尿素生產過程中液氨溫度對系統的影響

張　衡　任則剛

(貴州赤天化集團桐梓化工有限責任公司　貴州桐梓)

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尿素生產過程中液氨溫度對系統的影響

張衡任則剛

(貴州赤天化集團桐梓化工有限責任公司貴州桐梓)

0前言

貴州赤天化集團桐梓化工有限責任公司年產520 kt尿素裝置采用CO2汽提生產工藝。壓力為2.1～2.6 MPa、溫度為15～25 ℃的液氨進入尿素界區，經液氨過濾器后進入高壓氨泵，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器冷凝液和循環加熱器冷凝液，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，管程走甲銨液，殼程為蒸汽冷凝液和蒸汽，當管內NH3和CO2發生冷凝時，所釋放出來的熱量使殼程產生低壓蒸汽。所需鍋爐水由鍋爐給水泵(P6219A/B)經液位調節閥(LV62205A/B)送入汽包(V6202A/B)，流至高壓甲銨冷凝器殼側，產生的蒸汽返回汽包，分離掉所夾帶的冷凝液后，通過壓力調節閥(PV62213)送入低壓蒸汽系統。大部分低壓蒸汽用于工藝過程，其余經調節閥送至CO2壓縮機蒸汽透平。

1液氨加熱器未投用原因

2011年12月投產以來，由于原設計為一段蒸發器冷凝液與循環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行，設備就用會出現不間斷的截流聲，并伴隨著強烈振動，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行，導致入高壓系統的液氨溫度長期處于20 ℃左右，達不到設計值(50 ℃)。

圖1　改造前液氨加熱器工藝流程

2解決措施

針對以上存在的問題，將液氨加熱器冷凝液出液單獨配管，讓其與0.5 MPa蒸汽冷凝液分別經不同的管線進入蒸汽冷凝液貯槽，并降低了冷凝液出口管的高度(圖2)。經管線改造后，液氨加熱器投用時原先的截流聲和振動得到了消除，進入高壓系統的液氨溫度為60～70 ℃，達到了設計要求。因液氨溫度的變化使得高壓系統熱平衡發生改變，系統組分得到進一步優化。

圖2　改造后液氨加熱器工藝流程

3液氨加熱器投用前、后系統對比

在液氨加熱器未投入運行時，進入高壓系統的液氨溫度為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 ℃，遠達不到設計值(130～135 ℃)。此時，高壓系統汽包的產汽量為40～58 t/h，當系統低負荷運行時，不得不大量采用2.5 MPa蒸汽直接減壓來補充0.5 MPa蒸汽管網壓力，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 ℃變為0.5 MPa飽和蒸汽所需的熱量為2 434.01 kJ。由此可以計算出，理論上不同負荷下液氨吸收熱轉換為0.5 MPa飽和蒸汽產量(表1)。

表1　理論上不同負荷下液氨吸收熱轉換為0.5 MPa飽和蒸汽產量

由表1可知，70 ℃的液氨要比23 ℃的液氨多產0.5 MPa蒸汽2.85～3.74 t/h。在CO2為22 000 m3/h(標態)、系統加氨量為32 t/h時實際工藝參數如表2所示。

表2　在CO2為22 000 m3/h(標態)、系統加氨量為32 t/h時實際工藝參數

由表2可以看出，實際汽包產汽量增加了2.4 t/h，與表1計算的理論值相差不大，實際上是起到了節約蒸汽的目的。

4結語

從經過改造后幾年的運行情況來看，運行很平穩，具有以下優點：①液氨進入高壓系統的溫度提高后，高壓系統熱量將重新達到新的熱平衡，此時汽包壓力可以適當降低，有利于甲銨液的生成；②可避免液氨溫度過低使進入高壓甲銨冷凝器產生冷熱沖擊的應力腐蝕(因為高壓甲銨冷凝器的列管腐蝕或漏點一般在上部靠近角焊縫500 mm左右)；③高壓冷凝器副產蒸汽增多，還可減少蒸汽冷凝液貯槽頂部換熱器的熱負荷。

(收稿日期2016-03-21)