梁 斐 吳 培 袁紅玲 趙國寶

（河南心連心化肥有限公司 河南新鄉(xiāng)453731）

降膜式閃蒸技術(shù)在尿素生產(chǎn)上的應(yīng)用

梁 斐 吳 培 袁紅玲 趙國寶

（河南心連心化肥有限公司 河南新鄉(xiāng)453731）

河南心連心化肥有限公司（以下簡稱心連心公司）一分廠尿素生產(chǎn)裝置采用水溶液循環(huán)生產(chǎn)工藝。經(jīng)多年改造，目前尿素產(chǎn)能已達(dá)330kt／a以上，閃蒸的生產(chǎn)能力已很難滿足生產(chǎn)的需要，原采用升膜式閃蒸來蒸發(fā)尿液中的水分，產(chǎn)生閃蒸分離器真空度高、尿素成品中水分含量高、噸尿素汽耗高等問題，造成尿素生產(chǎn)總成本增加。為此，決定將升膜式閃蒸改為降膜式閃蒸，同時擴(kuò)大閃蒸冷卻器換熱面積，以提高甲銨反應(yīng)熱的換熱效果，從而達(dá)到節(jié)約蒸汽、降低氣耗的目的。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

升膜、降膜中的膜指的是蒸發(fā)器在操作過程中原料液沿著加熱管壁呈傳熱效果最佳的膜狀流動。升膜式蒸發(fā)器是原料液從蒸發(fā)器底部進(jìn)入，被二次蒸汽帶動，沿加熱管往上流；降膜式蒸發(fā)器是物料由加熱室頂部加入，隨重力作用沿加熱管壁向下流動。降膜式蒸發(fā)器與升膜式蒸發(fā)器相比，物料的停留時間較短（5～10s）、傳熱系數(shù)高，因此，降膜式蒸發(fā)器廣泛應(yīng)用于熱敏性物料和蒸發(fā)黏度較大的物料。

目前，一分廠噸尿素蒸汽消耗高（1.30t），閃蒸段采用升膜式閃蒸，蒸發(fā)器上段采用高壓蒸汽，使用壓力為0.80MPa，下段采用膨脹槽蒸汽，壓力為0.35MPa，一段蒸發(fā)器熱能利用段采用回收預(yù)分離器出氣和一分分離器氣相與二甲液混合物的反應(yīng)熱。而二分廠尿素蒸發(fā)采用降膜式閃蒸，閃蒸熱能利用段利用一分分離器氣相與二甲液匯合的反應(yīng)熱，一段蒸發(fā)器熱能利用段采用膨脹槽蒸汽0.40MPa，膨脹槽補(bǔ)入造氣系統(tǒng)副產(chǎn)的0.50MPa蒸汽。可以看出，一分廠用的蒸汽壓力高，主要原因是甲銨反應(yīng)熱利用不充分。

一分廠共有4臺尿素閃蒸冷卻器，其中3臺閃蒸表冷器和1臺閃蒸中間冷卻器換熱面積共計380m2。由于改造前此4臺閃蒸冷卻器有串聯(lián)、有并聯(lián)，造成冷卻器利用效率較低，且每臺冷卻器都需定期沖洗，造成水解負(fù)荷加重，而且一分廠閃蒸中間冷卻器出氣有蒸汽噴射器，二分廠、三分廠沒有設(shè)置蒸汽噴射器，蒸汽噴射器的存在增加了汽耗。一分廠二段蒸發(fā)冷凝器有效換熱面積實際為330m2，噸尿素二段蒸發(fā)平均冷卻器面積為8.25m2，一分廠噸尿素平均冷卻器面積明顯低于二分廠（9.20m2）。當(dāng)班產(chǎn)尿素325t、大氣溫度35℃，濕度75%以上時，二段真空度不易控制，尿素成品中水分含量極易偏高（質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.40%左右），會影響尿素的優(yōu)等品率。

2 改進(jìn)方案

改用降膜式閃蒸，增加熱能回收段換熱面積，提高熱量利用率，閃蒸下部換熱段采用預(yù)分離器氣相和一分分離器氣相與二甲液混合的反應(yīng)熱進(jìn)行換熱，充分利用反應(yīng)的潛熱，一段蒸發(fā)器熱能利用段采用系統(tǒng)膨脹低壓蒸汽換熱，充分利用系統(tǒng)低壓蒸汽降低蒸汽消耗。

具體方案：增加1臺換熱面積為400m2的閃蒸冷凝器，用拆除的閃蒸表冷器A（換熱面積為125m2）替換現(xiàn)有的二段蒸發(fā)中間冷卻器（換熱面積57m2），從而增加了二段蒸發(fā)冷凝器的面積；同時，拆除閃蒸表冷器B、閃蒸表冷器C及閃蒸中間冷卻器。

3 效益分析

（1）閃蒸下液尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)由改造前的75%提高至86%，減少了對一段蒸發(fā)和二段蒸發(fā)系統(tǒng)負(fù)荷的影響，為一段蒸發(fā)和二段蒸發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

（2）閃蒸下液尿素含量升高，閃蒸表冷器有效換熱面積的增加，使閃表液的流量增加，同時閃表液中氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)由12.0%下降至8.5%、尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)由3%左右降至0。

（3）各段用的蒸汽壓力下降（表1），對節(jié)約蒸汽、降低汽耗提高提供了有力的保障。

（4）改進(jìn)前、后重要溫度點數(shù)據(jù)對比見表2。

表1 改進(jìn)前、后各段蒸汽壓力對比 MPa

表2 改進(jìn)前、后重要溫度點數(shù)據(jù)對比 ℃

在大氣溫度基本相同的情況下，一分分離器的溫度變化不大，二分分離器、一段蒸發(fā)器、二段蒸發(fā)器的溫度有所降低，溫度降低說明尿液得到了有力的分離，特別是閃蒸下液溫度的提高，為尿素產(chǎn)品的質(zhì)量打下了堅實的基礎(chǔ)。

（5）尿素一吸冷外送熱量減少。一分分離器氣相與二甲液反應(yīng)熱被閃蒸熱能利用段大量利用，一吸塔熱負(fù)荷明顯減輕，熱電送水、吹風(fēng)氣換熱水全部停送，外冷停用，滿負(fù)荷生產(chǎn)時只能滿足1＃和2＃溴化鋰制冷機(jī)組的負(fù)荷。

（6）本次改造設(shè)計費(fèi)用16.0萬元，預(yù)蒸發(fā)器和閃蒸表冷器費(fèi)用268.0萬元，尿液泵、閥門、管材、電儀等費(fèi)用50.4萬元，防腐保溫費(fèi)用4.5萬元，閃蒸框架及安裝等費(fèi)用377.4萬元。改造后，噸尿素蒸汽消耗（表3）由1.30t降至1.15t，按日產(chǎn)1000t尿素、蒸汽100元／t、年生產(chǎn)天數(shù)350d計，則年產(chǎn)生效益約525.0萬元。

表3 改進(jìn)前、后生產(chǎn)負(fù)荷及消耗對比

（7）改進(jìn)后，成品尿素中縮二脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了0.03%，尿液管線比改造前延長了約20m，但二分分離器、閃蒸液位及各段溫度控制對縮二脲含量也有較大影響，需進(jìn)一步摸索優(yōu)化。

4 結(jié)語

通過將尿素閃蒸由升膜式閃蒸改為降膜式閃蒸之后，同等生產(chǎn)負(fù)荷下，噸尿素蒸汽消耗降低了0.15t，尿素成品中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了0.02%，但改造后尿素成品中縮二脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加0.03%，以后生產(chǎn)中需要進(jìn)一步研究以降低尿素成品中的縮二脲含量。綜上所述，將尿素閃蒸由升膜式改為降膜式技術(shù)，不僅提高了出閃蒸尿液濃度，提高了尿素產(chǎn)品的質(zhì)量，使噸尿素蒸汽消耗降低，為生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行提供了保證；同時，大大降低了生產(chǎn)成本，為節(jié)能降耗打下了堅實的基礎(chǔ)。

2014-09-23）