宋庆伟
（中国平煤神马集团尼龙科技有限公司，河南 平顶山467000）
［摘 要］ 双加压法硝酸装置实际生产中，受产品销售、下游用量、国家政策等诸多因素的影响，装置常常会出现低负荷连续运行的情况，那么，在下游硝酸用量（或者是销售量）低于硝酸装置满负荷产酸量，且与硝酸装置低负荷运行产酸量匹配时，硝酸装置低负荷连续运行方式与满负荷间断运行方式究竟哪种更经济呢？为此，在假设下游用酸量与硝酸装置产酸量一致的前提下，对双加压法硝酸装置低负荷运行的经济效益和低负荷运行的程度进行了详细的分析与探讨。综合分析认为，受硝酸装置最低生产负荷（一般最低负荷在75%左右）和硝酸罐存容量的限制，一般来说硝酸装置低负荷连续运行方式比满负荷间断运行方式更为经济、合理。同时，指出双加压法硝酸装置低负荷运行中存在的问题，并提出应对措施。
［关键词］ 双加法硝酸装置；低负荷连续运行；满负荷间断运行；经济效益分析；低负荷运行程度分析；问题解决
［中图分类号］ TQ111.26［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）05-0038-04
0 引 言
保持双加压法硝酸装置高负荷、连续运行是企业所期望的，然而实际生产中受产品销售、下游用量、国家政策等诸多因素的影响，装置常常会出现低负荷连续运行的情况，那么，在下游硝酸用量（或者是销售量）低于硝酸装置满负荷产酸量，且与硝酸装置低负荷运行产酸量匹配时，硝酸装置究竟是低负荷连续运行方式比较经济，还是满负荷（100%）间断运行方式更经济呢？这是一个有必要讨论的问题。
1 2种运行模式的经济效益分析
为便于分析比较2种运行模式的经济效益，这里假设从硝酸最小储存量Qmin（单位：t）开始，下游单位时间内硝酸用量不变，采用硝酸装置满负荷间断运行模式时，硝酸装置单位时间内产酸量高于下游单位时间内用酸量，硝酸罐存量由最小存量逐渐上涨至最大存量Qmax（单位：t），所用时间为T1（单位：d），硝酸装置停车后，硝酸存储量再由最大存量逐渐降至最小存量，然后再开始开车生产，如此循环，整个满负荷间断运行周期所用时间为T2（单位：d）；采用硝酸装置低负荷连续运行模式时，硝酸装置单位时间内产酸量等于下游单位时间内用酸量，始终保持最小存量不变。2种运行模式下硝酸罐存量变化情况如图1所示。
上述假设下，再假设2种运行模式同时开始，我们对同一个运行周期内满负荷间断运行模式与低负荷连续运行模式的生产成本进行如下比较。
同一个运行周期内，满负荷间断运行与低负荷连续运行产硝酸量相同，也可称为缓冲罐存量Q（单位：t），满负荷间断运行成本M1（单位：元）与低负荷连续运行生产成本M2（单位：元）可表示为：
Q=Qmax-Qmin=BT1=BηT2（1）
M1=ABT1＋D1＋D2（2）
M2=A′BηT2（3）
式中：A为满负荷运行吨硝酸生产成本，元/t；A′为低负荷运行吨硝酸生产成本，元/t；B为满负荷运行的硝酸日产量，t；D1为满负荷间断运行停车期间的维护成本，元；D2为满负荷间断运行期间停车1次的开停车成本，元；η为生产负荷，%。
假设硝酸装置每天满负荷运行成本与停车期间的维护成本之比为1∶r1，与1次开停车费用之比为1∶r2，则式（2）可表示为：
M1= AB［T1＋（T2－T1）r1＋r2］（4）
将硝酸生产成本分为原料液氨成本和其他成本（包括公用工程消耗、折旧、排污费、输转费、工资等）。其中，液氨成本比例为δ；其他成本则为（1-δ），相对较少，且其受硝酸装置生产负荷的影响较小，可认为几乎不变，则在负荷为η的情况下，A′与A的关系可表示为：
A′=［δ+（1-δ）/η］×A（5）
如图1，假设当满负荷间断运行至时间T1′（称为满负荷等价缓冲时间；单位：d），硝酸存量由最小存量升至等价罐存量Qequ（单位：t），对应低负荷连续运行时间为T2′（称为低负荷等价缓冲时间；单位：d），满负荷间断运行模式与低负荷连续运行模式生产成本相等，即M1= M2，此期间硝酸罐存变化量为Q′（称为等价缓冲罐存量；单位：t）。结合上述假设，据等价罐存量Qequ与实际可以存储硝酸最大量Qmax比较，以及满负荷等价缓冲时间T1′与实际需要间断运行时间T1比较，可分析得出不同情况下间断运行成本与连续运行成本的大小关系，具体见表1。
结合公式（1）、（3）、（4）、（5）进一步推导可得如下公式：
T1′=r2/［（1/η－1）×（1－δ－r1）］（6）
Q′=B T1′=Br2/［（1/η－1）×（1－δ－r1）］（7）
由公式（6）、（7）可以看出，满负荷等价缓冲时间T1′与δ、η、r1、r2正相关，生产负荷η越高，T1′越长；等价缓冲罐存量Q′与B、T1′正相关，亦即与B、δ、η、r1、r2正相关。
由表1可以看出，只有当Qequ＜Qmax且T1＞T1′时，满负荷间断运行成本M1才小于低负荷连续运行成本M2，此种情况受实际可以存储硝酸的容量（即硝酸储罐罐容）限制。
参考某150 kt/a双加压法硝酸装置满负荷状态下实际生产数据（δ≈75%、r1≈10%、r2≈50%），据公式（6）、（7）计算得出不同生产负荷（即不同的η）下不同生产规模装置（即不同的B）的等价缓冲罐存量Q′和满负荷等价缓冲时间T1′，结果见表2。可以看出：对于450 t/d稀硝酸装置来说，在75%的负荷下，假设最小硝酸存量Qmin=0，要想使得满负荷间断运行成本M1小于低负荷连续运行成本M2，实际需要存储硝酸的最小容量Q′=4 500 t；随着装置生产规模的增大，或者是生产负荷的提高，实际需要存储硝酸的最小容量Q′也随之增大，且考虑实际生产及安全需要（考虑到硝酸装置异常停车对下游生产的影响，一般要求硝酸装置至少存储2 d以上的产量）最小硝酸存量Qmin不可能为0，这就意味着实际需要存储的硝酸最小容量Q′更大。
一般硝酸装置设计罐存容量为1周（7 d）满负荷运行状态下的产量，据表2可以看出，在生产负荷不低于75%的情况下，3种生产规模硝酸装置7 d生产的硝酸罐存量均小于最小容量Q′，这表明当Qequ＜Qmax且T1＞T1′时，满负荷间断运行成本M1小于低负荷连续运行成本M2的情况在实际生产中难以出现。
综上所述，仅从经济角度而言，实际生产中满负荷间断运行成本M1大于低负荷连续运行成本M2，即低负荷连续运行更为经济。另外，从硝酸装置频繁开停车对设备的影响以及开停过程中存在的安全风险来说，硝酸装置间断运行也是不可取的。因此，在下游硝酸用量（或者是销售量）低于硝酸装置满负荷产酸量且与硝酸装置低负荷产酸量匹配时，硝酸装置低负荷连续运行方式比满负荷间断运行方式更好。
2 低负荷运行程度分析
通过上述效益分析可知，一般来讲双加压法硝酸装置负荷高于75%时，低负荷连续运行比满负荷间断运行更为经济；然而，从另一方面来讲，当硝酸装置负荷低于75%时，或许低负荷连续运行不如满负荷间断运行经济。因此，需要讨论实际硝酸装置负荷能否低于75%的问题。
更多内容详见《中氮肥》2019年第5期