水溶液全循環工藝節能改造及優化運行

張成強 程寶軍

(兗礦魯南化工有限公司 山東滕州277527)

水溶液全循環工藝節能改造及優化運行

張成強 程寶軍

(兗礦魯南化工有限公司 山東滕州277527)

兗礦魯南化肥廠尿素Ⅱ系統采用水溶液全循環尿素生產工藝，存在著氨耗高、汽耗高及產量較低等問題，主要表現:①合成轉化率低;②蒸發系統只有1套蒸汽噴射系統，出現問題只能停運，影響了系統穩定運行;③水解負荷過大，水解泵不能長周期運行。

1 改造內容

1.1 雙高壓系統改造

(1)增加高壓甲銨冷凝器、第1尿素合成塔和汽提塔，原有尿素合成塔作為第2尿素合成塔。

(2)中壓系統增加預分離器，其氣相引入一吸塔外置冷卻器。

(3)原預精餾塔下部筒體加長700mm，下部預留汽提液進口，增設進氣擋板。

(4)更新一段分解加熱器，換熱面積增加100m2。

(5)增加氨冷器，冷卻水為原二表冷回水。

(6)惰洗器加長至Φ1400mm，冷卻水由原循環水改為二表冷回水。

(7)外置冷卻器加長200mm，換熱面積由281m2增加至359m2，列管由 Φ25mm改為Φ19mm，預精餾和預分離氣合并后由兩側進入。

(8)一段吸收塔增加2層微分塔板，以增強鼓泡吸收效果。

(9)低壓吸收塔由原Φ1400mm二分塔改造而成，內部增加波紋板規整填料，并增設吸收液冷卻器。

(10)對低壓分解加熱器進行改造，換熱面積由原80m2擴至158m2。蒸餾塔上部填料段直徑加大至Φ1400mm，下部分離段不進行改動。

(11)低壓吸收系統新增換熱面積為809m2的二循一冷，將原二循一冷作為二冷，原二循二冷作為三冷。

(12)蒸發系統增加閃蒸加熱器，其熱源為高壓甲銨冷凝器副產蒸汽。

(13)增加1臺22m3/h一甲泵D，同時將流程改為:一甲泵D的一甲液入高壓甲銨冷凝器，一甲泵B和一甲泵C的一甲液入第2尿素合成塔，一甲泵A作為備用泵，同時具備進入高壓甲銨冷凝器和第2尿素合成塔的流程。增加1臺7.5m3/h泵作為二甲泵和氨水泵的備用泵。

(14)高壓氨泵泵速全部改為變頻調節。

(15)增加第1尿素合成塔氣相出口管及閥門，其管線設置直徑為Φ10mm的限流孔板。

1.2 水力噴射雙循環技術改造

(1)在原有裝置的基礎上增加2臺雙吸高效水力噴射器和1臺二段蒸發噴射器C，安裝位置在四樓平面，位差12m以上。

(2)增加1臺Φ1600mm×3500mm循環水槽(利舊)，安裝位置在一樓低壓泵房西南角地面，用于中間存儲一表液。噴射液體與氣體混合吸收，進入循環水箱循環使用，然后溢流至碳銨液槽，保證介質含量及溫度的恒定。

(3)增加 1臺離心式循環水泵(流量≥187m3/h，揚程為80m，電機功率55kW)作為抽真空的動力，用于一表液的輸送。泵出口水管分2路:一路進一段水噴射器(代替原一段蒸汽噴射器);另一路進二段水噴射器(代替原二段蒸汽噴射器B)，循環水經噴射器被高速射流強制夾帶，造成吸入室內壓力降低而形成真空。

(4)在水噴射器水進口管道上安裝閥門，用來調節真空度，在水噴射器及蒸汽噴射器的氣體進口管道上安裝球閥，必要時可由水力噴射切換為蒸汽噴射抽取真空。

(5)增加1臺換熱面積56m2的中間冷凝器。

(6)從循環水泵出口設置旁路管線，送至氨泵填料箱作密封水使用，然后返回至循環水箱，從而大大減少了含氨廢水量。

1.3 水解系統改造

尿素Ⅱ系統新增1套水解裝置，用于進一步解吸、回收解吸廢液中的氨及尿素，于2003年6月投入試生產。投運后，水解解吸后廢液中尿素質量濃度降至1～2mg/L，但其中氨質量濃度達300～700mg/L，依然超標;另外，由于原水解系統采取氣相放空，造成大氣污染;同時，原解吸塔的解吸量隨著系統負荷的加大，解吸量增加后，解吸塔出現超壓現象，解吸塔氣相與液相壓差較大，給系統安全運行帶來隱患。為了更好解決尿素水解系統存在的一系列問題，對該水解裝置進行了改造。

(1)第2解吸塔應用新型填料。經過對各種填料計算，在同樣的塔體積下，規整波紋板填料的表面積最大;同時，選擇最小的填料層壓降，確定了合理的裝填方案，成功地解決了效率與流通量的矛盾。與使用普通波紋填料相比，分離效率提高10%，通量增大20%，壓降降低30%以上，在同樣流通量下，比原解吸塔的浮閥分離效率提高20%。

(2)改造第1解吸塔浮閥，即由F1浮閥改為ADV微分浮閥。ADV微分浮閥優點:①ADV微分浮閥頂部的3個切口為氣體提供了更多的通道，避免常規浮閥頂部的死區，強化氣液接觸，可提高塔板的處理能力和分離效率;獨特的閥腳設計使該浮閥具有導向性，克服常規圓形浮閥旋轉的問題;②ADV微分浮閥較F1浮閥的壓降略低;③高氣速下，ADV微分浮閥的霧沫夾帶量比F1浮閥大幅減少;④ADV微分浮閥的泄漏率較F1浮閥大幅下降，ADV微分浮閥的解吸塔板效率比F1浮閥提高5%～15%;⑤第1解吸塔板間距增加20mm，能增加解吸量5t/h。

(3)改造第1解吸塔塔盤。解吸塔塔盤上、下層的開孔率分別由原3.65%和2.43%提高至5.48%和3.80%。增加汽液接觸面積，提高塔內分離效率。

(4)改造解吸塔蒸汽進口管。進口管由DN50mm改為DN100mm，增加蒸汽分布管上分布孔;同時，清除小孔的雜質和油污，確保小孔暢通。

1.4 氣泵改造

原汽包給水采用鍋爐水，因給水管路較長、熱損失較大，進入汽包的冷凝液溫度僅為90℃左右。為此，增加氣泵裝置，引原系統冷凝液排出槽高溫冷凝液用作汽包補水，鍋爐水只在開、停車時使用，不但節約了鍋爐水、增加了副產蒸汽量，而且使系統更加合理、穩定。

2 改造后存在的問題及解決措施

(1)系統原始開車初期，按照3000m3/h的CO2氣量投料，隨后系統加量至6500m3/h，高壓甲銨冷凝器的底部溫度控制在176～180℃、尿素合成塔的中上部溫度188～190℃，汽包壓力控制在0.75MPa左右，但副產蒸汽流量計無指示，即副產蒸汽量太少。

經分析，由于操作工的控制習慣，尿素合成塔進料后反應溫度偏低，導致氨碳比偏高(第1尿素合成塔料液氨碳比為3.63);同時汽包壓力控制得偏高，進而使氨碳比偏高。校正副產蒸汽流量計指示無誤之后，將汽包壓力降低至0.72MPa，同時減少入塔氨量，使高壓甲銨冷凝器底部溫度提高至184℃左右，氨碳比降至3.43，副產蒸汽量逐漸增多。

(2)第 1和第2尿素合成塔出口閥開大10%，提高甲銨泵泵速，增加系統蒸汽用量，造粒塔底物料沒有明顯增加。

通過排查，排除了閥門故障。經分析，系統加負荷后，CO2轉化率下降，同時汽包產汽流量在之前突然為零，現場液位計無液位指示，排放導淋無水，判斷為汽包無液位導致甲銨冷凝量少，使甲銨的生成后移至尿素合成塔，導致在尿素合成塔中不能較好地完成甲銨脫水生成尿素的反應，CO2轉化率下降，致使后系統回收負荷加大，甲銨泵泵速增加。現將汽包液位由11%提高至30%后，系統產汽量增大，第1和第2尿素合成塔閥門開度恢復正常，甲銨泵泵速降至正常。

(3)原氨泵的柱塞及填料潤滑冷卻介質采用系統蒸汽冷凝液，回水送至碳銨液槽，解吸負荷過大，氨泵密封水多產生廢水8t/h。

氨泵密封水改造:①氨泵填料函、柱塞材質由碳鋼更換為不銹鋼，避免密封水介質對設備部件的腐蝕。②密封水介質改為一表液。一表液經循環水泵加壓后，一部分作為液氨泵填料密封水，吸收氨泵填料箱填料滲漏的氨后循環返回循環水槽，也可返回碳銨液槽。2種密封水管線上安裝閥門，必要時介質的上、回水可以進行切換。動力介質綜合利用，實現氨泵填料密封水開路循環。實行氨水開路循環后，廢水量減少。在循環液泵出口設旁路管線，送氨泵作密封水，既解決了新增氨水量大的問題，又避免了新的動力消耗。

3 結語

通過采取以上的各項措施和指標優化調節后，系統趨于更加合理、穩定，高壓、蒸發及水解系統各項指標較好，裝置操作參數基本達到預期值，并運行平穩，在節能降耗方面取得了可喜的成果。改造后，尿素產量也有所提升，但由于蒸發造粒塔為Φ9000mm造粒塔，限制了高負荷運行。

2013-11-25)