企业氮气系统优化方案探讨

张成富 史会兵 侯新峰

(山东京博石油化工有限公司，山东 博兴 256500)

0 引言

河南某公司氮气系统的供给主要分为三部分，即空压车间KDN-3000型空分装置、A 化工厂KDN-5000空分装置与KDN-10000型空分装置。其中KDN-3000型空分装置于2000年投入使用。该装置依托于净化空气，通过低温法制氮工艺实现氮气的生产，其生产规模达到3000m³/h，并配有液氮贮槽、中压氮气压缩机设施数台以及其他辅助设施，其提供的氮气压力等级共有两种，即0.7MPa 与2.5MPa。

1 氮气系统存在的问题分析

1.1 空压车间存在的问题

在正常的生产状态下，中压氮气运行模式依然有较大的节能空间；氮气备用系统的工艺亟待更新，难以发挥应急保供作用；出装置氮气流量计显示的准确度不够，影响到计量结果，在生产实时调整中难以发挥作用；空分装置入口涡街流量计表头出现损坏情况以及显示不准确情况，影响到计量结果，需要按照周期要求进行检定。

1.2 外购A氮气情况

A 氮气压力较高，车间难以对其实现自动调节，对于生产过程中的实时调整有着不利影响；在对外购A 氮气的计量方面，供方与收方的流量计显示数值存在较大差异，在贸易过程中会影响到结算结果。

1.3 氮气用户方面情况

首先，对于同一氮气用户而言，主管网上存在氮气分支数条，这些分支间还涉及到跨线情况，有的氮气分支没有设置流量计，存在诸多计量盲区，从而导致装置界区的管线流程趋于混乱。比如炼油系统a 装置的氮气管一共有3条，但有两条管道间连接了跨线。具体如图1所示。

其次，系统中氮气流量计并没有遵循合理性原则进行安装，与装置界区位置上存在一定偏差，还有的氮气流量器还设置了分支管线，从而导致氮气计量的准确性受到影响，与计量器具的管理要求相违背。

再者，在氮气管网上，有的用户增加管线分支，对工艺流程进行变更时，并没有遵守公司的氮气供应管理的相关制度，且没有进行审批，从而导致计量的准确性受到影响。考虑到氮气管线介质的安全性较高，并且压力等级偏低，因此有的用户对氮气管线或氮气流程进行私自调整，从而导致氮气管理出现盲区，对氮气管网运行的稳定性与可靠性构成了威胁，难以保障计量的准确性，同时也不利于节能优化与调整。

此外，有的装置或者设备氮气管线处于停运状态，但公司并没有采取隔离措施，例如加装盲板，从而导致氮气有泄露风险，情况严重时还可能出现氮气窒息事故，给相关人员的生命安全构成威胁。

最后，气油车间布置的装置非常复杂，氮气使用点不够集中，分布于公司部分厂区内，从而难以全方位覆盖计量器具，出现了很多氮气计量盲点。

图1 跨线连接图

2 氮气系统优化方案分析

2.1 车间内部优化

首先，公司根据中压氮气运行模式取得实际效果，将中压液氮贮槽投入到生产中，并停止了氮压机的运行，从而提高了节能效果，创造了比较理想的效益。空压车间空分站中压氮气的用途在于各装置的气密。在生产过程中，化纤与炼油生产装置并不会使用大量中压氮气，其对中压氮气的使用仅限于管线压力的维持。在传统生产模式下，中压氮气均源自于氮压机，中压液氮贮槽的作用仅仅是为了应急，即针对紧急事件补充需求量增加的中压氮气。中压液氮贮槽能够储备约20m3的液氮，压力等级约为2.5MPa。根据调查与研究，公司针对现有情况采取了增效措施。具体操作为：停止运行氮压机，在正常运行状态下，利用中压液氮贮槽进行增压，从而使中压管网压力得以维持。基于此模式运行为期一年后，实践结果表明该模式在安全性、可靠性以及操作性方面都具有突出优势，能够提高氮气供应的稳定性，并且每小时耗电量缩减了250kW，循环水节约量达到25t，在系统运行过程中的故障问题也得以减少，为运行与维护成本控制提供了有力支持，最终实现了节能创效目标。

其次，针对氮气备用系统工艺老化问题，公司也对低压液氮汽化池进行了优化。具体来讲，空分站低压液氮汽化池阀门在以往均属于手动操作，并且远离操作室，汽化池汽化效率不高，热损失较大，对备用热源需求较大。针对氮气运行的优化，2017年车间对低压液氮汽化池进行了改造，选择立式封闭汽浴式汽化池代替敞开式水浴汽化池，并增设了蒸汽与氮气调节阀，利用PLC 控制技术，建立了空分站控制系统，从而实现在远距离对液氮汽化池的控制，在生产过程中体现出较强的灵活性。与此同时，在蒸汽消耗量的控制方面，车间在完成改造后也实现了节能降耗，不再使用新鲜水。

2.2 外购A氮气的优化

根据A 氮气压力较高，难以实现对A 氮气的自动调节问题，车间于2017年检修停工期间，将氮气调节阀增设在A 公司氮气并网阀F909位置，并利用仪表线向空分站操作室引入了信号，从而帮助空分站PLC 控制系统对该阀进行了调整，最终实现了对外购A 氮气量的远程控制目标。

与此同时，针对氮气用户用量问题，车间对公司氮气流程进行了调整，利用对A 氮气并网调节阀的远程控制，使空分站KDN-3000空分装置运行趋于满负荷状态，从而使外购A 氮气量得到缩减。根据氮气优化调整方案，A 化工厂向公司进行氮气供给的途径主要为F903向加氢、聚丙烯与260万柴油加氢等。车间将F904/F905/F906三个阀门连接到炼油区域的氮气管网，将F909连接到化纤区域。考虑到A 氮气压力为0.72MPa，而空分站氮气压力为0.65MPa，炼油区域无法获取氮气。因此车间将F305启动，连通炼油区域与化纤区域的氮气管网，并将F904与F905阀门关闭，从而使A 氮气量得以减少，在保证各装置用氮状态正常的前提下，空分站KDN-3000空分装置的运行状态也趋于满负荷。实践表明，在完成系统改造后，公司外购氮气量将少了近2000m3/h，空分平均氮气供应量增加了近1300m3/h，全年节约成本超过1000万元。

此外，在解决外购A 氮气供收两方流量计显示数值偏差问题时，公司在2017年检修中要求A 公司对流量计进行检定并出具报告。该项事宜涉及到贸易结算，而收方流量计没有出厂检定，计量中心于2018年拆除了未检定的流量计并进行检定，完成检定后继续投入使用，运行状态恢复正常。在检定双方流量计时，收方流量计标定数值与车间设置的流量计数值相差约3%。供方流量计标定显示误差则超过10%，因此在贸易结算中选择参考收方流量计数值。

3 结语

通过对氮气系统的优化与改造，在实践中多方面的都得到了改善与提升，节能创效目标基本实现，具体涉及到以下几方面：第一，氮气运行模式优化使得耗电量节约了250kW/h，循环水节约量达到25t，蒸汽节约量为2.5t，总计节约近460万元；第二，对氮气经济核算以及优化调整产生影响的流量计均进行了处理，运行状态恢复正常，在数据层面上能够提供可靠支持；第三，公司与A 公司的贸易结算达成一致意见；第四，基于氮气系统的改造，每年氮气外购费用节约超过1000万元。