冷凍站工藝改造淺析

王應(yīng)華( 云南解化化工分公司,云南 開遠(yuǎn) 661000)

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冷凍站工藝改造淺析

王應(yīng)華
( 云南解化化工分公司,云南 開遠(yuǎn) 661000)

對(duì)冷凍站裝置在運(yùn)行中發(fā)生溶液冷卻器頻繁泄漏的原因進(jìn)行了分析,并提出了工藝技術(shù)改造的措施。

冷凍站；冷卻器；泄漏；工藝改造

云南解化化工分公司15萬t/a二甲醚裝置的煤氣凈化采用低溫甲醇洗工藝，附設(shè)冷凍站。冷凍站在生產(chǎn)過程中，多次出現(xiàn)溶液冷卻器泄漏導(dǎo)致系統(tǒng)停車的情況。為滿足生產(chǎn)要求，同時(shí)降低能耗，公司于2012年4月對(duì)該裝置進(jìn)行了工藝改造。

1 冷凍站裝置主要工藝指標(biāo)

裝置設(shè)計(jì)制冷能力：供氨量 25.5 t/h；冷凝器工作壓力1.8 MPa，吸收器工作壓力0.3 MPa；氨精餾塔頂出口氣氨溫度：≤55℃。

分析控制指標(biāo)：貧液質(zhì)量分?jǐn)?shù) 24.2% ，富液質(zhì)量分?jǐn)?shù) 37.5% ，液氨質(zhì)量分?jǐn)?shù) ≥99.8%。

主要消耗：低壓蒸汽(0.6 MPa)40 405 kg/h；循環(huán)冷卻水 4 588.99 m3/h。

2 工藝流程概述

工藝流程見圖1所示。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.5%的濃氨水(富液)被氨水泵J-01送入精餾塔E-01,來自發(fā)生器C-02的熱量使氨水溶液蒸發(fā)(發(fā)生器C-02的熱源是158℃,0.6MPa的低壓蒸汽)，在精餾塔頂部得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.8%的氨蒸汽，其溫度為55℃。氣氨通過冷凝器C-05被冷卻水冷凝為45℃，1.8 MPa的液氨，在液氨貯槽F-02中貯存。其中一小部分用回流泵J-02打回精餾塔作為回流，而大部分液氨經(jīng)過冷器W-1冷卻到5℃后，進(jìn)入低溫甲醇洗氨蒸發(fā)器，蒸發(fā)出來的氣氨經(jīng)氨分離器F-11分離出液氨后，由氨壓機(jī)J-01送到3臺(tái)吸收器C-01a/b/c，被來自發(fā)生器的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.2%的溶液(貧液)吸收，形成富液，再經(jīng)氨水泵J-01通過溶液換熱器C-03a、b預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔中進(jìn)行精餾。

3 裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的問題分析

經(jīng)過分析認(rèn)為溶液冷卻器C-04a/b管殼程介質(zhì)溫差大是造成焊縫泄漏的主要原因，所以有必要對(duì)工藝進(jìn)行改造優(yōu)化。

4 改造措施

對(duì)溶液冷卻器的工藝管線進(jìn)行改造。將溶液冷卻器C-04a/b由原采用水冷方式改為貧、富溶液換熱，并與原溶液換熱器C-03a/b串聯(lián)運(yùn)行。這樣，在保證入吸收器貧液溫度的同時(shí)提高入氨精餾塔的富液溫度，也有效避免了氨水泄漏至循環(huán)水系統(tǒng)中。改造后流程如圖2所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Flow chart of process

圖2 改造后流程示意圖Fig.2 Process diagram after transformation

4．1 計(jì)算

改造前換熱器工況見表1。

表1 改造前換熱器工況Tab.1 Heat conditions before the transformation

C-03、C-04均為單程列管式換熱器，換熱管材質(zhì)均為16MnR，熱流體走管程。C-03換熱面積F=504 m2，C-04換熱面積F=611 m2。因此，只需根據(jù)總熱負(fù)荷計(jì)算出總換熱面積即可確定改造后流程是否滿足生產(chǎn)要求。

根據(jù)熱平衡基本方程：Q=K×A×ΔT

(1)

式中Q為總熱負(fù)荷，W；K為總傳熱系數(shù)，W/m2·K；A為換熱面積，m2；ΔT為傳熱溫度差，℃。

因該換熱過程是逆流、定壓、無相變、液—液換熱過程，因此熱負(fù)荷計(jì)算可采用下式計(jì)算，即：

Q=W×Cp×(t1-t2)

(2)

式中Q為總熱負(fù)荷， kW；W為質(zhì)量流量，kg/s；Cp為比熱，kJ/kg·K；t1為稀氨水入口溫度，℃；t2為稀氨水出口溫度，℃。

其中W=ρ×V=(915×247.8)/3 600=62.98 kg/s(ρ為稀氨水密度，V為稀氨水流量)；Cp取值為4.23 。

將各數(shù)據(jù)代入(2)式得：Q=62.98×4.23×(145-50)=25 309.72， 代入(1)式得：

25 309.72=K×A×ΔT

(3)

ΔT=kf×ΔTm

(4)

K為傳熱系數(shù),W/m2·K，略計(jì)算過程，取值 1 500；A為傳熱面積，m2；kf為溫度校正系數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)值0.8；ΔTm為對(duì)數(shù)平均溫度差，℃。

其中ΔTm=(ΔT2-ΔT1)/ln(ΔT2/ΔT1)；ΔT1=145-110=35℃，ΔT2=50-38=12℃

ΔTm=(12-35)/ln(12/35)=21.49℃； 并代入(4)式得：

ΔT=kf×ΔTm=0.8×21.49=17.19℃； 代入(3)式得到改造后流程所需的傳熱面積=25 309.72/(1.5×17.19) =981.57 m2。

由上述計(jì)算結(jié)果可知，原C-03、C-04總換熱面積為 1 115 m2，而改造后流程所需換熱面積為982 m2，即改造后工藝完全滿足裝置在滿負(fù)荷條件下運(yùn)行。

4.2 改造后運(yùn)行情況

冷凍站裝置工藝改造后主要工藝參數(shù)如吸收壓力、冷凝壓力、貧富液濃度、氨水流量、供氨量等未發(fā)生明顯變化，但低壓蒸汽、循環(huán)冷卻水消耗出現(xiàn)大幅下降。裝置改造前后部分重要參數(shù)對(duì)照見表2(表2中數(shù)據(jù)為12個(gè)月平均值)。

表2 裝置改造前后部分重要參數(shù)對(duì)照Tab.2 Comparison of some of the important parameters of the control device before and after the transformation

從表2看出，裝置經(jīng)過工藝改造后，裝置生產(chǎn)能力及液氨純度未發(fā)生改變或下降，但生產(chǎn)1 m3液氨的低壓蒸汽消耗較改造前減少了74.4 Kg，冷卻水消耗下降405 m3/h。

改造后，運(yùn)行至今較為穩(wěn)定，徹底解決了因溶液冷卻器泄漏導(dǎo)致系統(tǒng)停車的問題，保證了裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，并達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

[1] 劉光啟,馬連相,項(xiàng)曙光.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè):無機(jī)卷[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002:45.

[2] 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社2006:55-59.

[3] 化學(xué)工業(yè)第二設(shè)計(jì)院.云解化15萬噸二甲醚/年設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].云南開遠(yuǎn):2007.

Transformation Process of Freezing Stations

WANG Ying-hua
(Yunnan Jiehua Chemical Branch,Kaiyuan 661000,China)

Leakage reasons of the solution cooler for freezing station device occurred in the operation were analyzed, and the measures of the transformation process were pointed out.

freezing station;cooler;leakage;technological transformation

王應(yīng)華(1973-)男，云南楚雄人，工程師，主要從事化工工藝工作。

12.3969/j.issn.1004-275X.2015.01.017

TQ025

A

1004-275X(2015)01-0029-03

收稿：2014-09-15