蒸發式冷卻器在氨合成系統中的應用總結

李　立　張素田

(陽煤平原化工有限公司　山東平原253100)

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蒸發式冷卻器在氨合成系統中的應用總結

李立張素田

(陽煤平原化工有限公司山東平原253100)

0前言

陽煤平原化工有限公司化肥一廠于2008年新建1套DN 1 800 mm氨合成系統,設計能力為140 kt/a，氨合成系統設計壓力為31.4 MPa，正常生產時氨合成系統壓力在27.0 MPa左右。該氨合成系統自投用以來，一直存在著水冷器(配置管殼式冷卻器)出口氣體溫度高、冷交換器阻力大及冰機能耗高等問題；尤其是在夏季，開2臺冰機時氣氨壓力還在0.3 MPa以上，導致氨冷凝效率較低，合成氨綜合電耗高。

1工藝流程及主要設備

(1)工藝流程：由氫氮氣壓縮機七段送來的新鮮氣(補充氣)經補氣氨冷器冷卻后進入油水分離器，分離油水后與氨冷器冷卻后的循環氣體一同進入氨分離器，分離液氨后的混合氣體經循環氣壓縮機加壓后進入循環氣油水分離器，分離油水后再進入合成塔；反應后的合成氣出塔進入廢熱鍋爐，熱量被回收后去熱交換器，換熱后進入水冷器及冷交換器，氣體溫度進一步降低后去氨冷器，出氨冷器后與補入的新鮮氫氮氣匯合，然后去氨分離器，如此進行循環。

(2)主要設備參數見表1。

2存在的問題

2.1冰機能耗高

該裝置水冷器采用管殼式冷卻器，管程和殼程均為兩程，冷卻水走殼程，合成氣走管程。系統投用后，水冷器的換熱效果急劇下降，夏季時水冷器出口氣體溫度達到46 ℃。為此，2012年新增了1臺水冷器，與原水冷器串聯使用，新增水冷器在冬季時使用循環水，夏季時使用溴化鋰冷水。運行至2013年，即使采用溴化鋰冷水降溫，水冷器出口氣體溫度仍然高達43 ℃；冬季時水冷器出口氣體溫度也在40 ℃左右。由于水冷器出口氣體溫度高，造成冰機負荷大、能耗高。

表1　主要設備參數

2.2系統阻力大

該系統3臺水冷器串聯，阻力達0.4 MPa，為了減少冰機用電，氣氨壓力需控制在>0.3 MPa，較高的氣氨壓力使經新鮮氣氨冷器和循環氣氨冷器的出口氣體溫度難以降低，尤其是新鮮氣氨冷器出口氣體溫度夏季在12 ℃以上，超過了設計要求(≤8 ℃)。由于新鮮氣氨冷器出口氣體溫度高，新鮮氣中烴化物難以分離，造成冷交換器阻力上升過快，每6個月就需停車對冷交換器進行熱洗，且熱洗后運行不到1個月，冷交換器阻力由熱洗后的0.01 MPa上升至0.40 MPa。由于以上原因，造成合成系統阻力較大，最高達1.60 MPa，直接增加了循環機電耗。

2.3合成生產強度低

由于循環氣和新鮮氣氨冷器出口氣體溫度高，系統的生產能力降低，為了提高生產強度，只有通過降低氣體中甲烷含量來提高空速。循環氣體中甲烷含量低，造成合成放空量增加，凈氨后噸氨放空氣氣量達到165 m3(標態)，導致合成效率降低。

3問題分析及改造方案

水冷器降溫效果差的主要原因：①循環水的濁度高，易使水冷器殼程堵塞；②氨合成系統循環水流量約為1 500 m3/h，供醇烴化系統、合成系統共計6臺設備降溫使用，循環水流量偏小，導致水冷器換熱效果較差。經多次討論、研究，決定在水冷器后新增蒸發式冷卻器，以解決合成水冷器出口氣體溫度高的問題。

改造方案:根據降溫需要帶走的熱量及運行的壓差情況，經外出考察對比后決定采用2臺FZL-5800型復合蒸發式冷卻器；同時，為了降低系統阻力，將原來2臺水冷器由串聯改為并聯后進入蒸發式冷卻器。

4改造效果

蒸發式冷卻器投運后，氨合成系統壓力仍為26.5 MPa，水冷器出口氣體溫度下降明顯，從改造前45 ℃降至20 ℃，有效地降低了冰機負荷；同時循環氣氨冷器出口氣體溫度由改造前的-1 ℃降至<-7 ℃，循環氣中氨的冷凝效率提高，合成塔入口氣體中氨體積分數由改造前的2.85%降至2.48%；另外，新鮮氣氨冷器出口氣體溫度從改造前的11 ℃降至3 ℃；冷交換器阻力由熱洗后的0.01 MPa上升至0.40 MPa的時間由改造前的1個月延長至8個月，延長了合成系統的運行周期。新鮮氣補充氣量由改造前62 000 m3/h(標態)增加至63 100 m3/h(標態)，循環氣中CH4體積分數由改造前的15%提高至18%，減少了合成系統放空氣氣量，提高了合成氨產量；噸氨綜合電耗由改造前的1 240 kW·h降至1 220 kW·h。該蒸發式冷卻器等總投資220萬元，投資回收期約6個月，經濟效益顯著。

(收到修改稿日期2016-04-18)