氨合成系統(tǒng)蒸發(fā)冷運(yùn)行技術(shù)改造

徐學(xué)武，周 昕，佟建平

（寧夏豐友化工股份有限公司，寧夏銀川 750021）

寧夏豐友化工股份有限公司合成氨系統(tǒng)生產(chǎn)能力為年產(chǎn)合成氨14 萬噸，尿素23 萬噸。采用常壓固定床間歇造氣爐造氣，半水煤氣加壓和常壓脫硫、2.2 MPa 加壓無飽和熱水塔全低變、加壓ADA 變換氣脫硫、雙活化劑熱鉀堿脫碳凈化工藝，醇烷化精煉工藝，25 MPa、Φ1 600 mm 氨合成，水溶液全循環(huán)法生產(chǎn)尿素，生產(chǎn)用汽由3 臺(tái)75 t/h 循環(huán)流化床鍋爐供給。

1 提出問題

Φ1 600 mm 氨合成系統(tǒng)4 臺(tái)水冷器設(shè)備為臥式列管式換熱器，使用全廠二次循環(huán)水換熱。從2007 年投用至2011 年，由于循環(huán)水雜質(zhì)較多且有一定的腐蝕性，造成水冷器花板處內(nèi)漏，每次檢修都對(duì)4 臺(tái)水冷器進(jìn)行清理、試壓、并補(bǔ)漏。由于液相走管程，氣相走殼程，若漏量太大，則將整根液相管加堵頭焊死，造成水冷器換熱面積減少，水冷器出口溫度升高，分離效果變差，合成氨產(chǎn)量減少。為改變現(xiàn)有狀況，公司決定將氨合成水冷器更換為蒸發(fā)冷設(shè)備。

2 醇化系統(tǒng)工藝參數(shù)對(duì)比

2.1 冷卻效率

（1）在新鮮氣量一定的條件下，水冷、風(fēng)冷同時(shí)使用時(shí)蒸發(fā)冷的出口溫度比單純風(fēng)冷時(shí)低10～12 ℃。因此，風(fēng)冷和水冷同時(shí)作用時(shí)，冷卻效率高。

表1 蒸發(fā)冷設(shè)備參數(shù)

（2）在新鮮氣量一定的條件下，開水泵時(shí)蒸發(fā)冷的溫差比舊水冷器的溫差高33～35 ℃，蒸發(fā)冷出口溫度比舊水冷器出口溫度低17 ℃；停水泵時(shí)蒸發(fā)冷的溫差比舊水冷器的溫差高22～24 ℃，蒸發(fā)冷出口溫度比舊水冷器出口溫度低5 ℃。新上蒸發(fā)冷系統(tǒng)比舊水冷器換熱效果好。

醇化蒸發(fā)冷投用后冷卻效率明顯提高，系統(tǒng)壓差、二進(jìn)二出壓差無明顯變化。因蒸發(fā)冷的冷卻由水冷和風(fēng)冷兩部分作用，在保證蒸發(fā)冷出口溫度一定的情況下，可根據(jù)環(huán)境因素和生產(chǎn)因素，由合成車間選擇水泵的使用情況。

2.2 CO、CO2 微量變化

在新鮮氣量一定的條件下，入系統(tǒng)CO 與CO2微量基本穩(wěn)定時(shí)，出系統(tǒng)CO 與CO2微量變化不明顯。出口微量顯示醇塔的運(yùn)行情況和觸媒的反應(yīng)情況，與塔后蒸發(fā)冷系統(tǒng)作用不大。

3 烷化系統(tǒng)工藝參數(shù)對(duì)比

（1）當(dāng)水泵使用時(shí)，氣量增大后，蒸發(fā)冷的溫差都在116～118 ℃。說明蒸發(fā)冷完全滿足生產(chǎn)系統(tǒng)要求。

（2）在氣體流量一定的條件下，開循環(huán)水泵時(shí)蒸發(fā)冷的溫差比停循環(huán)水泵時(shí)高10～14 ℃，說明當(dāng)蒸發(fā)冷的風(fēng)冷和水冷系統(tǒng)同時(shí)使用時(shí)，冷卻效率較高。

（3）在氣量流量一定的條件下，蒸發(fā)冷的溫差比舊水冷器的溫差高17～22 ℃，且蒸發(fā)冷出口溫度比舊水冷器出口溫度低11～21 ℃。說明新上蒸發(fā)冷系統(tǒng)比舊水冷器換熱效果好。烷化蒸發(fā)冷投用后冷卻效率明顯提高，二進(jìn)二出壓差無明顯變化。

因蒸發(fā)冷的冷卻由水冷和風(fēng)冷兩部分作用，在保證蒸發(fā)冷出口溫度一定的情況下，可根據(jù)環(huán)境因素和生產(chǎn)因素，由合成車間選擇水泵的使用情況。因考慮到對(duì)后系統(tǒng)的影響，現(xiàn)選擇烷化蒸發(fā)冷開風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行。

4 氨合成系統(tǒng)工藝參數(shù)對(duì)比

4.1 系統(tǒng)壓力

蒸發(fā)冷投入系統(tǒng)后，在循環(huán)量相同的條件下，投用后系統(tǒng)壓力較去年同期的偏低（0.2 MPa），系統(tǒng)壓差基本無變化。

4.2 冷卻效率

兩大四小六級(jí)滿量，在循環(huán)量和系統(tǒng)壓力基本相同的條件下進(jìn)行參數(shù)對(duì)比。當(dāng)烷化蒸發(fā)冷開循環(huán)水泵時(shí)，蒸發(fā)冷出口溫度比停循環(huán)水泵時(shí)低15 ℃。烷化蒸發(fā)冷開循環(huán)水泵后，用5 臺(tái)冰機(jī)可滿足生產(chǎn)需要（更換設(shè)備前使用6 臺(tái)冰機(jī)），節(jié)能降耗效果明顯。

表2 蒸發(fā)冷溫度變化情況

4.3 分析對(duì)比

在循環(huán)量和系統(tǒng)壓力基本相同的條件下，蒸發(fā)冷系統(tǒng)投用后，與2010 年同期使用舊水冷器各參數(shù)的統(tǒng)計(jì)。（循環(huán)氫表在維修中故沒有氫氮比數(shù)值）。蒸發(fā)冷投用后的入塔氨含量比前一年低0.2 %～0.4 %，出塔氨含量基本相同，氨凈值增加了0.4 %，說明氨合成塔的觸媒運(yùn)行情況基本沒變，分離效果好，產(chǎn)量增加，較去年同期產(chǎn)量每班增加3～8 t。以平均每班增加5 t 氨產(chǎn)量計(jì)算，每天可增加15 t，每月（按30 天計(jì)）可增加450 t合成氨。

5 后期整改

蒸發(fā)冷用軟水來自于去尿素軟水的支管上，尿素用水時(shí)，造成合成蒸發(fā)冷有缺水情況。故2012 年3 月7 日利用系統(tǒng)小修的機(jī)會(huì)，將蒸發(fā)冷軟水管改管接至熱電軟水總管上，解決了蒸發(fā)冷的缺水情況（見表2）。

3 月部分參數(shù)統(tǒng)計(jì)如下：12 臺(tái)風(fēng)機(jī)、8 臺(tái)水泵全部開啟，6 臺(tái)冰機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)（見表3）。

表3 洛陽隆化蒸發(fā)冷設(shè)計(jì)情況和3 月正常運(yùn)行情況對(duì)比

洛陽隆化設(shè)計(jì)蒸發(fā)冷的新鮮氣量大于現(xiàn)運(yùn)行的生產(chǎn)氣量，運(yùn)行時(shí)蒸發(fā)冷進(jìn)出口溫差均大于設(shè)計(jì)溫差，降溫效果明顯，且其他參數(shù)均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，蒸發(fā)冷投入使用情況良好。

6 消耗的比較

（1）電量：蒸發(fā)冷系統(tǒng)投用后，以正常穩(wěn)定生產(chǎn)為基礎(chǔ)，蒸發(fā)冷系統(tǒng)開5.5 kW 風(fēng)機(jī)12 臺(tái)，7.5 kW 風(fēng)機(jī)6臺(tái)；7.5 kW 水泵4 臺(tái)，5.5 kW 水泵4 臺(tái)。每天用電為（5.5×12+7.5×6+7.5×4+5.5×4）×24=3 912 度。冰機(jī)運(yùn)行5 臺(tái)，停用2 臺(tái)冰機(jī)的用電量為190×2×24=9 120 度，每天節(jié)約用電9 120-3 912=5 208 度，每月可節(jié)約用電156 240 度。

（2）除鹽水用量：全廠除鹽水由熱電車間提供，因送合成車間支管上未加流量計(jì)，先由熱電車間生產(chǎn)除鹽水總量上估算，2011 年蒸發(fā)冷投運(yùn)后熱電車間除鹽水流量為190～200 m3/h，蒸發(fā)冷未投運(yùn)前除鹽水流量為160～180 m3/h。除鹽水用量大約增加了20～30 m3/h，以平均25 m3/h 計(jì)算，每天大約增加除鹽水用量600 m3，每月增加為18 000 m3。

（3）供水系統(tǒng)：舊水冷卻系統(tǒng)，（冷排用2#水泵房新鮮水；四臺(tái)臥式水冷器，用2#泵房循環(huán)水）。投用蒸發(fā)冷系統(tǒng)后，新鮮水用量較少；2#水泵房停3 臺(tái)循環(huán)泵，每臺(tái)泵流量為486 m3/h，功率為75 kW，每天少用循環(huán)水為486×3×75%×24=26 244 m3，每月少用26 244×30=787 320 m3；每天節(jié)約用電75×3×24=5 400度，每月節(jié)約5 400×30=162 000 度。

停用2 臺(tái)冰機(jī)后，4#水泵房停一臺(tái)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)功率為30 kW，每天節(jié)約用電30×24=720 度，每月節(jié)約用電720×30=21 600 度。

7 結(jié)論

經(jīng)過以上技術(shù)改造，蒸發(fā)冷系統(tǒng)投用后，節(jié)能降耗效果明顯，達(dá)到了預(yù)期目的。