何 艷， 梁 棟

(陽煤集團壽陽化工有限責任公司，山西 壽陽 045400)

1 概述

陽煤集團壽陽化工有限責任公司40萬t/a(一期20萬t/a)乙二醇項目，主要由水處理裝置、鍋爐裝置、空分裝置、煤漿制和氣化裝置、粗煤氣變換、煤氣凈化裝置以及乙二醇合成、精餾等裝置組成。其中，空分裝置為項目提供所需要的氧氣和氮氣；氮氣分為4個等級，低壓氮氣為冷箱直接外送，3個等級的高壓氮氣為液氮經(jīng)過水浴式汽化器氣化后送至各裝置，液氮氣化所需熱源來自鍋爐裝置產(chǎn)生的蒸汽。

2 存在問題

空分裝置外送的氮氣主要用于機組密封氣、原煤筒倉、產(chǎn)品儲罐、反應(yīng)器內(nèi)催化劑等的保護氮氣，以及系統(tǒng)管道吹掃、置換等。且原煤筒倉、產(chǎn)品儲罐等的保護氣需要連續(xù)供應(yīng)。原設(shè)計水浴式汽化器氣化氮氣的流程可以滿足系統(tǒng)正常運行時的需求，但是，在鍋爐裝置停車檢修的情況下，蒸汽停止供應(yīng)，液氮無法液化，導(dǎo)致保護氮氣無法外送，會出現(xiàn)筒倉溫度升高、原料/產(chǎn)品儲罐無保安氮氣，存在安全隱患等情況。且管道置換、保壓也需要用到氮氣。所以，原流程和設(shè)備無法滿足系統(tǒng)停車期間的蒸汽需求。如果使用外購氮氣瓶來滿足氮氣需求，投資太大，且外購氮氣的品質(zhì)也無法保證。

3 改造方案

經(jīng)過對原設(shè)計流程及設(shè)備的可改造性研究后，決定對原來的流程進行改造。改造方案主要為：在原有水浴式汽化器的流程中增加電加熱器，與水浴式氣化器形成互為備用，當蒸汽供應(yīng)不足時切換為電加熱器對液氮進行加熱氣化，當蒸汽滿足需求時，切換為原流程。該方案需增加一臺電加熱器、一臺循環(huán)水泵及電控、儀表設(shè)施，利用電加熱器對脫鹽水進行加熱，脫鹽水經(jīng)循環(huán)泵送至電加熱器加熱后循環(huán)進入水浴式汽化器氣化液氮。此外，若停車后液氮儲槽液位低，亦可外購液氮進行補充，滿足鍋爐停車或者全系統(tǒng)大修期間的氮氣供應(yīng)。

原設(shè)計流程如第130頁圖1，改造后流程如第130頁圖2。

4 設(shè)備選型

該項目停車期間氮氣保證需求量為500 m3/h，經(jīng)過計算，核實需要功率為450 kW的電加熱器一臺，根據(jù)脫鹽水熱量載荷核算，需要增加一臺流量為60 t/h的脫鹽水循環(huán)泵，并配置低壓電源柜和一臺電氣控制柜進行控制，低壓電源柜采用智能控制器實現(xiàn)雙電源自動切換。電氣控制柜盤面帶有電壓/電流指示、溫度顯示及電源指示、運行指示和故障指示等，并設(shè)置有短路保護、過載保護和超溫保護等，確保設(shè)備的安全、正常運行。

電加熱器采用本地溫控表、遠程DCS自動控制，設(shè)備正常運行時，操作人員只需在開機時在溫控表上設(shè)置好溫度參數(shù)，即可實現(xiàn)自動溫控，既可以保護設(shè)備，又可以保證系統(tǒng)的正常運行。

圖1 原設(shè)計液氮氣化流程

圖2 改造后液氮氣化流程

新增電加熱器和循環(huán)水泵參數(shù)見第131頁表1、表2。

5 操作要點

1) 該改造方案主要在系統(tǒng)0.5 MPa蒸汽停運或者系統(tǒng)檢修時投入使用。

2) 當系統(tǒng)0.5 MPa蒸汽無法滿足水浴式汽化器正常運行時，關(guān)閉原蒸汽主管閥門，降低液氮汽化量，準備切換至電加熱器加熱系統(tǒng)。打開新配管路上的閥門，啟動新增水泵并建立起水循環(huán)后，打開電加熱器。將電加熱器進口溫度控制在10 ℃以上，進出口溫差控制在5 ℃，保證電加熱器的正常運行。當電加熱器進口溫度低于10 ℃時，需要降低液氮流量，減少冷量。

6 方案投資

該改造方案一次性共計投資約60萬元，包括電加熱器和循環(huán)水泵撬裝設(shè)備、配管材料、電氣/儀表材料以及施工等全部費用。

表1 電加熱器詳細參數(shù)

表2 新加水泵詳細參數(shù)

7 注意事項

該改造方案在實施的過程中以及運行過程中需要注意以下幾點。

1) 水浴式汽化器本體開口位置的選擇：由于水浴式汽化器內(nèi)部的液氮盤管繞內(nèi)部盤旋布置，所以在選擇開口位置的時候一定要避開盤管位置，否則可能造成盤管損壞，脫鹽水、蒸汽等進入液氮管，造成氮氣污染或帶水，破壞后工序催化劑，并造成設(shè)備損壞或報廢。

2) 施工過程中新加管道的內(nèi)伸長度：由于液氮盤管是貼著儲罐壁附近盤旋，所以新加管道的內(nèi)伸長度一定要短，如果太長在施工的過程中也可能造成對內(nèi)部盤管的損壞，同樣會污染外送氮氣。

3) 新加電加熱器功率的選擇：新加電加熱的功率需要滿足液氮氣化所需熱量，所以需要根據(jù)停車期間保安氮氣用量來選擇電加熱功率和循環(huán)脫鹽水的流量。

4) 嚴格控制液氮流量，在電加熱器功率選定后，需要按照設(shè)計功率液化液氮，如果流量太大，可能造成水浴式汽化器內(nèi)溫度太低，脫鹽水結(jié)冰；所以，在正常操作時需關(guān)注水浴式汽化器進口溫度，嚴格控制正常進口溫度在10 ℃以上，并根據(jù)電加熱器進出口溫差監(jiān)督電加熱器運行狀況，防止損壞設(shè)備。

8 改造后效果

經(jīng)過對水浴式汽化器進行改造，陽煤集團壽陽化工有限責任公司2018年大修期間，全程供應(yīng)保護氮氣，筒倉溫度沒有出現(xiàn)升高，儲罐氮氣供應(yīng)及時，催化劑保護氮氣滿足要求。

效益分析：2018年大修期間，該裝置共運行400 h，保證了筒倉、產(chǎn)品儲罐保安氮氣的連續(xù)供應(yīng)，并在反應(yīng)器更換催化劑期間，及時提供置換、保護氮氣，同時滿足其他工藝管道的吹掃和置換。該裝置的運行成本約190元/h，大修期間外供氮氣479 067 m3，此部分氣化的氮氣如果使用瓶裝氮氣，需消耗約106 459瓶(每瓶按40 L計算)，且瓶裝氮氣價格昂貴，氮氣質(zhì)量也無法保證。去掉項目實施成本和運行成本，只大修期間相對于為改造前可節(jié)約成本1 519.674萬元。

9 結(jié)語

經(jīng)過對液氮氣化裝置進行改造，可以滿足項目任何情況下的氮氣需求，保證大修期間全廠檢修工作順利進行，筒倉、儲罐等的安全得到保障，改造方案整體達到了安全環(huán)保、節(jié)約成本的目的。