降低合成氨装置冷冻系统冰机电耗的方法

降低合成氨装置冷冻系统冰机电耗的方法
王亚乐;樊安静;郭秀红;杨海彬
【摘要】针对合成氨装置冷冻系统冰机电耗高的问题，利用数据统计分析的方法寻找造成电耗高的原因，针对原因对其操作方式或者工艺指标进行调整，节电效果明显，为企业低成本运行提供了技术支持。

【期刊名称】《河南化工》
【年(卷),期】2015(000)011
【总页数】3页(P28-30)
【关键词】冷冻系统;冰机;节能降耗;蒸发冷;效果
【作者】王亚乐;樊安静;郭秀红;杨海彬
【作者单位】河南心连心化肥有限公司，河南新乡 453731;河南心连心化肥有限公司，河南新乡 453731;河南心连心化肥有限公司，河南新乡 453731;河南心连心化肥有限公司，河南新乡 453731
【正文语种】中文
【中图分类】TQ050.2
节能降耗是企业的生存之本，化工生产中，每一度电，每一滴水的节约都会为生产运行带来巨大的成本节降空间，河南心连心化肥有限公司树立“从点点滴滴做起，从分分钟钟做起”的节能意识，以最佳的方式来实现节能效益的最大化。

公司化肥分厂的生产能力为24万t/a合成氨、40万t/a甲醇的合成氨尿素联产装置，液氨冷冻系统的螺杆式压缩机是合成氨系统中主要的耗能设备之一，据统计冷冻系统冰
机的耗电量平均每天达到1万kW·h以上。

针对此情况，我们从现场操作方式、
工艺指标调整等方面进行探讨与改进，最终有效实现了冰机系统能耗的降低。

现将具体过程进行总结，以供同行业借鉴。

合成氨装置冷冻系统的主要作用是将合成、烃化岗位的气氨经本岗位提压、冷却为液氨，送往氨储槽，以保证合成氨冷、烃化氨冷用氨及合成循环机填料降温，并实现合成氨系统的氨平衡。

该系统中的冰机及配套的蒸发冷是合成氨装置中主要的耗能设备。

目前合成冷冻系统现有3台JZKA31.5螺杆式制冷压缩机，配备3组蒸
发式冷却器(每组2台，共6台)，每组冷负荷为2 000 kW。

工艺系统流程简图如图1：
2.1 冰机耗电情况
为清晰了解冷冻系统冰机的运行现状，对2013年度冰机耗电情况进行了详细统计，结果如表1所示。

由统计结果可知，冰机电耗受冬夏季气温差异的影响很大，因
夏季大气温度较高，首先造成冰机进口气氨温度较冬季高，冰机打气量下降导致冰机电耗高；其次造成蒸发式冷却器循环水温度高，蒸发式冷却器循环水泵负荷加重，造成冰机系统电耗升高，夏季冰机系统整体电耗约为冬季的三倍之多。

2.2 蒸发式冷却器运行情况
冷冻系统运行过程中，根据运行经验，一般在冬季一台冰机配备四台蒸发式冷却器，夏季两台冰机配备六台蒸发式冷却器。

而在实际数据统计及指标排查中发现，蒸发式冷却器的启停机数量并没有明确的指标规定，根据经验观点：蒸发式冷却器投运数量越多，冷却效果越好。

这在无形中造成冷冻系统总电耗的升高及浪费。

2.3 工艺指标执行情况
冷冻系统冷却后的液氨主要是为合成氨工序的氨冷换热器提供冷量，氨冷换热器热流体出口温度指标为-15～-8 ℃，工艺指标范围比较宽泛，班组间氨冷温度运行过程中波动较大，导致冰机负荷与氨冷指标没有合理匹配，造成了冰机电量浪费。

3.1 蒸发式冷却器冷却效果差
目前的冷冻系统中，蒸发式冷却器为开放式冷凝器，在其循环水池中会聚集污泥及杂质，随着水泵将循环水抽至蒸发式冷却器的布水器中，这些污泥会将布水器的喷头堵塞，从而造成喷淋效果差，影响蒸发式冷却器换热效果。

针对此情况，对蒸发式冷却器喷头增加了反冲洗过滤装置(冲洗水的压力为0.3 MPa)，定期(每隔一个月)或者当氨槽压力过高时启用蒸发式冷却器备机对在运行中的蒸发式冷却器喷头
进行冲洗，保证喷头正常运行。

通过现场试验，蒸发式冷却器布水器喷头疏通前后运行效果如下：
通过试验验证，蒸发式冷却器布水器喷头疏通之后，其冷却效果明显得到改善，液氨温度较未疏通前明显降低，冰机耗电量也明显降低，这一措施，在大气温度较低时效果更加明显。

3.2 蒸发式冷却器却器运行无管控措施
2014年上半年度，针对蒸发式冷却器运行台数与冰机运行负荷无明确匹配的问题，进行了现场试验和大气温度，一定的冰机负荷的情况下，保证液氨槽压力不升高的标准下，逐步停运蒸发式冷却器数量，所得试验结果如表3所示。

通过以上试验，对蒸发式冷却器与冰机匹配问题进行了规范：①大气温度在-2～5 ℃时，采用1台冰机，2台蒸发式冷却器的运行模式；②大气温度在7～15 ℃时，
采用1台冰机，4台蒸发式冷却器；③大气温度在20～25 ℃时，采用1台或2台冰机，6台蒸发式冷却器的运行模式。

通过采取对蒸发式冷却器系统的一系列技改管控措施，当冰机启动台数和负荷不变，并且保证液氨槽压力在指标内的情况下，可以减少蒸发式冷却器运行台数，从而节约辅机用电量。

据统计，如果每天少启动一台蒸发式冷却器的话，可以节约电量
30 kW·h/d。

3.3 合成氨装置氨冷却器出口温度未严格控制
在合成氨工艺指标中，氨冷却器出口温度要求控制在-15～-8 ℃都是合理的。

当氨冷温度控制得较低时，氨冷却器的用氨量则会增大，造成冰机负荷加大从而导致电耗升高。

结合自动控制中的质量卡边原理，在保证工艺指标稳定的情况下，只有长期地连续小幅波动运行才能最大化节约系统消耗的宗旨。

我们进行了现场试验，在相同的生产负荷下，当氨冷温度由-10 ℃波动至-8.5 ℃时，冰机运行电流下降约1 A，冰机耗电量相差15 kW·h，而在现场试验过程中，当氨冷温度按指标中的高限控制在-9～-8 ℃时，对合成氨系统无不良影响。

针对此种情况对氨冷却器设定温度高限控制与低限控制两种模式，既满足了合成氨工序生产要求，又降低了液氨温度的波动幅度，为系统节能降耗带来了很好的效果。

通过以上措施的实施，2014年度与2013年度相比，年平均吨氨电耗下降了7.33 kW·h，对比数据如表4所示。

据统计，2014年度总氨(合成氨+甲醇)实际产量为34万t，则年节约用电量为249.22万kW·h，按每度电0.4元，2014年共节约资金为99.69万元。

随着化工行业的进步，节能减排政策要求日益严格，自2015年国家取消企业单位用电优惠政策以来，使得化肥行业的电价成本提高。

为保持化肥系统低成本领先的能力，引领行业进步，本次通过利用数据统计分析的方法，对现场的工艺指标操作数据、设备运行数据等进行了统计分析，采用简单实用的工艺指标优化及小技改方式，达成了合成氨冰机系统节能降耗的目的。

本次冷冻系统的改造，不仅为企业节省了生产成本，经济效益显著，且在具体整改措施中，无需投入过多成本即可达到较好的节能降耗效果，适合在同行业内进行推广应用。