣脫硫裝置氨管線、尿素裝置氨管線進(jìn)行氮?dú)庵脫Q、氣密(見圖4)。

圖4 氨合成工段系統(tǒng)置換、氣密

受液氮泵性能工況所限，中壓液氮泵實(shí)際打壓高限為3.0 MPa，剩下的打壓查漏工作等到空分系統(tǒng)送合格的中壓氮?dú)?5.4 MPa)后再進(jìn)行；使用高壓液氮泵對氨合成裝置打壓查漏，最高氣密壓力可以達(dá)到14.0 MPa，等到系統(tǒng)開車后利用合成氣壓縮機(jī)輸送合格的氫氮?dú)獾桨焙铣裳b置繼續(xù)提壓查漏[4]。

4 結(jié)語

該項(xiàng)目原始開車中的催化劑還原工作耗時(shí)長，所用還原氣量消耗巨大；同時(shí)，各系統(tǒng)的氣密工作用時(shí)存在較大變量。

全系統(tǒng)各裝置置換、變換催化劑硫化、還原態(tài)氨合成催化劑裝填保護(hù)、各裝置氣密等工作共計(jì)使用液氮1 300 t，變換催化劑硫化使用氫氣39 800 m3。按液氮單價(jià)1 200元/t、氫氣單價(jià)3.9元/m3計(jì)算，這兩項(xiàng)費(fèi)用合計(jì)為1 715 220元。通過周密計(jì)劃、合理安排，與材料供應(yīng)商、監(jiān)理方、各支施工隊(duì)伍多方協(xié)調(diào)落實(shí)，正元?dú)淠?0-80項(xiàng)目在空分裝置開車前各主要裝置就已氮?dú)庵脫Q、氣密結(jié)束，為整個(gè)項(xiàng)目的開車成功縮短工期約2個(gè)月，節(jié)約開車費(fèi)用數(shù)千萬元。