降膜式閃蒸技術在尿素生產上的應用

梁 斐 吳 培 袁紅玲 趙國寶

（河南心連心化肥有限公司 河南新鄉453731）

降膜式閃蒸技術在尿素生產上的應用

梁 斐 吳 培 袁紅玲 趙國寶

（河南心連心化肥有限公司 河南新鄉453731）

河南心連心化肥有限公司（以下簡稱心連心公司）一分廠尿素生產裝置采用水溶液循環生產工藝。經多年改造，目前尿素產能已達330kt／a以上，閃蒸的生產能力已很難滿足生產的需要，原采用升膜式閃蒸來蒸發尿液中的水分，產生閃蒸分離器真空度高、尿素成品中水分含量高、噸尿素汽耗高等問題，造成尿素生產總成本增加。為此，決定將升膜式閃蒸改為降膜式閃蒸，同時擴大閃蒸冷卻器換熱面積，以提高甲銨反應熱的換熱效果，從而達到節約蒸汽、降低氣耗的目的。

1 生產現狀

升膜、降膜中的膜指的是蒸發器在操作過程中原料液沿著加熱管壁呈傳熱效果最佳的膜狀流動。升膜式蒸發器是原料液從蒸發器底部進入，被二次蒸汽帶動，沿加熱管往上流；降膜式蒸發器是物料由加熱室頂部加入，隨重力作用沿加熱管壁向下流動。降膜式蒸發器與升膜式蒸發器相比，物料的停留時間較短（5～10s）、傳熱系數高，因此，降膜式蒸發器廣泛應用于熱敏性物料和蒸發黏度較大的物料。

目前，一分廠噸尿素蒸汽消耗高（1.30t），閃蒸段采用升膜式閃蒸，蒸發器上段采用高壓蒸汽，使用壓力為0.80MPa，下段采用膨脹槽蒸汽，壓力為0.35MPa，一段蒸發器熱能利用段采用回收預分離器出氣和一分分離器氣相與二甲液混合物的反應熱。而二分廠尿素蒸發采用降膜式閃蒸，閃蒸熱能利用段利用一分分離器氣相與二甲液匯合的反應熱，一段蒸發器熱能利用段采用膨脹槽蒸汽0.40MPa，膨脹槽補入造氣系統副產的0.50MPa蒸汽。可以看出，一分廠用的蒸汽壓力高，主要原因是甲銨反應熱利用不充分。

一分廠共有4臺尿素閃蒸冷卻器，其中3臺閃蒸表冷器和1臺閃蒸中間冷卻器換熱面積共計380m2。由于改造前此4臺閃蒸冷卻器有串聯、有并聯，造成冷卻器利用效率較低，且每臺冷卻器都需定期沖洗，造成水解負荷加重，而且一分廠閃蒸中間冷卻器出氣有蒸汽噴射器，二分廠、三分廠沒有設置蒸汽噴射器，蒸汽噴射器的存在增加了汽耗。一分廠二段蒸發冷凝器有效換熱面積實際為330m2，噸尿素二段蒸發平均冷卻器面積為8.25m2，一分廠噸尿素平均冷卻器面積明顯低于二分廠（9.20m2）。當班產尿素325t、大氣溫度35℃，濕度75%以上時，二段真空度不易控制，尿素成品中水分含量極易偏高（質量分數在0.40%左右），會影響尿素的優等品率。

2 改進方案

改用降膜式閃蒸，增加熱能回收段換熱面積，提高熱量利用率，閃蒸下部換熱段采用預分離器氣相和一分分離器氣相與二甲液混合的反應熱進行換熱，充分利用反應的潛熱，一段蒸發器熱能利用段采用系統膨脹低壓蒸汽換熱，充分利用系統低壓蒸汽降低蒸汽消耗。

具體方案：增加1臺換熱面積為400m2的閃蒸冷凝器，用拆除的閃蒸表冷器A（換熱面積為125m2）替換現有的二段蒸發中間冷卻器（換熱面積57m2），從而增加了二段蒸發冷凝器的面積；同時，拆除閃蒸表冷器B、閃蒸表冷器C及閃蒸中間冷卻器。

3 效益分析

（1）閃蒸下液尿素質量分數由改造前的75%提高至86%，減少了對一段蒸發和二段蒸發系統負荷的影響，為一段蒸發和二段蒸發系統的穩定運行提供了保障。

（2）閃蒸下液尿素含量升高，閃蒸表冷器有效換熱面積的增加，使閃表液的流量增加，同時閃表液中氨質量分數由12.0%下降至8.5%、尿素質量分數由3%左右降至0。

（3）各段用的蒸汽壓力下降（表1），對節約蒸汽、降低汽耗提高提供了有力的保障。

（4）改進前、后重要溫度點數據對比見表2。

表1 改進前、后各段蒸汽壓力對比 MPa

表2 改進前、后重要溫度點數據對比 ℃

在大氣溫度基本相同的情況下，一分分離器的溫度變化不大，二分分離器、一段蒸發器、二段蒸發器的溫度有所降低，溫度降低說明尿液得到了有力的分離，特別是閃蒸下液溫度的提高，為尿素產品的質量打下了堅實的基礎。

（5）尿素一吸冷外送熱量減少。一分分離器氣相與二甲液反應熱被閃蒸熱能利用段大量利用，一吸塔熱負荷明顯減輕，熱電送水、吹風氣換熱水全部停送，外冷停用，滿負荷生產時只能滿足1＃和2＃溴化鋰制冷機組的負荷。

（6）本次改造設計費用16.0萬元，預蒸發器和閃蒸表冷器費用268.0萬元，尿液泵、閥門、管材、電儀等費用50.4萬元，防腐保溫費用4.5萬元，閃蒸框架及安裝等費用377.4萬元。改造后，噸尿素蒸汽消耗（表3）由1.30t降至1.15t，按日產1000t尿素、蒸汽100元／t、年生產天數350d計，則年產生效益約525.0萬元。

表3 改進前、后生產負荷及消耗對比

（7）改進后，成品尿素中縮二脲質量分數增加了0.03%，尿液管線比改造前延長了約20m，但二分分離器、閃蒸液位及各段溫度控制對縮二脲含量也有較大影響，需進一步摸索優化。

4 結語

通過將尿素閃蒸由升膜式閃蒸改為降膜式閃蒸之后，同等生產負荷下，噸尿素蒸汽消耗降低了0.15t，尿素成品中水分質量分數降低了0.02%，但改造后尿素成品中縮二脲質量分數增加0.03%，以后生產中需要進一步研究以降低尿素成品中的縮二脲含量。綜上所述，將尿素閃蒸由升膜式改為降膜式技術，不僅提高了出閃蒸尿液濃度，提高了尿素產品的質量，使噸尿素蒸汽消耗降低，為生產的平穩運行提供了保證；同時，大大降低了生產成本，為節能降耗打下了堅實的基礎。

2014-09-23）