管式法LDPE装置工艺能耗及节能策略分析

2023-01-27

通过对管式法的高压低密度聚乙烯的应用装置的能源消耗构成进行分析可以了解到, 杆装置能耗的影响因素主要有三种, 分别是冷却水、蒸汽和电。针对这三种影响因素, 可以制定出有效地节能方式。例如, 调整反应器和压缩机的操作方法、合理的选择疏水器、通过相关设备对外排蒸汽进行回收利用、提高换热设备工作时的换热效率、合理的设置压缩机压缩比, 这些都能有效的降低LPDE装置的能源消耗, 从而达到有效地节能的效果。综合提升企业的经济效益和社会效益, 具有非常重要的实用价值。

一、管式法LPDE装置的工艺能耗状况

LPDE装置, 其能耗基本上由六部分组成, 分别是仪表风、脱盐水、氮气、冷却水、蒸汽和电能。在LPDE装置中, 仪表风和循环水的运行状况的数据信息明显要地域最开始的设计数据信息。同时, 仪表风和循环水的压力、流量, 还进行了工艺联锁设置。一旦发生波动状况, 对于整个装置的稳定安全运行都会产生一定的影响。所以, 结合实际情况, 需要从脱盐水、氮气、蒸汽和电能几方面来进行节能降耗。

1. 管式法LPDE装置的脱盐水损耗

在造粒水的降温冷却中, 运用聚乙烯造粒板形式的换热器。这样, 在冷却的具体过程中, 在聚乙烯颗粒内部, 会析出一定量的芥酸酰胺或油酸酰胺, 并且会在板式换热器的内壁进行粘附, 久而久之管程壁上出现污垢层, 会降低板式换热器的工作换热能力。如果冷却能力下降到了一定的程度时, 将会难以满足生产需要, 这时候就需要启动备用的换热器。拆离这台换热器的内部集管, 通过使用高压水枪或蒸汽, 对其实施冲涮清理, 这样每年会消耗掉大量的水和蒸汽。

2. 管式法LPDE装置的氮气损耗

在日常的生产过程中, 基本上是在设备油箱、放空管线和安全阀中应用氮气, 进行氮封, 避免氧气串入内部, 从而为装置的正常运行提供保障。在氮气的每根单独的管线上, 基本上都会设置限流孔板, 其作用是在保证安全的基础上, 尽量降低氮气浪费。在LPDE装置的最初设计中, 氮气保持着0.7兆帕的界区压力, 正常消耗是每小时一百五十立方米。但是在运行过程中, 实际得为界区压力是0.8兆帕, 随着压力的增加, 造成氮封管线每一根的流量, 都升高了消耗, 导致氮气的实际消耗量为每小时三百立方米, 这就极大地超出了设计时的消耗。

3. LPDE装置的蒸汽损耗

在装置蒸汽中, 主要分为三个等级, 分别是0.45兆帕的低压蒸汽、0.9兆帕中压蒸汽和4.0兆帕高压蒸汽。4.0兆帕的高压蒸汽基本上应用在反应器的预热器高温部分、反应器安全阀、挤压机模头和挤压机筒体中。1.0兆帕中压蒸汽在返回裂解气体的相关加热器中得到应用。0.4兆帕低压蒸汽通过空气冷却器冷却成凝液循环使用。

(1) 没有回收装置反应热

通常情况下, 应该控制装置的反应温度为290摄氏度至305摄氏度之间。在生产过程中散发出来的大量反应热, 就可以利用蒸汽发生器副产0.45和0.8兆帕低压蒸汽进行回收。但是由于装置生产前期无相应装置利用余热, 装置副产蒸汽无法利用, 只能利用空冷器对反应热进行散热, 导致了损失大量的反应热并消耗电能, 所以需要解决泄漏问题, 才能节约能源。

(2) 疏水器故障

设备的连续性排放出现故障, 使得疏水器基本上处于常开的状态。这样不仅导致冷凝水的连续输出, 还会排出蒸汽, 使得能量利用率低, 导致能源浪费。这种故障不仅出现几率高, 判断也比较困难。

(3) 预热器二段气体温度偏低

在二次机出口存在的高压乙烯气体在进入反应器之后, 需要经过一段时间低压蒸汽、中压蒸汽、减等级高压蒸汽的预热, 当预热三段经过高压蒸汽加热已经满足了反应温度时, 需要注入引发剂来引发聚合反应。经过一段、二段预热, 出口的气体保持110摄氏度的温度, 与理论值有着一定的差距, 造成了预热三段的蒸汽消耗偏高。

4. 电能损耗

LPDE装置主要有三方面的电能损耗, 首先, 是一压缩机能力调节的损耗, 过量的乙烯气体被压缩至250公斤后通过旁路阀返回压缩机入口循环压缩, 造成了压缩机功率过高;其次原设计风机或者水泵具有富余的能力, 需要通过将出口管线阀门关小, 来进行控制调节。另一方面, 没有回收装置部分热量, 利用电能驱动风冷器风扇进行散热。

(1) 空冷器

在装置的设计中, 需要通过反应热水来进行大量反应热散热, 通过四组串联空冷器和装置内伴热冷凝进行降温, 在这个过程中, 空冷器发挥主导作用, 基本上只能通过空冷器进行散热, 电能消耗较高。

(2) 淘洗器除尘风机

在装置包装料斗上方上需要使用除尘风机。根据包装过程中粉尘的含量, 对风机阀门开度进行调整, 控制风量, 从而保证产品粉尘含量较低。但是风机阀门如果开度偏大, 将会吹入一定的粒料到粉尘中, 导致物料损失。如果开度偏小, 粉尘含量较高, 对外观质量造成影响。这期间就会造成电能损耗。

二、管式法LPDE装置的节能措施

1. 降低脱盐水损耗的措施

为了有效地降低装置的脱盐水损耗, 需要在造粒板式换热器中增设脱垢系统。这就需要公司加大资金投入力度, 并且充分运用先进的科学技术, 极大技术攻关力度, 在造粒板式换热器中增设在线清理系统, 这样就能有效的降低脱盐水的损耗。与现目前的高压水或蒸汽冲涮清理相比较, 将会节省大量水或蒸汽, 有效地降低脱盐水损耗。

2. 降低氮气损耗的措施

在LPDE装置中, 传统的方式需要消耗大量的氮气, 有时会造成不必要的氮气能源浪费, 增加了企业的经济损失。这就需要选择合理的节能措施, 降低氮气能源损耗。在氮气的界区管线中设置压力调节阀, 对不同压力等级氮气进行分级控制, 利用调节阀对LPDE装置内的氮封压力进行控制, 使其稳定在0.3兆帕左右, 经过改造后, 将会降低氮气消耗到最初设计的允许范围内, 甚至小于原设计消耗量。

3. 降低蒸汽损耗的措施

(1) 解决蒸汽发生器的问题

对于出现事故的蒸汽发生器要进行认真的解体检查, 准确找到泄漏点, 一方面是因为碳钢列管受到严重的腐蚀, 导致泄漏。另一方面, 是因为管板法兰出现变形, 导致泄漏事故的发生。根据国家关于低压锅炉的用水质量标准的规定, 对于蒸发量在每小时六吨以上的锅炉, 应该对其给水进行除氧, 并且额定的蒸汽压力应该小于1.0兆帕, 给水溶解氧应该小于每升0.1毫克。由动力厂提供的二级常温的锅炉水水, 其溶解氧的含量是每升9毫克, 氧腐蚀是碳钢列管发生泄漏的主要原因。管板法兰面发生泄漏是因为管板法兰的实际压力等级较低, 在反复多次的对装置进行开停车的过程中, 造成管板法兰应力变形, 导致泄漏。

所以, 需要对蒸汽发生器进行重新制作, 保证副产蒸汽在0.4兆帕, 低压蒸汽为每小时十吨。通过空冷器对剩余的微量热负荷进行调整。为了对腐蚀问题进行彻底的解决, 应该将不锈钢作为设备的材质。为了避免法兰面发生泄漏, 应该将管板法兰实际应力等级由原来的3.0兆帕调整为5.0兆帕。

(2) 选择适合的疏水器

公司应该对所使用的疏水器进行认真的质量和性能检测, 对于其型号和规格进行核查。在检修的过程中, 应该大规模改造蒸汽系统, 加大投资力度, 购进性能更好的疏水器, 还要改进疏水器的应用安装方式。对于低压分离器的应用蒸汽伴热, 应该对单路进行改造, 成为并联双路, 还应该对多处伴热线进行改造。经过改造之后, 会明显降低高压蒸汽的实际消耗量, 从而大幅度降低装置的能耗。

在检测期间, 还可以采用其他有效合理的措施:第一, 在对装置进行检测的过程中, 应该清理中压废热锅炉, 从而使得中压废热锅炉造成的中压蒸汽量能够符合设计值。这样高压蒸汽就不需要对中压蒸汽管网进行蒸汽补充, 还要对中压废热锅炉进行定期的在线除垢。第二, 对内漏阀门进行更换, 对于阀门和疏水器也要进行定期检测, 及时更换疏水器和泄漏阀门。

(3) 对外排蒸汽进行回收再利用

现阶段, 导致装置防空大量低压蒸汽的基本原因是通过疏水器中、高压蒸汽泄漏造成的。对于高压蒸汽降低消耗, 会减少低压蒸汽一定程度的放空。对低压蒸汽进行回收利用主要可以从以下两方面入手, 一方面是含有热能。另一方面是相当于蒸汽自身的水量。

第一, 回收热能, 收集凝液。这样会很好的利用热能和水。应该运用以蒸汽作为驱动的发电机或者制冷剂也可以是其他的能量转换措施, 驱动汽轮机进行发电机或者产生冷量。高压装置需要使用冷却水实现换热器制冷, 增加了装置的能耗负荷。可以运用放空蒸汽进行制冷, 对高压装置进行冷冻水供给。第二, 在低压蒸汽的防空处设置冷却器, 对蒸汽进行冷凝, 然后运送到低压凝液储罐, 通过凝液泵送回动力车间。这种方法具有投资少的优点, 但是会造成一定程度的热能损失, 使用冷却水进行冷却, 运到动力车间还需要进行处理, 对于综合利用能量有着一定的影响。结合中国石化广东茂名分公司化工分部的前期装置实际情况, 在下游装置无法有效利用其副产蒸汽的时候, 高压装置在其装置内部安装了两台螺杆式膨胀发电机, 装置利用低压副产蒸汽发电项目是在装置的低压副产蒸汽原管路上接一段旁路, 将蒸汽引入螺杆膨胀动力机做功发电, 从螺杆膨胀动力机出来的蒸汽经过分离罐, 将凝液分离, 蒸汽经空冷器却到成为冷凝液, 回收至低压冷凝液罐, 分离罐的凝液由冷凝液泵送至低压冷凝液罐。发出的电并入企业6KV级电网, 供装置使用, 该设施可以将原设计需要8台风冷器进行冷却, 降低至两台, 减少了电力消耗, 同时每小时产生800-1000千瓦小时电量并网使用, 综合电力消耗减少了1500千瓦时以上, 每年可节省电108万度以上, 但是该设施蒸汽利用率仍处於较低水平, 核算蒸汽经济利用在20%左右;在该厂10万吨/年高顺丁橡胶装置投产后, 技术人员通过攻关使用高压装置副产蒸汽进行利用, 将蒸汽经济型提高至60%。

(4) 升高预热器二段加热出口气体温度

二次机出口的气体温度、以及预热一段和二段的中、低反应副产蒸汽流量, 对于三段预热的高压蒸汽消耗有着一定的影响。二次机出口存在的高压乙烯气体的实际温度为85摄氏度, 高温联锁值达到了120摄氏度。可以适当程度调整二次机段间的冷却器循环水流量, 从而将温度升高到95摄氏度。将预热一段和二段中的蒸汽调整到最大, 保证二段加热温度在125摄氏度以上。这样就能够有效地降低预热三段的高压蒸汽消耗。

4. 降低电能损耗的措施

(1) 低负荷运行空冷器

应该加大投资力度, 结合企业的实际情况, 选择性能更加优越的空冷器, 对于原有的空冷器, 可以减少数量, 例如, 可以将三台改为一台运行, 这样就能保证空冷器的低负荷运行。这样就能在满足企业正常生产的情况下, 降低电能损耗, 节约电能。

(2) 对于包装线的除尘风机进行变频改造

对装置包装线的除尘风机实施变频控制, 将改造后的风机的全部出口阀门打开, 然后利用控制变频器进行输出, 对于风机的转速进行调整, 从而实现调整风量的基本目的。这样就能实现降低电能损耗的目的, 从而有效地节约电能, 提高企业的经济效益。

(3) 一次压缩机使用Hydrocom技术

茂名石化高压装置在技术改进时, 在其一次压缩机使用了Hydrocom系统调节压缩机能力, 降低了压力旁路调节阀的开度, 降低一次压缩机电耗约10-15%。Hydrocom系统主要原理为通过PI调节器根据压缩机出口实际压力变化计算出压缩机入口所需求的气量, 通过接口转换机构 (CIU) 传递到压缩机入口气阀电子液压执行机构, 实现所需的进气阀延迟关闭的时间, 达到调节活塞每段工作循环中实际气缸中待压缩的气量, 该系统可以调节压缩机气量能力0-100%, 其特点是节电效果明显, 系统出现故障时刻迅速切换至旁路调节, 可有效嵌入在可调节气量压缩机工艺系统中。

结语

综上所述, 应该对于管式法LPDE装置的工艺损耗进行详细的分析, 然后制定针对性的节能措施。分别从降低氮气损耗, 降低脱盐水损耗, 降低蒸汽损耗和降低电能损耗四个方面进行节能。通过有效地措施的应用, 不仅可以实现节能降耗的目的, 还能提升装置的工作性能, 延长使用寿命, 提高企业的经济效益和社会效益, 具有巨大的实用价值。

摘要：随着时代的进步和社会的快速发展, 人们对自然环境造成了巨大的破坏, 对于整个生态系统都造成了严重的损害。现目前, 节能减排已经成为了时代的主流。经济全球化, 以及市场经济的快速发展, 中国石化广东茂名分公司化工分部高压聚乙烯装置面临着巨大的挑战, 为了提升自身的竞争力, 顺应时代的潮流, 需要对管式法LDPE装置的工艺能耗进行详细的分析, 对于不完善的地方要及时的改进, 对于存在的问题要进行有效地解决, 并且要制定合理的节能策略, 这样才能节约能源, 提升工作效率, 从而提高企业的经济效益和社会效益。本文将针对管式法LDPE装置的工艺能耗以及节能策略进行详细的分析探讨。

关键词：管式法,LPDE装置,工艺能耗,节能策略