尿素生產(chǎn)過程中液氨溫度對(duì)系統(tǒng)的影響

張　衡　任則剛

(貴州赤天化集團(tuán)桐梓化工有限責(zé)任公司　貴州桐梓)

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尿素生產(chǎn)過程中液氨溫度對(duì)系統(tǒng)的影響

張衡任則剛

(貴州赤天化集團(tuán)桐梓化工有限責(zé)任公司貴州桐梓)

0前言

貴州赤天化集團(tuán)桐梓化工有限責(zé)任公司年產(chǎn)520 kt尿素裝置采用CO2汽提生產(chǎn)工藝。壓力為2.1～2.6 MPa、溫度為15～25 ℃的液氨進(jìn)入尿素界區(qū)，經(jīng)液氨過濾器后進(jìn)入高壓氨泵，高壓氨泵將液氨增壓至16.69 MPa，再通過液氨加熱器將液氨加熱至約70℃，經(jīng)加壓、加熱后的液氨由高壓噴射器送入高壓甲銨冷凝器。液氨加熱器的熱量來源于一段蒸發(fā)器冷凝液和循環(huán)加熱器冷凝液，在高壓甲銨冷凝器頂部此2股冷凝液相混合，被分配至冷凝管內(nèi)，管程走甲銨液，殼程為蒸汽冷凝液和蒸汽，當(dāng)管內(nèi)NH3和CO2發(fā)生冷凝時(shí)，所釋放出來的熱量使殼程產(chǎn)生低壓蒸汽。所需鍋爐水由鍋爐給水泵(P6219A/B)經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥(LV62205A/B)送入汽包(V6202A/B)，流至高壓甲銨冷凝器殼側(cè)，產(chǎn)生的蒸汽返回汽包，分離掉所夾帶的冷凝液后，通過壓力調(diào)節(jié)閥(PV62213)送入低壓蒸汽系統(tǒng)。大部分低壓蒸汽用于工藝過程，其余經(jīng)調(diào)節(jié)閥送至CO2壓縮機(jī)蒸汽透平。

1液氨加熱器未投用原因

2011年12月投產(chǎn)以來，由于原設(shè)計(jì)為一段蒸發(fā)器冷凝液與循環(huán)加熱器冷凝液加熱液氨后，又與所有0.5 MPa蒸汽冷凝液混合后一起進(jìn)入蒸汽冷凝液貯槽。由于出口管道安裝高度與液氨加熱器位差較大(圖1)，使得只要液氨加熱器投入運(yùn)行，設(shè)備就用會(huì)出現(xiàn)不間斷的截流聲，并伴隨著強(qiáng)烈振動(dòng)，故極易損壞防爆板。防爆板損壞后，液氨加熱器就一直沒有投入運(yùn)行，導(dǎo)致入高壓系統(tǒng)的液氨溫度長(zhǎng)期處于20 ℃左右，達(dá)不到設(shè)計(jì)值(50 ℃)。

圖1　改造前液氨加熱器工藝流程

2解決措施

針對(duì)以上存在的問題，將液氨加熱器冷凝液出液?jiǎn)为?dú)配管，讓其與0.5 MPa蒸汽冷凝液分別經(jīng)不同的管線進(jìn)入蒸汽冷凝液貯槽，并降低了冷凝液出口管的高度(圖2)。經(jīng)管線改造后，液氨加熱器投用時(shí)原先的截流聲和振動(dòng)得到了消除，進(jìn)入高壓系統(tǒng)的液氨溫度為60～70 ℃，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。因液氨溫度的變化使得高壓系統(tǒng)熱平衡發(fā)生改變，系統(tǒng)組分得到進(jìn)一步優(yōu)化。

圖2　改造后液氨加熱器工藝流程

3液氨加熱器投用前、后系統(tǒng)對(duì)比

在液氨加熱器未投入運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入高壓系統(tǒng)的液氨溫度為23 ℃左右，液氨與高壓甲銨洗滌器來的甲銨和水混合后液氨溫度為120～125 ℃，遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)值(130～135 ℃)。此時(shí)，高壓系統(tǒng)汽包的產(chǎn)汽量為40～58 t/h，當(dāng)系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，不得不大量采用2.5 MPa蒸汽直接減壓來補(bǔ)充0.5 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力，這就增加了噸尿素的蒸汽消耗。

液氨的比熱容為4.609 kJ/(kg·℃)，水的比熱容為4.200 kJ/(kg·℃)，則1 kg液氨由 23 ℃加熱至70 ℃所需的熱量為216.623 kJ。在0.5 MPa、155 ℃下，水汽化熱為2 098.01 kJ/kg，則1 kg水由75 ℃變?yōu)?.5 MPa飽和蒸汽所需的熱量為2 434.01 kJ。由此可以計(jì)算出，理論上不同負(fù)荷下液氨吸收熱轉(zhuǎn)換為0.5 MPa飽和蒸汽產(chǎn)量(表1)。

表1　理論上不同負(fù)荷下液氨吸收熱轉(zhuǎn)換為0.5 MPa飽和蒸汽產(chǎn)量

由表1可知，70 ℃的液氨要比23 ℃的液氨多產(chǎn)0.5 MPa蒸汽2.85～3.74 t/h。在CO2為22 000 m3/h(標(biāo)態(tài))、系統(tǒng)加氨量為32 t/h時(shí)實(shí)際工藝參數(shù)如表2所示。

表2　在CO2為22 000 m3/h(標(biāo)態(tài))、系統(tǒng)加氨量為32 t/h時(shí)實(shí)際工藝參數(shù)

由表2可以看出，實(shí)際汽包產(chǎn)汽量增加了2.4 t/h，與表1計(jì)算的理論值相差不大，實(shí)際上是起到了節(jié)約蒸汽的目的。

4結(jié)語

從經(jīng)過改造后幾年的運(yùn)行情況來看，運(yùn)行很平穩(wěn)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①液氨進(jìn)入高壓系統(tǒng)的溫度提高后，高壓系統(tǒng)熱量將重新達(dá)到新的熱平衡，此時(shí)汽包壓力可以適當(dāng)降低，有利于甲銨液的生成；②可避免液氨溫度過低使進(jìn)入高壓甲銨冷凝器產(chǎn)生冷熱沖擊的應(yīng)力腐蝕(因?yàn)楦邏杭卒@冷凝器的列管腐蝕或漏點(diǎn)一般在上部靠近角焊縫500 mm左右)；③高壓冷凝器副產(chǎn)蒸汽增多，還可減少蒸汽冷凝液貯槽頂部換熱器的熱負(fù)荷。

(收稿日期2016-03-21)