化工車間氮氣系統(tǒng)優(yōu)化方案探討

自動化儀表四廠選取河南某公司車間的氮氣系統(tǒng)作為實際案例，對氮氣系統(tǒng)存在的問題進行了分析，結(jié)合實際情況提出了具體的優(yōu)化方案，并分析實際取得的效果。

引言

河南某公司氮氣系統(tǒng)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(xiàn)氮氣的生產(chǎn)，其生產(chǎn)規(guī)模達到3000m3/h，并配有液氮貯槽、中壓氮氣壓縮機設(shè)施數(shù)臺以及其他輔助設(shè)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(tǒng)存在的問題分析

1.1 空壓車間存在的問題

在正常的生產(chǎn)狀態(tài)下，中壓氮氣運行模式依然有較大的節(jié)能空間；氮氣備用系統(tǒng)的工藝亟待更新，難以發(fā)揮應(yīng)急保供作用；出裝置氮氣流量計顯示的準(zhǔn)確度不夠，影響到計量結(jié)果，在生產(chǎn)實時調(diào)整中難以發(fā)揮作用；空分裝置入口渦街流量計表頭出現(xiàn)損壞情況以及顯示不準(zhǔn)確情況，影響到計量結(jié)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(xiàn)自動調(diào)節(jié)，對于生產(chǎn)過程中的實時調(diào)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(shù)值存在較大差異，在貿(mào)易過程中會影響到結(jié)算結(jié)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(wǎng)上存在氮氣分支數(shù)條，這些分支間還涉及到跨線情況，有的氮氣分支沒有設(shè)置流量計，存在諸多計量盲區(qū)，從而導(dǎo)致裝置界區(qū)的管線流程趨于混亂。比如煉油系統(tǒng)a 裝置的氮氣管一共有3條，但有兩條管道間連接了跨線。

其次，系統(tǒng)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(qū)位置上存在一定偏差，還有的氮氣流量器還設(shè)置了分支管線，從而導(dǎo)致氮氣計量的準(zhǔn)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(wǎng)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(yīng)管理的相關(guān)制度，且沒有進行審批，從而導(dǎo)致計量的準(zhǔn)確性受到影響?？紤]到氮氣管線介質(zhì)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(diào)整，從而導(dǎo)致氮氣管理出現(xiàn)盲區(qū)，對氮氣管網(wǎng)運行的穩(wěn)定性與可靠性構(gòu)成了威脅，難以保障計量的準(zhǔn)確性，同時也不利于節(jié)能優(yōu)化與調(diào)整。

此外，有的裝置或者設(shè)備氮氣管線處于停運狀態(tài)，但公司并沒有采取隔離措施，例如加裝盲板，從而導(dǎo)致氮氣有泄露風(fēng)險，情況嚴(yán)重時還可能出現(xiàn)氮氣窒息事故，給相關(guān)人員的生命安全構(gòu)成威脅。

非常后，氣油車間布置的裝置非常復(fù)雜，氮氣使用點不夠集中，分布于公司部分廠區(qū)內(nèi)，從而難以全方位覆蓋計量器具，出現(xiàn)了很多氮氣計量盲點。

2 氮氣系統(tǒng)優(yōu)化方案分析

2.1 車間內(nèi)部優(yōu)化

首先，公司根據(jù)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(chǎn)中，并停止了氮壓機的運行，從而提高了節(jié)能效果，創(chuàng)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(chǎn)過程中，化纖與煉油生產(chǎn)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(tǒng)生產(chǎn)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(yīng)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(jù)調(diào)查與研究，公司針對現(xiàn)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(tài)下，利用中壓液氮貯槽進行增壓，從而使中壓管網(wǎng)壓力得以維持?；诖四Ｊ竭\行為期一年后，實踐結(jié)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(yōu)勢，能夠提高氮氣供應(yīng)的穩(wěn)定性，并且每小時耗電量縮減了250kW，循環(huán)水節(jié)約量達到25t，在系統(tǒng)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(xiàn)了節(jié)能創(chuàng)效目標(biāo)。

其次，針對氮氣備用系統(tǒng)工藝?yán)匣瘑栴}，公司也對低壓液氮汽化池進行了優(yōu)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(yōu)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(shè)了蒸汽與氮氣調(diào)節(jié)閥，利用PLC 控制技術(shù)，建立了空分站控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)在遠距離對液氮汽化池的控制，在生產(chǎn)過程中體現(xiàn)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(xiàn)了節(jié)能降耗，不再使用新鮮水。

2.2 外購A氮氣的優(yōu)化

根據(jù)A 氮氣壓力較高，難以實現(xiàn)對A 氮氣的自動調(diào)節(jié)問題，車間于2017年檢修停工期間，將氮氣調(diào)節(jié)閥增設(shè)在A 公司氮氣并網(wǎng)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(tǒng)對該閥進行了調(diào)整，非常終實現(xiàn)了對外購A 氮氣量的遠程控制目標(biāo)。

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(diào)整，利用對A 氮氣并網(wǎng)調(diào)節(jié)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(tài)，從而使外購A 氮氣量得到縮減。根據(jù)氮氣優(yōu)化調(diào)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(qū)域的氮氣管網(wǎng)，將F909連接到化纖區(qū)域?？紤]到A 氮氣壓力為0.72MPa，而空分站氮氣壓力為0.65MPa，煉油區(qū)域無法獲取氮氣。因此車間將F305啟動，連通煉油區(qū)域與化纖區(qū)域的氮氣管網(wǎng)，并將F904與F905閥門關(guān)閉，從而使A 氮氣量得以減少，在保證各裝置用氮狀態(tài)正常的前提下，空分站KDN-3000空分裝置的運行狀態(tài)也趨于滿負荷。實踐表明，在完成系統(tǒng)改造后，公司外購氮氣量將少了近2000m3/h，空分平均氮氣供應(yīng)量增加了近1300m3/h，全年節(jié)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(shù)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(mào)易結(jié)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(xù)投入使用，運行狀態(tài)恢復(fù)正常。在檢定雙方流量計時，收方流量計標(biāo)定數(shù)值與車間設(shè)置的流量計數(shù)值相差約3%。供方流量計標(biāo)定顯示誤差則超過10%，因此在貿(mào)易結(jié)算中選擇參考收方流量計數(shù)值。

3 結(jié)語

通過對氮氣系統(tǒng)的優(yōu)化與改造，在實踐中多方面的都得到了改善與提升，節(jié)能創(chuàng)效目標(biāo)基本實現(xiàn)，具體涉及到以下幾方面：

非常好，氮氣運行模式優(yōu)化使得耗電量節(jié)約了250kW/h，循環(huán)水節(jié)約量達到25t，蒸汽節(jié)約量為2.5t，總計節(jié)約近460萬元；

第二，對氮氣經(jīng)濟核算以及優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)生影響的流量計均進行了處理，運行狀態(tài)恢復(fù)正常，在數(shù)據(jù)層面上能夠提供可靠支持；

第三，公司與A 公司的貿(mào)易結(jié)算達成一致意見；第四，基于氮氣系統(tǒng)的改造，自動化儀表四廠每年氮氣外購費用節(jié)約超過1000萬元。