Discussion of Overall Optimization of Start-up Operation of Dual-Pressure Nitric Acid Plant
Abstract：
An introduction is given to the main operation steps of start-up of dual-pressure nitric acid plant, and overall planning of operation steps is carried out combining practice in selection of reference points, and optimization is made of application of raw material and rotating equipment in start-up process, and control operation. After overall optimization of start-up operation, the start-up time is shortened, the consumption of raw material is reduced, having remarkable economic benefits.
大多数化工装置从开车至生产出合格产品需要一段时间，在此过程中需消耗水、电、气(汽)等原料。若统筹安排不合理、操作人员的经验和技术水平不高，将导致开车过程耗时增加；另外，原料和设备的不合理投用，也会造成生产原料的浪费。双加压法硝酸装置的开车同样如此，从公用工程投用直至成品硝酸产出，开车过程中也存着原料的浪费，因此, 有必要对双加压法硝酸装置的开车操作步骤和内容进行统筹优化，合理衔接各项操作，适时投用相关原料，以降低开车过程中的原料消耗。
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开车操作的统筹
双加压法硝酸装置开车主要操作步骤为公用工程投用、动设备投运、系统联锁试验、闭路循环系统建立、废热锅炉系统预热、机组盘车电机启动、机组蒸汽管线暖管、汽轮机抽真空、机组冲转及加负荷、氧化炉过热段预热、吸收塔建立压差、引氨及氨空比配比、氧化炉点火通氨、自产蒸汽并网及系统升负荷，整个开车过程可分为氧化炉点火前的准备和点火后的操作两大部分。氧化炉点火通氨为双加压法硝酸装置开车操作过程中的一个关键节点，可作为其他操作步骤的一个参考点，依据此点对开车操作进行统筹优化。
以氧化炉点火通氨为参考点，氧化炉点火前相关操作应达到以下要求：①锅炉预热合格(汽包表压＞3.0 MPa)。按照锅炉升温升压曲线要求，此过程需耗时20 h，因此, 需提前20 h进行锅炉预热。②过热段预热合格(＞200 ℃)。按照管线升温要求，结合锅炉预热情况，应提前3 h与机组冲转同时开始进行操作。③吸收塔压差建立合格(表压50~60 kPa)。根据经验，建立压差过程需耗时1 h左右。吸收塔建立压差的前提是一次空气量满足点火要求，这要求机组冲转加负荷提前完成，此项操作耗时2 h左右，而机组冲转要求汽轮机抽真空合格(耗时约1 h，可以进行统筹，在机组蒸汽管线暖管前30 min进行操作)、机组蒸汽管线暖管合格(温度＞380 ℃)及暖管前机组盘车启动(耗时约5 h)。④氨空比配比合格(8.5%)。配比氨空比前，首先需进行引氨操作，此项操作耗时约30 min，其前期准备可在吸收塔建立压差即将完成时开始进行。氧化炉准备点火时，需要做好点火用氢气的相关准备工作，可在汽包预热合格前30 min进行准备。氧化炉点火后，在30 min内将系统调整稳定，然后将自产蒸气并网; 同时, 对系统进行升负荷，此过程耗时约90 min。双加压法硝酸装置开车操作统筹示意如图 1所示。
图 1
由图 1可看出，经统筹后，双加压法硝酸装置整个开车过程需时22 h左右。废热锅炉系统预热操作步骤耗时较长(20 h左右)，是双加压法硝酸装置开车操作的控制步骤。从机组抽真空开始，需要操作的项目相对较多，考虑到操作过程的安全性和稳定性，一般将此操作的开始时间安排在白班(如08：00)，结合图 1便可确定开车开始准备的时间(如前一天的16：00)。
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开车操作优化
2.1
公用工程投用
公用工程(水、气、蒸汽)在投用前应先引至所用设备前备用(针对用水的换热器可提前做好排气操作)，根据双加压法硝酸装置开车进度逐一进行投用，而不是在开始引用时便按正常生产用量投用给所有需用的设备，以避免造成不必要的原料浪费。为减少双加压法硝酸装置开车过程中的原料浪费，应对公用工程投用操作进行优化，即按需分阶段对公用工程进行投用，并对投用顺序进行编号(A~H)。
2.2
动设备投运
与公用工程投运相同，动设备提前投运也会造成不必要的用电浪费，应结合实际操作，按需分阶段投运相关动设备，并对开车过程中动设备的投运顺序进行编号(I~M)。
2.3
气氨放空控制
在双加压法硝酸装置开车配比氨空比的过程中，需通过气氨放空来模拟进入氧化炉的气氨量。在氨系统的压力高于正常压力或氨蒸发器未建立液位时，由于操作人员的操作经验和技能不足，短期内很难完成氨空比的配比；即使完成氨空比的配比，但有些操作人员也不敢进行点火通氨操作，直至氨系统压力恢复正常值且氨蒸发器建立一定液位时，才进行点火通氨操作，这势必会导致大量气氨长时间放空，造成了原料氨的浪费。
导致氨系统压力偏高的主要原因：①氨蒸发器内存有液氨，常温下蒸发导致氨系统压力偏高。若闭路循环系统建立过早，随着系统内循环时间的延长，泵的动能转化为循环水的内能，水温升高，加剧了氨蒸发器内液氨的蒸发，会进一步使氨系统的压力升高，甚至导致仪表满量程及安全阀动作，在一定程度上增大了氨空比配比操作的难度。②由于操作人员操作不当，导致氨系统压力偏高。
可采取的措施：①装置停运时，尽量减少氨蒸发系统存留的液氨量，有条件的话，当氨系统的压力高于上游液氨储罐压力时，可将氨蒸发系统内的液氨送回液氨储罐。②合理确定闭路循环系统建立的起始操作时间。③提高操作人员的经验和技能，在氨系统的压力高于正常压力或氨蒸发器未建立液位时，尝试进行下一步的点火通氨操作，积累操作经验。据了解，此种操作方式已多次成功运用，但应保证气氨压力和流量调节阀有一定调节余地，并且压力值不能超过联锁值。
2.4
中压蒸汽放空控制
在双加压法硝酸装置的工艺开车过程中，中压蒸汽不仅放空时间长，而且放空量相对较大。如图 1所示(包括虚线部分)，经统筹，从机组蒸汽管线暖管开始至自产蒸汽并网结束，中压蒸汽放空历时9 h左右。为满足汽轮机冲转蒸汽温度指标，需要一定的中压蒸汽放空量才能提高暖管温度，在机组准备冲转时放空量最大；另外，氧化炉过热段预热也需要一定量的中压蒸汽放空。若在此过程中未做好统筹，会使机组蒸汽管线暖管时间延长、蒸汽放空量控制偏大，造成中压蒸汽的浪费。此外，氧化炉点火通氨后，系统开始自产中压蒸汽，若未及时将其并入汽轮机，也会造成中压蒸汽的浪费。
为此，在双加压法硝酸装置工艺开车过程中，需加强中压蒸汽的放空控制：①统筹安排各项操作步骤，合理确定各项操作的起始时间(如在机组蒸汽暖管即将合格时，开始准备机组抽真空工作)，避免因各项操作衔接不及时而导致中压蒸汽暖管放空时间的延长。②结合管线温度情况及时调整暖管蒸汽放空量。在暖管前期，蒸汽放空量不宜太多，既便于管线升温的控制，又避免蒸汽放空量过多。在机组冲转过程中，保证汽轮机入口蒸汽温度的情况下，随着蒸汽用量的增加，应及时关小暖管放空阀，直至全部关闭。③尽早进行自产蒸汽并网操作，将此项操作步骤统筹安排在氧化炉稳定后。氧化炉点火通氨后，应及时将生产系统调整稳定，以便及时进行自产蒸气并网操作；另外，操作人员在自产蒸汽并网过程中，在保证管网蒸汽稳定的情况下，应尽量缩短并网操作时间。
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统筹优化效果
统筹前，某公司150 kt/a双加压法硝酸装置工艺开车需时30.8 h，统筹后需时23.5 h，统筹前、后原料消耗对比(气氨放空量未配置流量累计表，液氨量参考氨空比配比时气氨的放空时间和放空量估算得出)见表 1。
表 1
150 kt/a双加压法硝酸装置统筹前、后原料消耗对比
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项目 |
统筹前 |
统筹后 |
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注：1)上述统计为各仪表累计量差值，以公用工程开始投用为起始时间，系统达到100%负荷时为结束时间。 |
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液氨/t |
3.02 |
0.76 |
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脱盐水/t |
139.38 |
75.20 |
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循环水/t |
120 784.89 |
60 716.95 |
|
仪表气/(m3，标态) |
352.39 |
224.90 |
|
中压蒸汽/(m3，标态) |
353.76 |
259.20 |
|
低压蒸汽/(m3，标态) |
85.45 |
41.36 |
|
电/(kW·h) |
8 679.74 |
5 558.22 |
由表 1可看出：各种原料和电量消耗均有所减少，共计节省费用约57 627.04元，其中循环水和中压蒸汽节省费用分别为24 027.18元和17 493.60元，占节省总费用的70%以上。
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注意事项
(1) 尊重客观规律，不能一味地为了减少开车时间而缩短操作步骤时间，否则会出现安全事故，如废热锅炉系统预热、蒸汽管线暖管及机组冲转暖机必须按照升温、升速曲线进行操作。
(2) 提前充分做好开车前的各项准备工作，包括人员安排、物质准备、设备和仪表的检测等，避免开车过程中出现异常情况，确保各项操作步骤按统筹安排进行。
(3) 提高操作人员的经验和技能，确保操作人员掌握每项操作步骤的起始时间节点和优化操作的方式。
(4) 有些双加压法硝酸装置的操作人员相对较少，在开车操作步骤相对集中的阶段，无充足人员同时进行多项操作，此时应对操作步骤进行新的统筹。另外，新建硝酸装置的操作人员的经验和技能相对不足，设备、仪表还欠磨合，难以进行操作统筹优化。
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结语
减少不必要的原料消耗是提高企业经济效益的重要途径之一，企业在生产各个环节深入挖掘内部潜力以降低生产成本，能够提高企业的盈利能力和抗风险能力。从双加压法硝酸装置工艺开车统筹前、后原料消耗量对比来看，装置开车过程的挖潜效益是比较可观的，此环节应引起企业的重视。
沪公网安备 31010702007066号