硝酸装置循环水系统改造总结

2015年4月化肥工业55硝酸装置循环水系统改造总结石奇峰，甄延明,张柏秋(中国石油辽阳石化公司尼龙厂 辽宁辽阳 111003 )摘要针对硝酸装置循环水系统在实际运行中存在的问题,提出对循环水场风机电机采用变频器以及冷却系统采用喷雾冷却塔代替填料冷却塔并加装挡风隔板的改造方案。改造方案实施后,取得了节能降耗、平稳生产的效果,获得显著的经济效益,并为北方化工企业循环水系统的设计及改造提供有益的参考。关键词硝酸循环水改造中图分类号:T111.2文献标识码:B文章编号: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中国石油辽阳石化分公司尼龙厂硝酸装置该风机在实际使用过程中存在以下问题。循环水系统于2004年11月投运，固定保有水量( 1 )容易造成生产波动2000 m3，最大循环水量6000 m'/h,污水处理量在正常生产时,循环水出口温度要求控制在8m'/h。循环水冷却系统有1座循环冷却水塔、15~32 C。由于该装置地处北方,所处环境存在1台晾水塔风机、3台循环水泵和1台水过滤器,主昼夜温差大、四季温度变化明显的特点,所以环境要向稀硝酸、浓硝酸及储运装置提供循环冷却水。温度变化对循环水温度的影响很大。在冬季或夜循环水系统自投用以来,存在许多问题,且造成了间环境温度较低时,循环水温度过低不能满足生巨大的能源浪费,制约了硝酸装置长周期运行。产要求,由于无法通过调节风机转速实现对水温的快速调节,只能由现场操作人员通过调节循环1存在的问题水回水旁通蝶阀开度来调节循环水出口温度,既1.1 循环水场风机费力又无法进行精细调节,导致稀硝酸装置常因在电机的驱动下，循环水场风机叶轮高速循环水温度变化而出现生产波动,甚至停车。旋转以提高塔内通风量,从而达到降低水温的(2)浪费大量电能目的。原始设计风机电机型号为YB135LS-4W,风机是循环水系统主要耗电设备之- -。在生功率200 kW ,额定电压380 V,额定电流381.2 A,产过程中，为了保持硝酸装置稳定运行，循环水温转速1 480 r/min,采用正反转全压启动控制方式。度应根据生产实际需要进行及时调整。原设计的56化肥工业第42卷第2期风机只能在电机驱动下以额定转速运转,当环境接触器来控制风机转速,并采用控制室DCS控温度较低时,循环水温度无需风机高速运转就可制,调速方式为控制室手动调速,控制室操作人员满足生产要求,但由于风机转速无法调整,造成电可根据外界环境温度的变化及时调节风机转速,能的大量浪费。从而保证循环水出口温度平稳。此种控制方式快(3)使用寿命短捷方便、调节精细度高，彻底解决了由于循环水温冷却塔风机全压启动电流接近3000 A,不仅度波动引起生产波动的问题,为硝酸装置平稳运造成低压电气系统波动,而且对电网容量要求过行提供了有力保障。高，启动时产生的大电流和振动对机械和电气设(2 )从理论上讲,风机负载特性属于二次方备的冲击损伤极为严重，造成电机、减速机、联轴转矩负载,即:器等设备维修频繁,维修费用高。Q'/Q=N'/N(1 )1.2循环水 场冷却塔H'/H=( N'/N)2(2 )该装置初始设计采用填料冷却塔。吸水池中P'/P=( N'/N)(3)的循环水经循环水泵加压后送往循环冷却水管:式中:Q,Q'一-风机风量,m2/s;网，供各生产装置的换热器使用;换热后的循环水N,N'-风机转 速,r/ min;并入回水管网,靠余压进人凉水塔的配水管,然后P,P'-风机功率, kW;均匀喷洒在淋水填料.上形成均匀的小水膜并与向H,H'- - 风机压力, Pa。上流动的空气接触换热,冷却后的循环水落入集风机风量与风机的转速成正比，风机压力与水池内,供继续循环使用。转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。在实际生产运行中，主要发现以下不足:①夏当风机的转速降为原来的一-半时,风机风量、压力季高温期间,冷却塔冷却能力明显不足,造成进、和功率分别为原来的1/2,1/4和1/8,通过降低出口冷却水温差小，冷却水温度无法满足生产要转速的方式调节流量可使风机功率大幅下降。由求，从而造成生产波动;②运行- - 段时间后，填料此可知,在实际生产中根据外界环境温度调整风冷却塔极易出现填料变形、堵塞和垮塌,填料碎片机转速可节省大量电能。改造前、后风机变频开进入系统中引起布水不均,冷却效果逐渐下降,造度(改造前无变频，相当于开度100%)监测记录成设备损坏，甚至无法运行;③底部两侧风道相见表1。通,塔内风的流动受过堂风影响严重,造成塔内风从表1可看出,在改造后的正常生产期间,冬量减少、冷却效果下降、循环水向外洒落。季风机转速维持在额定转速的40%左右、春秋季维持在额定转速的60%左右、夏季维持在额定转2改进措施速的90%左右就可满足生产要求，与改造前相2.1循环水场风机电机采用变频器比，节省了大量的电能。( 1 )采用型号为ACS800-0KM变频器取代原(3)采用变频器后,利用变频器的软起动/软表1改造前、后风机变 频开度监测记录/%页目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停止功能替换原全压启动和惯性停机,并设定最安装在塔内的若干高效低压离心雾化装置(工作佳加速和减速时间,大大降低了启动电流并减轻压力仅为0.035 MPa )形成高速离心运动,将循环机械冲击给设备带来的损伤，延长了电机、减速水喷射至2~3 m的高度形成0.5~1.0 mm的微机、联轴器等设备的使用寿命。小水滴,在风机的作用下,形成雾化状态,使循环2.2喷雾冷却塔替代填料冷却塔并加装挡风水雾浮在冷却塔内与空气进行热交换，从而获得2015年4月石奇峰等:硝酸装置循环水系统改造总结57风道20 kW电机，风机200 kW电机风机喷头、f收水器布水管道AMMMAMMMA填料.雾化装置而水符道过常国过堂比、1, 后加装Mi挡风腿板E米水泄三上水管I 朱水池三|上水管U改造前的哨料冷却蟒改造后的喷雾冷却塔图1冷却塔改造前、后的结构对比由图1可看出:在喷雾冷却塔中,布水管道位冷却塔内部填料全部去除，整塔几乎成为-一个于进风道的上方,其雾化装置均匀地安装在布水“空塔”,极大地减小了塔内系统阻力,大大增加管上，其雾化空间为填料冷却塔的填料所在位置，了塔内的风量;相对于填料冷却塔,其气水比大大出雾化装置的水向上喷射;而在填料冷却塔中,出提高;且塔内填料去除后,因填料堵塞、垮塌而使:布水管的水向下喷射,下部布设填料,除风道中间填料碎片进人工艺设备所造成的设备损坏等诸多加装挡风隔板外，其他如塔体、风筒、风机、水池弊端得到根除。在喷雾冷却塔中，循环水通过离等,2种结构的冷却塔均相同。喷雾冷却塔内几心雾化装置在塔体内形成悬浮状的水雾与冷空气乎是一个“空塔”,布水系统与低压离心雾化装置进行热交换,两者的接触比表面积比水被填料分散构成一组整体的冷却元件,水从塔的进风道处向而成的膜状表面积增大5% ~ 10%。喷雾冷却塔上喷射。根据塔体结构，在喷雾冷却塔内布置相布水采取上喷方式,喷射空间保持在2~3 m,循环应的收水器,以防飘水,整塔结构大大简化。，水与冷空气在塔内形成顺流和逆流2个换热冷却冷却塔的冷却效果取决于冷空气量与冷却水过程;同时,水雾在下降过程中遇到上升的空气流，量的比值(气水比)、塔内冷却空气与冷却水接触减缓了水雾的下降速度，从而延长了热交换时间。的比表面积以及冷却时间。喷雾冷却塔采用风机综上所述,在喷雾冷却塔中,决定冷却效果的3个进行强制通风，并在中间加装挡风隔板,避免过堂要素均得到极大改善,使冷却效果得到极大提高。风对塔内风流动的影响和产生大量飘水;将填料改造前、后循环水场出入口平均温差见表2。表2改造前 、后循环水场出入口平均温差/C项目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可见，高温期间,改造后循环水出入口4月、9月和10月的平均转速为额定转速的温差平均增大了1.4 C以上，保证了循环水的冷60%,5月至8月的平均转速为额定转速的90%。却效果,确保了装置的稳定运行。改造后,风机年运行时间按330 d计,按风机转速将全年分为3个阶段,每个阶段110 d;P'为3经济效益1月,2月,11月和12月的功率,P2'为3,4,9,10月( 1 )直接经济效益的功率,P}’为5月至8月的功率。由式( 3 )可知，风机变频改造后,正常生产时的风机转速为变频改造后的功率分别为PI'=12.8 kW,P2'=2015年4月丁杰:合 成氨尾气综合利用新途径59液化所需冷量由氮气压缩机对N2加压后节流膨征地费用的情况下，依托现有合成氨生产装置,考胀所提供。虑主装置的设备、辅助设施、管道购置费和安装( 4 )贮存及外输费,共约5000万元。经低温精馏制得的LNG产品送人贮槽储存，3.4经济效益分析(以贵州市场价位作为测算再经槽车外运销售。依据)以年产LNG5 000t、氩气4500 t、装置投资3工程概算约5 000万元计,生产LNG的成本核算见表2。3.1概况表2 生产吨LNG产品的成本核算贵州开磷合成氨有限责任公司目前有1套项目消耗量成本/元年成本/万元300 kt/a合成氨生产装置，于2010年1月投人运电4 500 kW2 7001 350行。该装置年可回收弛放气和放空气生产LNG脱盐水2110产品(含CH,体积分数≥99.7% )约5 000 t,产品循环水640t20160符合《液化天然气的一般特性》( GB/T 19204-维修费用00502003 )要求;可年产氩气约4 500 t(含Ar体积分人工费用.200数≥99.99% );副产的氮氢混合气返回合成氨折旧费667333装置作为原料气。其他费用1003.2公用工程条件由表2可知,年产5000tLNG产品的成本费公用工程(水、电、气等)可依托该合成氨装约为2 198万元。如果1 t LNG售价为5 500元,置现有设施进行建设,公用工程条件见表1。年销售收入约为2 750万元;1 t氩气售价900元，表1公用工程 条件年销售收入约为405万元;年销售总收入约为规格3 155万元。则年利润约为957万元,5.2年即380 V/10 kV .2 550 kW可收回投资。0.4 MPa(表压),32 C400 t/h0.4 MPa(表压),常温2V/h4结语仪表空气无尘,无油.露点< -40 C,100 m'/h(标态)压力>0.5 MPa .综上所述,弛放气和放空气资源循环利用项压力>0.4 MPa,目不仅投资少、收益高、投资回报期短,且符合国N2体积分数>99.9%200m2/h(标态)家节能减排的政策方向。利用弛放气和放空气生注:1 )用作补充膨胀机密封气。产LNG是弛放气和放空气综合利用的新途径,现3.3投资 估算实可行,具有很大的经济效益和社会效益。在未考虑甲烷化工艺工程以外的辅助设施和(收到修改稿日期2015-02-04 )(上接第57页)耗,减少设备维修费用，减少装置波动及非计划W'+W2'+ W;'=P1'.1 +P2'. 12 +P3'.13=停车。532752(kW●h);按电价0.54元/(kW●h)计,则年电费为28.8万元。变频改造前，风机运行功率P=200 kW,年运行耗电W=P. t=实践证明,循环水风机电机采用变频器以及1 584 000( kW●h),则年电费为85.5万元。由填料冷却塔改用喷雾冷却塔,达到了系统运行稳此可见，变频改造后,每年可节约电费56.7万元。定操作方便快捷、节约能源的目的,此改造效果( 2 )间接经济效益对昼夜温差大、四季环境温度变化明显的北方地改造后,可保证循环水系统低故障率运行,循区尤为显著,可为北方化工企业循环水系统的设