吳樹華

（重慶禾豐化工股份有限公司，重慶 江津 402260）

競博集團(tuán)陜西城化股份有限公司是以煤為原料生產(chǎn)尿素、碳銨、甲醇的中型企業(yè)。公司主要產(chǎn)品生產(chǎn)能力為合成氨100kt／a、尿素160kt／a、碳銨30kt／a、甲醇6 000t／a。

2004年底因合成塔內(nèi)件問題，購置了一臺南京天界三塔節(jié)能裝備有限公司的φ1 200mm增效塔，與原合成塔串聯(lián)使用。2007年對原合成塔內(nèi)件進(jìn)行了處理，催化劑更換后，合成反應(yīng)較好，大家認(rèn)為再串一增效塔，效果不顯著，更重要的是增效塔催化劑床層溫度不能有效控制，于是將增效塔停止使用。

2013年5月，為提升企業(yè)的竟?fàn)幜?，降低生產(chǎn)消耗，增加了一臺φ1 000mm循環(huán)機(jī)出口分離器，將增效塔重新啟用，與原合成塔并聯(lián)使用。在同等負(fù)荷下，合成系統(tǒng)壓力由28.5MPa下降到25.6MPa左右，循環(huán)量從105 000m3／h增加117 000m3／h，使公司合成氨噸氨耗電大幅下降，氨產(chǎn)量也略有增加。

1 改造方案確定

對于一個老廠來說，通過系統(tǒng)性重新建設(shè)或增大設(shè)備等方式改造，當(dāng)然節(jié)能降耗效果顯著，但投資大，建設(shè)周期長，回收周期長，尤其在目前，受外部大環(huán)境的影響，企業(yè)資金緊張，不得不立足于實(shí)際情況進(jìn)行全方位的考慮。經(jīng)過大量的調(diào)研、考察、咨詢，決定從現(xiàn)閑置的增效塔上下功夫。

經(jīng)過與同類廠家比較，我們的合成系統(tǒng)存在壓力高、阻力大、循環(huán)量加不上、放空量大、產(chǎn)量低、消耗高等問題，如果重新啟用增效塔，相當(dāng)于增大合成塔容積，肯定對存在的問題有所幫助。

但增效塔是否能用呢？如何操作？能達(dá)到什么效果？這些都要有肯定的回答，才能保證方案有效性，實(shí)施才有意義。從現(xiàn)場設(shè)備狀況來看，該設(shè)備與其他隔離，自身嚴(yán)密封閉，查增效塔使用的催化劑HA202Q運(yùn)行時(shí)間并不長，因此增效塔及里面的催化劑肯定能運(yùn)行。但如何穩(wěn)定操作呢？通過對增效塔內(nèi)件的探討，設(shè)想了多種方案，能否與原合成塔并聯(lián)使用的關(guān)鍵在于增效塔內(nèi)部催化劑溫度的控制。由于增效塔催化劑床層未分段，無冷激氣調(diào)節(jié)，只有一個換熱器，該換熱器也只是對出口氣溫度進(jìn)行換熱調(diào)控，因此對催化劑的溫度控制無法得心應(yīng)手，并且要充分發(fā)揮它的能力更是難上加難。針對實(shí)際工藝狀況，專業(yè)人員反復(fù)調(diào)查研究和論證，請專家專門商討和設(shè)計(jì)計(jì)算，然后從中選出最優(yōu)的一種方案：φ1 200mm增效塔與原φ1 200mm塔并聯(lián)使用，外部增加副線閥來控制。

2 雙塔并聯(lián)工藝流程

由壓縮六段來的氣體，經(jīng)合成補(bǔ)充氣水冷器冷卻到35℃以下，與冷交出來的循環(huán)氣匯合進(jìn)入氨冷器列管內(nèi)，被管外液氨冷卻到－5℃左右，出氨冷后，從冷交底部進(jìn)入，經(jīng)下部分離器分離出液氨后，上升到上部換熱器管間與管內(nèi)氨分來氣體換熱，溫度達(dá)到15℃左右，由塔頂出來進(jìn)入循環(huán)機(jī)，經(jīng)透平式和往復(fù)式循環(huán)機(jī)加壓，進(jìn)入油分離器（透平式氣進(jìn)φ1 000mm油分，往復(fù)式氣進(jìn)φ700mm油分）。分離掉油污后，分為兩部分，一部分進(jìn)入原主塔（1＃），一部分進(jìn)入增效塔（2＃）。進(jìn)1＃塔的氣從塔頂部一進(jìn)口進(jìn)塔，沿內(nèi)件與外筒環(huán)隙自上而下，與內(nèi)件換熱，溫度上升到70℃，由一出口出塔。氣體又分為三部分，一部分作為副線用，一部分作為第四段冷激氣用，另一大部分進(jìn)入塔前預(yù)熱器管間與管內(nèi)氣體換熱。換熱后，氣體又分為三部分，其中大部分氣體從塔二進(jìn)口入塔，在內(nèi)件下部換熱器管間與管內(nèi)氣體換熱，進(jìn)入中心管與副線來氣混合，出中心管自上而下進(jìn)入第一軸向段床層反應(yīng)，溫度升高后與二段冷激氣混合降溫，進(jìn)入第二軸向床層反應(yīng)，再與三段冷激氣混合降溫后，進(jìn)入第三軸向床層反應(yīng)，反應(yīng)后氣體又與四段冷激氣混合降溫，進(jìn)入第四徑向段床層反應(yīng)，氣體由內(nèi)向外，然后進(jìn)入換熱器管內(nèi)與管外氣體換熱，由塔二出口出塔，進(jìn)入廢鍋。進(jìn)2＃塔的氣從塔頂進(jìn)入，沿內(nèi)件與外筒環(huán)隙自上而下，與內(nèi)件換熱，由一出口出塔，又全部進(jìn)入其二進(jìn)口，與出塔氣換熱后，和中心管來的冷氣混合進(jìn)入零米，經(jīng)催化劑層到出口，進(jìn)入廢鍋和1＃塔氣匯合，與一水加熱器來的熱水換熱副產(chǎn)蒸汽，然后進(jìn)入熱交管內(nèi)與管間氣體換熱，再進(jìn)軟水加，加熱脫鹽水，并降溫到70℃，進(jìn)入水冷器，經(jīng)水冷卻到35℃，進(jìn)入氨分離器，分離出液氨后，再進(jìn)入冷交上部換熱器管內(nèi)與管外冷交換冷，溫度降到10℃左右，出冷交與補(bǔ)充氣體匯合進(jìn)入氨冷器，如此反復(fù)循環(huán)，不斷合成氨。冷交、氨分放出的液氨裝氨槽貯存供尿素使用和自用。流程見圖1。主要設(shè)備規(guī)格、型號見表1。

表1 主要設(shè)備規(guī)格型號

3 操作方法

3.1 開 車

兩塔同時(shí)進(jìn)行，分別用閥開度控制各自的氣量，2＃塔一出氣去熱交的閥關(guān)，全部進(jìn)二進(jìn)口。

3.2 正常情況下雙塔并聯(lián)操作要點(diǎn)

（1）正常操作應(yīng)做到勤調(diào)、微調(diào)，保證雙塔溫度的平衡。

（2）2＃塔一出二進(jìn)閥全開，去熱交閥全關(guān)，無特殊情況不得調(diào)節(jié)。否則會導(dǎo)致兩塔負(fù)荷不穩(wěn)定，系統(tǒng)波動較大，不好控制。

（3）雙塔溫度在保證循環(huán)量時(shí)用各塔副線閥調(diào)節(jié)。一塔副線閥調(diào)節(jié)量較大時(shí)，需注意另一塔溫度的變化情況，要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。開大一塔的副線閥，相當(dāng)于關(guān)小另一塔副線閥，反之，關(guān)小一塔的副線閥，相當(dāng)于開大了另一塔副線閥。如2＃塔溫度略升而1＃塔略降時(shí)，只要稍開2＃塔副線閥或稍關(guān)1＃塔副線閥，即達(dá)到同時(shí)調(diào)節(jié)雙塔溫度的目的。

圖1 合成改造后工藝流程簡圖

（4）1＃、2＃塔溫度同時(shí)升同時(shí)降時(shí)，先調(diào)節(jié)1＃塔副線再調(diào)節(jié)2＃塔副線閥，1＃塔調(diào)節(jié)幅度大于2＃塔。

（5）崗位斷電時(shí)應(yīng)按斷電停車程序處理，注意關(guān)閉1＃、2＃副線。

（6）如1臺循環(huán)機(jī)跳閘或機(jī)械故障緊急停車，備用機(jī)不能及時(shí)啟用，通知前工段適當(dāng)減少負(fù)荷，用雙塔副線控制溫度，溫度可控制在稍高于指標(biāo)溫度，待備機(jī)投運(yùn)后逐步降低溫度至指標(biāo)范圍。

（7）2＃塔發(fā)生溫度下垮時(shí)，先關(guān)閉副線，再減小一進(jìn)閥，根據(jù)情況可適時(shí)啟用電爐。

（8）切換循環(huán)機(jī)的操作程序，以保持系統(tǒng)循環(huán)量的穩(wěn)定為原則，盡量減少循環(huán)量的波動來保證雙塔溫度的平穩(wěn)，切換循環(huán)機(jī)操作前略關(guān)小副塔副線，讓2＃塔溫度略升。

（9）2＃塔催化劑溫度的控制。1、2點(diǎn)溫度控制在310～330℃，3、4點(diǎn)溫度控制在390～410℃，5、6點(diǎn)溫度控制在480～490℃，7、8點(diǎn)溫度控制在490～500℃，熱電偶分布如圖2，出口溫度控制在250℃左右。

4 生產(chǎn)運(yùn)行情況

自雙塔并聯(lián)投用后，合成系統(tǒng)壓力由原來的29.0MPa降至25.9MPa，系統(tǒng)壓差由原來的2.5MPa降至1.9MPa。合成氨的生產(chǎn)能力由改造前的310t／d提高到350t／d，從而使尿素產(chǎn)量也由450t／d提高到480t／d。

圖2 2＃塔熱電偶分布

5 總 結(jié)

1＃與2＃塔并聯(lián)改造于2013年5月大修中進(jìn)行，投入為23萬元。投運(yùn)后，操作穩(wěn)定，且使公司的合成氨煤耗和電耗都有較大下降，尿素系統(tǒng)因合成氨產(chǎn)量的提高，不用經(jīng)常調(diào)整生產(chǎn)負(fù)荷，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高（2012年一等品率為89%，2013年為100%）。因此利用此閑置設(shè)備，投入較少，又取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益，為公司因尿素降價(jià)，原料漲價(jià)帶來的壓力起到了關(guān)鍵性的減輕作用。