周紅碧 ， 胡景輝 ， 李 軍

(惠生工程(中國)有限公司 ， 河南 鄭州 450000)

氮氣后備系統(tǒng)改造

周紅碧 ， 胡景輝 ， 李 軍

(惠生工程(中國)有限公司 ， 河南 鄭州 450000)

空分裝置原設(shè)計氮氣后備系統(tǒng)只能用于有計劃地開停車氮氣使用，無法停車急用。為滿足生產(chǎn)需要，要求增加緊急停車置換氮氣或者氣封氮氣。設(shè)計了三種氮氣后備系統(tǒng)的改造方案，在比較三種方案的優(yōu)缺點后，最終選擇了一種方案，對氮氣后備系統(tǒng)進行了改造，以滿足全廠停車應(yīng)急氮氣的需要。

空分裝置 ； 氮氣后備系統(tǒng) ； 方案改造

隨著我國冶金及化工行業(yè)的快速發(fā)展，需要大量的氧氣、氮氣、氬氣作為原料用氣及吹掃置換等公用工程用氣，所以需要建設(shè)相應(yīng)的大型空分裝置。作為原料用氣的供應(yīng)裝置，空分裝置的供氣可靠性直接影響全廠的正常運行；作為停車吹掃置換等公用工程用氣，空分裝置對保證下游用戶安全、可靠和穩(wěn)定的運行起著至關(guān)重要的作用?？辗盅b置的意外停機，輕則導(dǎo)致下游工藝裝置聯(lián)鎖停車，引起下游裝置停產(chǎn)；重則將導(dǎo)致下游的工藝裝置失去安保氣體，造成機器設(shè)備的損壞，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。所以，在空分裝置的故障停車或者全廠停水、停電、停汽等突發(fā)故障導(dǎo)致的下游裝置停車時，為了保證其用氣生產(chǎn)廠的穩(wěn)定安全停車及安全開車，通常在空分裝置內(nèi)，要根據(jù)其下游用氣的要求，設(shè)立氮氣后備系統(tǒng)，以便在空分裝置事故停車時也能在一定時間內(nèi)保證其下游客戶的用氣；同時，空分裝置可以在后備系統(tǒng)運行的這段時間內(nèi)排除故障，恢復(fù)裝置正常供氣[1-3]。但是，后備系統(tǒng)供氣的持續(xù)時間要綜合考慮到用戶的要求和后備系統(tǒng)的投資費用問題。在裝置停車時氮氣后備系統(tǒng)能自動啟動并提供持續(xù)的氮氣產(chǎn)品，氮氣后備系統(tǒng)要設(shè)計成任何時間都能維持氮氣壓力的系統(tǒng)。

1 原有氮氣后備系統(tǒng)介紹

某公司年產(chǎn)28萬t合成氨、48萬t尿素項目原有氮氣后備系統(tǒng)一套，為空分裝置開車及全廠開工吹掃提供0.8 MPa的常溫氮氣6 000 Nm3/h，以及0.45 MPa的常溫氮氣18 000 Nm3/h，工藝流程簡圖如圖1所示。

氮氣后備系統(tǒng)主要設(shè)備有液氮儲槽、液氮氣化泵和水浴式液氮氣化器。液氮儲槽為500 m3的常壓珠光砂絕熱雙層儲槽；液氮汽化泵均為進口變頻離心泵，常溫備用，中控室人工啟動或者氮氣管網(wǎng)壓力低聯(lián)鎖啟動，從常溫啟動到滿負荷運轉(zhuǎn)的時間為30～40 min；水浴式液氮汽化器充滿脫鹽水，使用低壓蒸汽加熱，并自帶循環(huán)泵強制循環(huán)。在空分裝置未啟動前或者停車后，本氮氣后備系統(tǒng)可以滿足全廠開車前的氮氣吹掃需要，以及全廠有計劃的低壓氮氣用氣需求。

2 改造方案設(shè)計

廠家要求增加緊急停車置換氮氣或者氣封氮氣，因此必須改造現(xiàn)有氮氣后備系統(tǒng)。下游用戶氮氣要求如下：全廠停水、停電、停汽等突發(fā)故障停車時，立即提供0.8 MPa的常溫氮氣3 000 Nm3/h?？辗盅b置結(jié)合現(xiàn)有氮氣后備系統(tǒng)，要求增加液氮汽化泵常溫啟動到滿負荷運行的空檔期的氮氣供應(yīng)，即改造現(xiàn)有氮氣后備系統(tǒng)，保證空分停車時立即提供壓力為0.8 MPa、流量為3 000 Nm3/h的常溫氮氣并連續(xù)供氣40 min。

圖1 工藝流程簡圖

備選方案如下：方案一，增加一個保安氮氣罐，工作壓力2.0 MPa，由調(diào)節(jié)閥減壓到0.8 MPa送管網(wǎng)。由理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT得 ，代入數(shù)據(jù) ，計算出保安氮氣罐的容積約為191 m3，圓整后得200 m3，由空分裝置6.1 MPa的中壓氮氣減壓充裝后備用。方案二，液氮汽化泵后分支一路進真空罐，全廠停水停電時，液氮進入空浴式汽化器汽化，得到約-40 ℃的氮氣，再電伴熱或者使用電加熱器加熱到5 ℃送管網(wǎng)?？绽淦骷半姲闊峄蛘唠娂訜崞魇褂檬鹿孰娫?。因1 m3液氮約等于650 Nm3/h氮氣，3 000 Nm3/h的氮氣供氣40 min約需要3.5 m3液氮，選擇一個20 m3的小規(guī)格真空罐可以供氣4 h。方案三，液氮汽化泵后分支一路進真空罐，全廠停水停電時，液氮進入原有的水浴式汽化器汽化，汽化器在加熱低壓蒸汽停汽時使用高壓蒸汽管網(wǎng)及中壓蒸汽管網(wǎng)的余汽減壓后進汽化器供熱。

三種改造方案流程簡圖如圖2a、2b、2c所示。

圖2 三種改造方案的流程簡圖

3 方案比選

三種方案的優(yōu)點比較：方案一流程簡單、供氣迅速、投資較少、節(jié)能環(huán)保；方案二供氣時間長，在蒸汽恢復(fù)后可以切換到水浴式汽化器；方案三流程簡單、投資少、供氣時間長、節(jié)能環(huán)保。三種方案的缺點比較：方案一供氣時間短并要求原氮氣后備系統(tǒng)在40 min內(nèi)投用、占地空間大、現(xiàn)有場地難以滿足；方案二流程復(fù)雜、供氣緩慢、設(shè)備投資大，并且空浴式汽化器性能不穩(wěn)定，容易結(jié)霜，還有用電設(shè)備電氣故障因素；方案三供氣緩慢，同時無法確定高壓蒸汽管網(wǎng)及中壓蒸汽管網(wǎng)余汽的利用率及利用效果。

4 結(jié)論

根據(jù)供氣時間、供氣快慢、投資及占地要求等因素綜合考慮，最終選擇方案三。同時，水浴式液氮汽化器要保持熱備用狀態(tài)(附帶的循環(huán)泵以1級負荷配置事故電源)，長期通入一小股蒸汽以保證汽化器中的熱水維持在50 ℃左右，聯(lián)鎖啟動液氮真空罐的液氮送出開關(guān)閥的同時，啟動蒸汽調(diào)節(jié)閥，在沒停蒸汽的條件下啟動原有的低壓蒸汽調(diào)節(jié)閥，在低壓蒸汽停汽時啟動高壓蒸汽減壓調(diào)節(jié)閥利用高壓蒸汽管網(wǎng)的余汽供熱。

空分裝置作為全廠的原料氣源及公用工程氣源，在全廠開車及停車安全方面起著舉足輕重的作用，一定要充分了解下游用戶的各種需求，包括各種氣源的正常用量、最大用量、最小用量、連續(xù)用量、間斷用量及使用頻次、開車用量、停車用量及持續(xù)使用時間等各種工況，以便經(jīng)濟選擇空分裝置的規(guī)模，同時合理考慮各種氣源的后備系統(tǒng)，促進全廠安全穩(wěn)定高效運行。

[1] 孫洪波.空分裝置后備儲存系統(tǒng)的設(shè)計(一)[J]. 石油化工設(shè)計，2012，29(2)：5-8.

[2] 張 震. 淺談空分裝置中深冷低溫液體泵[J]. 通用機械，2011，(7)：19-21.

[3] 張行東. 淺談現(xiàn)代空分裝置配套后備系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013，(4下)： 4-5.

煤制乙二醇大型化再上臺階

近日從上海戊正工程技術(shù)有限公司了解到，該公司與吉林鴻點化工科技股份有限公司正式簽署了40萬t/a乙二醇專利許可、工藝包和技術(shù)服務(wù)合同。該裝置建成后，將成為我國首個單套規(guī)模達40萬t/a的煤制乙二醇裝置。

該項目采用上海戊正工程技術(shù)有限公司首創(chuàng)的合成氣高壓羰化工藝制乙二醇專利技術(shù)，多聯(lián)產(chǎn)集成工藝，其乙二醇噸完全成本低于2 800元。

據(jù)了解，同規(guī)模的合成氣低壓法制乙二醇裝置普遍采用單線5萬t規(guī)模堆疊。與低壓法工藝相比，高壓羰化工藝裝置建設(shè)投資節(jié)省50%左右，催化劑費用降低50%以上，綜合能耗降低45%以上，乙二醇的每噸綜合成本降低1400元以上。

該項目采用上海戊正工程技術(shù)有限公司首創(chuàng)的合成氣高壓羰化工藝制乙二醇專利技術(shù)，裝置各單元采用單套、單線、單反應(yīng)器技術(shù)路線，由上海寰球工程公司負責(zé)工程設(shè)計。項目總投資54.7億元，建設(shè)投資50.1億元，主要產(chǎn)品乙二醇42.48萬t/a、汽油3.46萬t/a、柴油12.5萬t/a，以及混合烯烴、LNG等。建成后可實現(xiàn)年產(chǎn)值37.7億元，利潤12.1億元，稅收5億元。該裝置計劃2018年上半年投產(chǎn)。

上海戊正2009年開始推進合成氣制乙二醇大型化研究，歷經(jīng)長達5年的深入探索，合成氣制乙二醇技術(shù)終于取得了突破性進展，合成氣高壓羰化工藝制乙二醇技術(shù)中試裝置通過長周期運行的驗證。截至2014年底，戊正已被授權(quán)獲得20余項合成氣制乙二醇相關(guān)專利，使我國的煤制乙二醇工藝終于首次達到了大型化規(guī)模，目前其具備的最大設(shè)計能力為60萬t/a單線產(chǎn)能。

目前國際油價低迷，以50美元/桶的油價進行評估，采用石油(EO/EG)路線制乙二醇的每噸完全成本約3 850元，合成氣低壓法制乙二醇的每噸完全成本在4 000～5 000元，已無價格優(yōu)勢。

2015-09-26

周紅碧(1982- )，女，工程師，從事化工工藝設(shè)計工作，電話：13838505251。

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1003-3467(2015)11-0035-03