硝酸裝置循環(huán)水系統改造總結

2015年4月化肥工業(yè)55硝酸裝置循環(huán)水系統改造總結石奇峰，甄延明,張柏秋(中國石油遼陽(yáng)石化公司尼龍廠(chǎng) 遼寧遼陽(yáng) 111003 )摘要針對硝酸裝置循環(huán)水系統在實(shí)際運行中存在的問(wèn)題,提出對循環(huán)水場(chǎng)風(fēng)機電機采用變頻器以及冷卻系統采用噴霧冷卻塔代替填料冷卻塔并加裝擋風(fēng)隔板的改造方案。改造方案實(shí)施后,取得了節能降耗、平穩生產(chǎn)的效果,獲得顯著(zhù)的經(jīng)濟效益,并為北方化工企業(yè)循環(huán)水系統的設計及改造提供有益的參考。關(guān)鍵詞硝酸循環(huán)水改造中圖分類(lèi)號:T111.2文獻標識碼:B文章編號:1006-7779( 2015 )02-0055-03Sum- Up of Renovation of Circulating Water System for Nitric Acid UnitShi Qifeng, Zhen Yanming, Zhang Baiqiu( Nylon Factory of PetroChina Liaoyang Petrochemical Company Laoning Liaoyang 111003 )Abstract In connection with problems in actual operation of circulating water system for nitricacid unit, a revamping scheme is proposed, viz., using frequency changer for cireulation water blowermotor, replacing packed cooling tower with spray cooling tower in cooling system and adding windshieldpartition. After implementation of the revamping scheme, energy saving and stable production effectsare obtained, achieving remarkable economic benefits, and providing beneficial references for designand renovation of circulating water system for chemical enterprises in northern area.Keywords nitrie acid circulating water renovation中國石油遼陽(yáng)石化分公司尼龍廠(chǎng)硝酸裝置該風(fēng)機在實(shí)際使用過(guò)程中存在以下問(wèn)題。循環(huán)水系統于2004年11月投運，固定保有水量( 1 )容易造成生產(chǎn)波動(dòng)2000 m3，最大循環(huán)水量6000 m'/h,污水處理量在正常生產(chǎn)時(shí),循環(huán)水出口溫度要求控制在8m'/h。循環(huán)水冷卻系統有1座循環(huán)冷卻水塔、15~32 C。由于該裝置地處北方,所處環(huán)境存在1臺晾水塔風(fēng)機、3臺循環(huán)水泵和1臺水過(guò)濾器,主晝夜溫差大、四季溫度變化明顯的特點(diǎn),所以環(huán)境要向稀硝酸、濃硝酸及儲運裝置提供循環(huán)冷卻水。溫度變化對循環(huán)水溫度的影響很大。在冬季或夜循環(huán)水系統自投用以來(lái),存在許多問(wèn)題,且造成了間環(huán)境溫度較低時(shí),循環(huán)水溫度過(guò)低不能滿(mǎn)足生巨大的能源浪費,制約了硝酸裝置長(cháng)周期運行。產(chǎn)要求,由于無(wú)法通過(guò)調節風(fēng)機轉速實(shí)現對水溫的快速調節,只能由現場(chǎng)操作人員通過(guò)調節循環(huán)1存在的問(wèn)題水回水旁通蝶閥開(kāi)度來(lái)調節循環(huán)水出口溫度,既1.1 循環(huán)水場(chǎng)風(fēng)機費力又無(wú)法進(jìn)行精細調節,導致稀硝酸裝置常因在電機的驅動(dòng)下，循環(huán)水場(chǎng)風(fēng)機葉輪高速循環(huán)水溫度變化而出現生產(chǎn)波動(dòng),甚至停車(chē)。旋轉以提高塔內通風(fēng)量,從而達到降低水溫的(2)浪費大量電能目的。原始設計風(fēng)機電機型號為YB135LS-4W,風(fēng)機是循環(huán)水系統主要耗電設備之- -。在生功率200 kW ,額定電壓380 V,額定電流381.2 A,產(chǎn)過(guò)程中，為了保持硝酸裝置穩定運行，循環(huán)水溫轉速1 480 r/min,采用正反轉全壓?jiǎn)?dòng)控制方式。度應根據生產(chǎn)實(shí)際需要進(jìn)行及時(shí)調整。原設計的56化肥工業(yè)第42卷第2期風(fēng)機只能在電機驅動(dòng)下以額定轉速運轉,當環(huán)境接觸器來(lái)控制風(fēng)機轉速,并采用控制室DCS控溫度較低時(shí),循環(huán)水溫度無(wú)需風(fēng)機高速運轉就可制,調速方式為控制室手動(dòng)調速,控制室操作人員滿(mǎn)足生產(chǎn)要求,但由于風(fēng)機轉速無(wú)法調整,造成電可根據外界環(huán)境溫度的變化及時(shí)調節風(fēng)機轉速,能的大量浪費。從而保證循環(huán)水出口溫度平穩。此種控制方式快(3)使用壽命短捷方便、調節精細度高，徹底解決了由于循環(huán)水溫冷卻塔風(fēng)機全壓?jiǎn)?dòng)電流接近3000 A,不僅度波動(dòng)引起生產(chǎn)波動(dòng)的問(wèn)題,為硝酸裝置平穩運造成低壓電氣系統波動(dòng),而且對電網(wǎng)容量要求過(guò)行提供了有力保障。高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和振動(dòng)對機械和電氣設(2 )從理論上講,風(fēng)機負載特性屬于二次方備的沖擊損傷極為嚴重，造成電機、減速機、聯(lián)軸轉矩負載,即:器等設備維修頻繁,維修費用高。Q'/Q=N'/N(1 )1.2循環(huán)水 場(chǎng)冷卻塔H'/H=( N'/N)2(2 )該裝置初始設計采用填料冷卻塔。吸水池中P'/P=( N'/N)(3)的循環(huán)水經(jīng)循環(huán)水泵加壓后送往循環(huán)冷卻水管:式中:Q,Q'一-風(fēng)機風(fēng)量,m2/s;網(wǎng)，供各生產(chǎn)裝置的換熱器使用;換熱后的循環(huán)水N,N'-風(fēng)機轉 速,r/ min;并入回水管網(wǎng),靠余壓進(jìn)人涼水塔的配水管,然后P,P'-風(fēng)機功率, kW;均勻噴灑在淋水填料.上形成均勻的小水膜并與向H,H'- - 風(fēng)機壓力, Pa。上流動(dòng)的空氣接觸換熱,冷卻后的循環(huán)水落入集風(fēng)機風(fēng)量與風(fēng)機的轉速成正比，風(fēng)機壓力與水池內,供繼續循環(huán)使用。轉速的平方成正比，功率與轉速的立方成正比。在實(shí)際生產(chǎn)運行中，主要發(fā)現以下不足:①夏當風(fēng)機的轉速降為原來(lái)的一-半時(shí),風(fēng)機風(fēng)量、壓力季高溫期間,冷卻塔冷卻能力明顯不足,造成進(jìn)、和功率分別為原來(lái)的1/2,1/4和1/8,通過(guò)降低出口冷卻水溫差小，冷卻水溫度無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)要轉速的方式調節流量可使風(fēng)機功率大幅下降。由求，從而造成生產(chǎn)波動(dòng);②運行- - 段時(shí)間后，填料此可知,在實(shí)際生產(chǎn)中根據外界環(huán)境溫度調整風(fēng)冷卻塔極易出現填料變形、堵塞和垮塌,填料碎片機轉速可節省大量電能。改造前、后風(fēng)機變頻開(kāi)進(jìn)入系統中引起布水不均,冷卻效果逐漸下降,造度(改造前無(wú)變頻，相當于開(kāi)度100%)監測記錄成設備損壞，甚至無(wú)法運行;③底部?jì)蓚蕊L(fēng)道相見(jiàn)表1。通,塔內風(fēng)的流動(dòng)受過(guò)堂風(fēng)影響嚴重,造成塔內風(fēng)從表1可看出,在改造后的正常生產(chǎn)期間,冬量減少、冷卻效果下降、循環(huán)水向外灑落。季風(fēng)機轉速維持在額定轉速的40%左右、春秋季維持在額定轉速的60%左右、夏季維持在額定轉2改進(jìn)措施速的90%左右就可滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，與改造前相2.1循環(huán)水場(chǎng)風(fēng)機電機采用變頻器比，節省了大量的電能。( 1 )采用型號為ACS800-0KM變頻器取代原(3)采用變頻器后,利用變頻器的軟起動(dòng)/軟表1改造前、后風(fēng)機變 頻開(kāi)度監測記錄/%頁(yè)目1月2月3月4月5月至8月9月10月11月12月改造前( 2006年)100改造后( 2007年)305(657556C10停止功能替換原全壓?jiǎn)?dòng)和慣性停機,并設定最安裝在塔內的若干高效低壓離心霧化裝置(工作佳加速和減速時(shí)間,大大降低了啟動(dòng)電流并減輕壓力僅為0.035 MPa )形成高速離心運動(dòng),將循環(huán)機械沖擊給設備帶來(lái)的損傷，延長(cháng)了電機、減速水噴射至2~3 m的高度形成0.5~1.0 mm的微機、聯(lián)軸器等設備的使用壽命。小水滴,在風(fēng)機的作用下,形成霧化狀態(tài),使循環(huán)2.2噴霧冷卻塔替代填料冷卻塔并加裝擋風(fēng)水霧浮在冷卻塔內與空氣進(jìn)行熱交換，從而獲得2015年4月石奇峰等:硝酸裝置循環(huán)水系統改造總結57風(fēng)道20 kW電機，風(fēng)機200 kW電機風(fēng)機噴頭、f收水器布水管道AMMMAMMMA填料.霧化裝置而水符道過(guò)常國過(guò)堂比、1, 后加裝Mi擋風(fēng)腿板E米水泄三上水管I 朱水池三|上水管U改造前的哨料冷卻蟒改造后的噴霧冷卻塔圖1冷卻塔改造前、后的結構對比由圖1可看出:在噴霧冷卻塔中,布水管道位冷卻塔內部填料全部去除，整塔幾乎成為-一個(gè)于進(jìn)風(fēng)道的上方,其霧化裝置均勻地安裝在布水“空塔”,極大地減小了塔內系統阻力,大大增加管上，其霧化空間為填料冷卻塔的填料所在位置，了塔內的風(fēng)量;相對于填料冷卻塔,其氣水比大大出霧化裝置的水向上噴射;而在填料冷卻塔中,出提高;且塔內填料去除后,因填料堵塞、垮塌而使:布水管的水向下噴射,下部布設填料,除風(fēng)道中間填料碎片進(jìn)人工藝設備所造成的設備損壞等諸多加裝擋風(fēng)隔板外，其他如塔體、風(fēng)筒、風(fēng)機、水池弊端得到根除。在噴霧冷卻塔中，循環(huán)水通過(guò)離等,2種結構的冷卻塔均相同。噴霧冷卻塔內幾心霧化裝置在塔體內形成懸浮狀的水霧與冷空氣乎是一個(gè)“空塔”,布水系統與低壓離心霧化裝置進(jìn)行熱交換,兩者的接觸比表面積比水被填料分散構成一組整體的冷卻元件,水從塔的進(jìn)風(fēng)道處向而成的膜狀表面積增大5% ~ 10%。噴霧冷卻塔上噴射。根據塔體結構，在噴霧冷卻塔內布置相布水采取上噴方式,噴射空間保持在2~3 m,循環(huán)應的收水器,以防飄水,整塔結構大大簡(jiǎn)化。，水與冷空氣在塔內形成順流和逆流2個(gè)換熱冷卻冷卻塔的冷卻效果取決于冷空氣量與冷卻水過(guò)程;同時(shí),水霧在下降過(guò)程中遇到上升的空氣流，量的比值(氣水比)、塔內冷卻空氣與冷卻水接觸減緩了水霧的下降速度，從而延長(cháng)了熱交換時(shí)間。的比表面積以及冷卻時(shí)間。噴霧冷卻塔采用風(fēng)機綜上所述,在噴霧冷卻塔中,決定冷卻效果的3個(gè)進(jìn)行強制通風(fēng)，并在中間加裝擋風(fēng)隔板,避免過(guò)堂要素均得到極大改善,使冷卻效果得到極大提高。風(fēng)對塔內風(fēng)流動(dòng)的影響和產(chǎn)生大量飄水;將填料改造前、后循環(huán)水場(chǎng)出入口平均溫差見(jiàn)表2。表2改造前 、后循環(huán)水場(chǎng)出入口平均溫差/C項目08-0808-0908-1008-1108-1208-1308-1408-1508-1608-17改造前(2013年).3.64.04.95.65.4 .5.25.15.8改造后( 2012年)6.56.26.76.36.05.77.06.8由表2可見(jiàn)，高溫期間,改造后循環(huán)水出入口4月、9月和10月的平均轉速為額定轉速的溫差平均增大了1.4 C以上，保證了循環(huán)水的冷60%,5月至8月的平均轉速為額定轉速的90%。卻效果,確保了裝置的穩定運行。改造后,風(fēng)機年運行時(shí)間按330 d計,按風(fēng)機轉速將全年分為3個(gè)階段,每個(gè)階段110 d;P'為3經(jīng)濟效益1月,2月,11月和12月的功率,P2'為3,4,9,10月( 1 )直接經(jīng)濟效益的功率,P}’為5月至8月的功率。由式( 3 )可知，風(fēng)機變頻改造后,正常生產(chǎn)時(shí)的風(fēng)機轉速為變頻改造后的功率分別為PI'=12.8 kW,P2'=2015年4月丁杰:合 成氨尾氣綜合利用新途徑59液化所需冷量由氮氣壓縮機對N2加壓后節流膨征地費用的情況下，依托現有合成氨生產(chǎn)裝置,考脹所提供。慮主裝置的設備、輔助設施、管道購置費和安裝( 4 )貯存及外輸費,共約5000萬(wàn)元。經(jīng)低溫精餾制得的LNG產(chǎn)品送人貯槽儲存，3.4經(jīng)濟效益分析(以貴州市場(chǎng)價(jià)位作為測算再經(jīng)槽車(chē)外運銷(xiāo)售。依據)以年產(chǎn)LNG5 000t、氬氣4500 t、裝置投資3工程概算約5 000萬(wàn)元計,生產(chǎn)LNG的成本核算見(jiàn)表2。3.1概況表2 生產(chǎn)噸LNG產(chǎn)品的成本核算貴州開(kāi)磷合成氨有限責任公司目前有1套項目消耗量成本/元年成本/萬(wàn)元300 kt/a合成氨生產(chǎn)裝置，于2010年1月投人運電4 500 kW2 7001 350行。該裝置年可回收弛放氣和放空氣生產(chǎn)LNG脫鹽水2110產(chǎn)品(含CH,體積分數≥99.7% )約5 000 t,產(chǎn)品循環(huán)水640t20160符合《液化天然氣的一般特性》( GB/T 19204-維修費用00502003 )要求;可年產(chǎn)氬氣約4 500 t(含Ar體積分人工費用.200數≥99.99% );副產(chǎn)的氮氫混合氣返回合成氨折舊費667333裝置作為原料氣。其他費用1003.2公用工程條件由表2可知,年產(chǎn)5000tLNG產(chǎn)品的成本費公用工程(水、電、氣等)可依托該合成氨裝約為2 198萬(wàn)元。如果1 t LNG售價(jià)為5 500元,置現有設施進(jìn)行建設,公用工程條件見(jiàn)表1。年銷(xiāo)售收入約為2 750萬(wàn)元;1 t氬氣售價(jià)900元，表1公用工程 條件年銷(xiāo)售收入約為405萬(wàn)元;年銷(xiāo)售總收入約為規格3 155萬(wàn)元。則年利潤約為957萬(wàn)元,5.2年即380 V/10 kV .2 550 kW可收回投資。0.4 MPa(表壓),32 C400 t/h0.4 MPa(表壓),常溫2V/h4結語(yǔ)儀表空氣無(wú)塵,無(wú)油.露點(diǎn)< -40 C,100 m'/h(標態(tài))壓力>0.5 MPa .綜上所述,弛放氣和放空氣資源循環(huán)利用項壓力>0.4 MPa,目不僅投資少、收益高、投資回報期短,且符合國N2體積分數>99.9%200m2/h(標態(tài))家節能減排的政策方向。利用弛放氣和放空氣生注:1 )用作補充膨脹機密封氣。產(chǎn)LNG是弛放氣和放空氣綜合利用的新途徑,現3.3投資 估算實(shí)可行,具有很大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。在未考慮甲烷化工藝工程以外的輔助設施和(收到修改稿日期2015-02-04 )(上接第57頁(yè))耗,減少設備維修費用，減少裝置波動(dòng)及非計劃W'+W2'+ W;'=P1'.1 +P2'. 12 +P3'.13=停車(chē)。532752(kW●h);按電價(jià)0.54元/(kW●h)計,則年電費為28.8萬(wàn)元。變頻改造前，風(fēng)機運行功率P=200 kW,年運行耗電W=P. t=實(shí)踐證明,循環(huán)水風(fēng)機電機采用變頻器以及1 584 000( kW●h),則年電費為85.5萬(wàn)元。由填料冷卻塔改用噴霧冷卻塔,達到了系統運行穩此可見(jiàn)，變頻改造后,每年可節約電費56.7萬(wàn)元。定操作方便快捷、節約能源的目的,此改造效果( 2 )間接經(jīng)濟效益對晝夜溫差大、四季環(huán)境溫度變化明顯的北方地改造后,可保證循環(huán)水系統低故障率運行,循區尤為顯著(zhù),可為北方化工企業(yè)循環(huán)水系統的設