回流冷凝器循環(huán)冷卻水運(yùn)行情況探討

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(1.山西蘭花科創(chuàng)化肥分公司，山西 晉城 048102；2.中煤鄂爾多斯能源化工有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017399)

山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅化肥分公司的“18·30”裝置，尿素采用二氧化碳汽提法，解吸裝置采用荷蘭斯塔米卡邦(Stamicarbon)的低壓解吸、中壓水解技術(shù)，于2007年投入運(yùn)行。

1 解吸回流系統(tǒng)工藝流程

解吸水解裝置的解吸泵把工藝?yán)淠?氨水)送入第一解吸塔上部的第3塊塔板上，氨水在塔內(nèi)自上而下流動(dòng)，與含有蒸汽、氨和二氧化碳的第二解吸塔的解吸氣逆流接觸進(jìn)行熱質(zhì)交換，液相中大量NH3和CO2被汽提出來。出第一解吸塔的氣體，含水小于40%，進(jìn)入回流冷凝器的管間，被管側(cè)的循環(huán)冷卻水冷卻，然后氣液混合物溢流進(jìn)入回流冷凝器液位槽，未被冷凝的氣體進(jìn)入常壓吸收塔，進(jìn)一步回收氨和二氧化碳后放空。冷凝后的高濃度工藝?yán)淠?回流液)經(jīng)回流泵，少部分到第一解吸塔的頂部，與塔內(nèi)上升的氣體進(jìn)行熱質(zhì)交換，以減少出塔氣相的水含量；其余大部分作為低壓系統(tǒng)的吸收液，被送到低壓甲銨冷凝器。

作為尿素主框架生產(chǎn)區(qū)的環(huán)保處理裝置，解吸水解裝置越來越體現(xiàn)出其價(jià)值，即回收工藝?yán)淠褐械腘H3、CO2和尿素，并保證解吸廢液達(dá)標(biāo)排放或回收利用。

2 回流冷凝器循環(huán)水運(yùn)行方式及存在的問題

解吸塔的氣相在回流冷凝器內(nèi)進(jìn)行冷凝，溫度越低，越有利于冷凝回收，減少未冷凝的氣量，但是解吸氣中含有較高濃度的NH3和CO2，冷凝后的溶液具有一定的結(jié)晶溫度，冷凝液溫度不能低于該值，所以只有通過控制回流冷凝器的循環(huán)冷卻水回水量，防止回流冷凝器內(nèi)過度冷凝。如此操作會(huì)造成回流冷凝器中的循環(huán)冷卻水出水溫度達(dá)到50℃以上，并且在回流冷凝器U形管內(nèi)水的流速低，致使水中懸浮物、磷酸鈣Ca3(PO4)2和磷酸鋅Zn3(PO4)2等鹽沉積；而且隨著水溫的上升和停留時(shí)間的延長(zhǎng)，造成水中磷酸鈣Ca3(PO4)2和碳酸鈣CaCO3溶解度下降，在換熱管表面沉積，長(zhǎng)期運(yùn)行后會(huì)造成換熱管結(jié)垢。

如果氨水槽中NH3+CO2濃度達(dá)到12%以上，回流液濃度就會(huì)更高，為防止回流冷凝器內(nèi)過度冷凝產(chǎn)生結(jié)晶，就要關(guān)小循環(huán)水回水閥以減少水量，這會(huì)進(jìn)一步造成回流冷凝器U形管結(jié)垢，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致回流冷凝器換熱效果下降，冷凝吸收效果差，回流液溫度升高，解吸壓力升高，回流液位槽氣相閥開度增大，系統(tǒng)氨耗上升。

回流液屬于稀甲銨液，溫度為70～80℃，腐蝕性強(qiáng)，運(yùn)行了6年，造成304L(00Cr19Ni10)材質(zhì)的回流液位槽由8mm腐蝕至5mm，回流液位槽出液口漩渦破碎器腐蝕損壞，從而造成回流泵進(jìn)液混有氣體，出現(xiàn)回流泵汽蝕的問題。回流泵采用單機(jī)封結(jié)構(gòu)，機(jī)械密封在汽蝕和腐蝕的雙重作用下，運(yùn)行周期不超過1個(gè)月。

回流冷凝器從2007年運(yùn)行至2013年，在2013年5月1日，利用系統(tǒng)停車的機(jī)會(huì)對(duì)回流冷凝器進(jìn)行酸洗，酸洗前后的主要數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1和表2。

表1 2013年5月1日回流冷凝器酸洗前

表2 2013年5月1日回流冷凝器酸洗后

由表1、表2對(duì)比可知，回流冷凝器酸洗后，冷凝效果明顯提升，回收氨量明顯增加，具體表現(xiàn)為回流液中氨含量上升6%，氨碳比上升1，溫度降低22℃；甲銨液中氨含量上升3%，氨碳比上升0.17；高壓系統(tǒng)氨碳比上升0.09，水碳比降低0.02；回流液位槽氣相閥、低壓系統(tǒng)氣相閥分別由原來的100%、35%關(guān)至10%、5%；尿素日產(chǎn)量上升6.4t，回流泵機(jī)封運(yùn)行周期延長(zhǎng)至4個(gè)月，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3 針對(duì)以上問題的應(yīng)對(duì)措施

對(duì)原設(shè)計(jì)的回流冷凝器的循環(huán)水管路進(jìn)行改造，將進(jìn)水溫度由原來的30℃提高至40℃，加快了循環(huán)水的流速。筆者在此提供兩套方案供選擇。

3.1 方案1

將回流冷凝器循環(huán)冷卻水上水改為一段蒸發(fā)冷凝器循環(huán)冷卻水回水。用較高溫度的循環(huán)冷卻水回水作為換熱介質(zhì)，減小了管程和殼程2種介質(zhì)的溫差，使換熱比較均勻，不再出現(xiàn)過冷造成的局部結(jié)晶，不但提高了回流冷凝器的冷卻水量和流速，而且為循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)約了循環(huán)冷卻水。但是，因一段蒸發(fā)冷凝器和回流冷凝器的循環(huán)冷卻水串聯(lián)，故對(duì)進(jìn)尿素裝置區(qū)的循環(huán)水總管壓力有一定要求，不能過低，否則將影響2臺(tái)冷凝器的冷凝效果，在夏季尤為明顯。回流冷凝器循環(huán)水上水改造的工藝流程見圖1。

圖1 回流冷凝器循環(huán)水上水改造的工藝流程

3.2 方案2

增設(shè)2臺(tái)回流冷凝器循環(huán)水泵，回流冷凝器循環(huán)水采用半閉路循環(huán)。回流冷凝器循環(huán)水泵將水送進(jìn)回流冷凝器的管側(cè)，吸取熱量后，返回到回流冷凝器循環(huán)水泵的進(jìn)口。當(dāng)水溫升高，即從系統(tǒng)引出至循環(huán)水回水總管，返回到循環(huán)水系統(tǒng)，水量的多少由水溫調(diào)節(jié)閥控制。然后再?gòu)难h(huán)水上水總管補(bǔ)充不足的水量至冷卻水循環(huán)泵的進(jìn)口。在補(bǔ)水閥前裝有止逆閥，確保補(bǔ)水進(jìn)入泵進(jìn)口。此方案已有部分尿素裝置有采用，例如中煤鄂爾多斯能源化工有限公司，其運(yùn)行效果良好，只是增加了電耗，但節(jié)約了約300m3/h的冷卻水量。回流冷凝器循環(huán)冷卻水半閉路循環(huán)流程見圖2。

圖2 回流冷凝器循環(huán)冷卻水半閉路循環(huán)流程

4 結(jié)語(yǔ)

回流冷凝器運(yùn)行的好壞，直接影響到尿素裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行、氨耗以及回流泵的運(yùn)行周期等各方面。通過近幾年的摸索，循環(huán)冷卻水的管理水平也有了明顯的提高，并通過優(yōu)化改造，使得回流冷凝器的運(yùn)行周期、裝置的氨耗以及回流泵運(yùn)行周期都有了明顯改善。