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化工車間氮氣系統優化方案探討

來源: 山東京博石油化工有限公司 作者:張成富、史會兵、侯新峰 發布日期:2020-05-26

 摘要:文章選取河南某公司車間的氮氣系統作為實際案例,對氮氣系統存在的問題進行了分析,結合實際情況提出了具體的優化方案,并分析實際取得的效果。

 
引言
       河南某公司氮氣系統的供給主要分為三部分,即空壓車間KDN-3000型空分裝置、A 化工廠KDN-5000空分裝置與KDN-10000型空分裝置。其中KDN-3000型空分裝置于2000年投入使用。該裝置依托于凈化空氣,通過低溫法制氮工藝實現氮氣的生產,其生產規模達到3000m³/h,并配有液氮貯槽、中壓氮氣壓縮機設施數臺以及其他輔助設施,其提供的氮氣壓力等級共有兩種,即0.7MPa 與2.5MPa。
 
1 氮氣系統存在的問題分析
1.1 空壓車間存在的問題
       在正常的生產狀態下,中壓氮氣運行模式依然有較大的節能空間;氮氣備用系統的工藝亟待更新,難以發揮應急保供作用;出裝置氮氣流量計顯示的準確度不夠,影響到計量結果,在生產實時調整中難以發揮作用;空分裝置入口渦街流量計表頭出現損壞情況以及顯示不準確情況,影響到計量結果,需要按照周期要求進行檢定。
 
1.2 外購A氮氣情況
       A 氮氣壓力較高,車間難以對其實現自動調節,對于生產過程中的實時調整有著不利影響;在對外購A 氮氣的計量方面,供方與收方的流量計顯示數值存在較大差異,在貿易過程中會影響到結算結果。
 
1.3 氮氣用戶方面情況
       首先,對于同一氮氣用戶而言,主管網上存在氮氣分支數條,這些分支間還涉及到跨線情況,有的氮氣分支沒有設置流量計,存在諸多計量盲區,從而導致裝置界區的管線流程趨于混亂。比如煉油系統a 裝置的氮氣管一共有3條,但有兩條管道間連接了跨線。具體如圖1所示。
跨線連接圖
       其次,系統中氮氣流量計并沒有遵循合理性原則進行安裝,與裝置界區位置上存在一定偏差,還有的氮氣流量器還設置了分支管線,從而導致氮氣計量的準確性受到影響,與計量器具的管理要求相違背。
       再者,在氮氣管網上,有的用戶增加管線分支,對工藝流程進行變更時,并沒有遵守公司的氮氣供應管理的相關制度,且沒有進行審批,從而導致計量的準確性受到影響。考慮到氮氣管線介質的安全性較高,并且壓力等級偏低,因此有的用戶對氮氣管線或氮氣流程進行私自調整,從而導致氮氣管理出現盲區,對氮氣管網運行的穩定性與可靠性構成了威脅,難以保障計量的準確性,同時也不利于節能優化與調整。
       此外,有的裝置或者設備氮氣管線處于停運狀態,但公司并沒有采取隔離措施,例如加裝盲板,從而導致氮氣有泄露風險,情況嚴重時還可能出現氮氣窒息事故,給相關人員的生命安全構成威脅。
       非常后,氣油車間布置的裝置非常復雜,氮氣使用點不夠集中,分布于公司部分廠區內,從而難以全方位覆蓋計量器具,出現了很多氮氣計量盲點。
 
2 氮氣系統優化方案分析
2.1 車間內部優化
       首先,公司根據中壓氮氣運行模式取得實際效果,將中壓液氮貯槽投入到生產中,并停止了氮壓機的運行,從而提高了節能效果,創造了比較理想的效益。空壓車間空分站中壓氮氣的用途在于各裝置的氣密。在生產過程中,化纖與煉油生產裝置并不會使用大量中壓氮氣,其對中壓氮氣的使用僅限于管線壓力的維持。在傳統生產模式下,中壓氮氣均源自于氮壓機,中壓液氮貯槽的作用僅僅是為了應急,即針對緊急事件補充需求量增加的中壓氮氣。中壓液氮貯槽能夠儲備約20m3 的液氮,壓力等級約為2.5MPa。根據調查與研究,公司針對現有情況采取了增效措施。具體操作為:停止運行氮壓機,在正常運行狀態下,利用中壓液氮貯槽進行增壓,從而使中壓管網壓力得以維持。基于此模式運行為期一年后,實踐結果表明該模式在安全性、可靠性以及操作性方面都具有突出優勢,能夠提高氮氣供應的穩定性,并且每小時耗電量縮減了250kW,循環水節約量達到25t,在系統運行過程中的故障問題也得以減少,為運行與維護成本控制提供了有力支持,非常終實現了節能創效目標。
 
       其次,針對氮氣備用系統工藝老化問題,公司也對低壓液氮汽化池進行了優化。具體來講,空分站低壓液氮汽化池閥門在以往均屬于手動操作,并且遠離操作室,汽化池汽化效率不高,熱損失較大,對備用熱源需求較大。針對氮氣運行的優化,2017年車間對低壓液氮汽化池進行了改造,選擇立式封閉汽浴式汽化池代替敞開式水浴汽化池,并增設了蒸汽與氮氣調節閥,利用PLC 控制技術,建立了空分站控制系統,從而實現在遠距離對液氮汽化池的控制,在生產過程中體現出較強的靈活性。與此同時,在蒸汽消耗量的控制方面,車間在完成改造后也實現了節能降耗,不再使用新鮮水。
 
2.2 外購A氮氣的優化
       根據A 氮氣壓力較高,難以實現對A 氮氣的自動調節問題,車間于2017年檢修停工期間,將氮氣調節閥增設在A 公司氮氣并網閥F909位置,并利用儀表線向空分站操作室引入了信號,從而幫助空分站PLC 控制系統對該閥進行了調整,非常終實現了對外購A 氮氣量的遠程控制目標。
 
       與此同時,針對氮氣用戶用量問題,車間對公司氮氣流程進行了調整,利用對A 氮氣并網調節閥的遠程控制,使空分站KDN-3000空分裝置運行趨于滿負荷狀態,從而使外購A 氮氣量得到縮減。根據氮氣優化調整方案,A 化工廠向公司進行氮氣供給的途徑主要為F903向加氫、聚丙烯與260萬柴油加氫等。車間將F904/F905/F906三個閥門連接到煉油區域的氮氣管網,將F909連接到化纖區域。考慮到A 氮氣壓力為0.72MPa,而空分站氮氣壓力為0.65MPa,煉油區域無法獲取氮氣。因此車間將F305啟動,連通煉油區域與化纖區域的氮氣管網,并將F904與F905閥門關閉,從而使A 氮氣量得以減少,在保證各裝置用氮狀態正常的前提下,空分站KDN-3000空分裝置的運行狀態也趨于滿負荷。實踐表明,在完成系統改造后,公司外購氮氣量將少了近2000m3/h,空分平均氮氣供應量增加了近1300m3/h,全年節約成本超過1000萬元。
 
       此外,在解決外購A 氮氣供收兩方流量計顯示數值偏差問題時,公司在2017年檢修中要求A 公司對流量計進行檢定并出具報告。該項事宜涉及到貿易結算,而收方流量計沒有出廠檢定,計量中心于2018年拆除了未檢定的流量計并進行檢定,完成檢定后繼續投入使用,運行狀態恢復正常。在檢定雙方流量計時,收方流量計標定數值與車間設置的流量計數值相差約3%。供方流量計標定顯示誤差則超過10%,因此在貿易結算中選擇參考收方流量計數值。
3 結語
       通過對氮氣系統的優化與改造,在實踐中多方面的都得到了改善與提升,節能創效目標基本實現,具體涉及到以下幾方面:
       非常好,氮氣運行模式優化使得耗電量節約了250kW/h,循環水節約量達到25t,蒸汽節約量為2.5t,總計節約近460萬元;
       第二,對氮氣經濟核算以及優化調整產生影響的流量計均進行了處理,運行狀態恢復正常,在數據層面上能夠提供可靠支持;
       第三,公司與A 公司的貿易結算達成一致意見;第四,基于氮氣系統的改造,每年氮氣外購費用節約超過1000萬元。

 

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