申曉東，劉現(xiàn)周，黃志棟，袁 帥

（安陽化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南安陽 455133）

0 引 言

安陽化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司第2套合成氨系統(tǒng)經(jīng)過近年來不斷地提產(chǎn)降耗技改，產(chǎn)能已由1998年投產(chǎn)初期的80 kt／a合成氨提升至170 kt／a合成氨、20 kt／a精甲醇的規(guī)模。隨著負(fù)荷的提升，原有氨合成工段的冰機(jī)系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)的需求，冰機(jī)系統(tǒng)壓力高成為制約生產(chǎn)的一大瓶頸問題，且?guī)聿恍〉沫h(huán)保壓力，在先后增加1臺(tái)冰機(jī)及立式水冷器后，夏季冰機(jī)系統(tǒng)壓力仍處于高限。

隨著國(guó)家環(huán)保要求的日益嚴(yán)苛，鍋爐煙氣脫硫等環(huán)保設(shè)施不斷增加，由此帶動(dòng)了氨水需求量的逐步增加。結(jié)合公司合成氨裝置冰機(jī)系統(tǒng)負(fù)荷高、壓力高的實(shí)際情況，我們?cè)谠斜鶛C(jī)系統(tǒng)出口增設(shè)1臺(tái)蒸發(fā)式水冷器，并在冰機(jī)入口增設(shè)1套氣氨吸收（制備氨水）裝置，解決了冰機(jī)系統(tǒng)負(fù)荷高、壓力高的問題，同時(shí)副產(chǎn)商品氨水，其經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益明顯。以下就氨水制備工藝與冰機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)合應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。

1 改造前冰機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行情況

夏季氣溫較高時(shí)，冰機(jī)系統(tǒng)常開3臺(tái)大冰機(jī)，冰機(jī)型號(hào)均為 LG25A-450Z，名義制冷量1 510 kW；1臺(tái)小冰機(jī)作為備機(jī)，型號(hào)為FDLG20ⅢA220，名義制冷量930 kW。由于夏季循環(huán)冷卻水系統(tǒng)內(nèi)冷卻水溫度達(dá)30℃左右，給生產(chǎn)帶來以下不利影響：進(jìn)入液氨儲(chǔ)槽的液氨溫度達(dá)32℃左右，冰機(jī)系統(tǒng)壓力在1.5 MPa（高限），液氨儲(chǔ)槽放空頻次較多，排出的氣體除不凝氣外，還含有大量的氣氨，不僅造成氨損失，而且污染環(huán)境；合成氨產(chǎn)量明顯下降（夏季高溫天氣系統(tǒng)滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)量只有18.5 t／h左右，而本套合成氨裝置同一爐催化劑最高產(chǎn)量紀(jì)錄為20 t／h），電耗、煤耗明顯上升；冰機(jī)入口壓力達(dá)到0.33～0.35 MPa、出口壓力達(dá)到1.5 MPa左右，氨冷凝器液氨溫度在32℃左右。

2 冰機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 新增蒸發(fā)式水冷器（并聯(lián)）

在原冰機(jī)冷卻系統(tǒng)平臺(tái)閑置空間，將公司醇烴化烴分配套技改實(shí)施更新?lián)Q下的蒸發(fā)式水冷器與原冰機(jī)系統(tǒng)的水冷設(shè)備并聯(lián)使用，以提高冷卻效率，降低冰機(jī)系統(tǒng)壓力。此次利舊的蒸發(fā)式水冷器型號(hào)為TRCL-D-1920-0，工作壓力5.0 MPa、工作溫度80℃，配套風(fēng)機(jī)風(fēng)量60 000 m3／h，水泵功率7.5 kW、水泵流量143 m3／h。

2.2 增設(shè)氣氨吸收裝置

基于現(xiàn)有工藝和設(shè)備條件，在冰機(jī)入口總管上增加氣氨吸收裝置（氨水制備器），氨水制備器投運(yùn)后常開，增加商品氨水產(chǎn)量（濃度為18.5%和20.5%）50～100 t／d。此項(xiàng)技改實(shí)施后，可進(jìn)一步降低冰機(jī)系統(tǒng)負(fù)荷，更有利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行，同時(shí)增加氨水產(chǎn)量，滿足周邊市場(chǎng)需求。氨水制備器介質(zhì)為液氨、氣氨、脫鹽水等，為整體撬裝設(shè)備，型號(hào)JAG-10000B，工作溫度20～40℃。

優(yōu)化后冰機(jī)系統(tǒng)工藝流程框圖見圖1。

圖1 優(yōu)化后冰機(jī)系統(tǒng)工藝流程框圖

3 工藝優(yōu)化創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 氨水制備工藝與冰機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)合應(yīng)用

實(shí)施此項(xiàng)技改的目的主要是降低冰機(jī)系統(tǒng)壓力。首先，利用閑置蒸發(fā)式水冷器提高冷卻系統(tǒng)的冷卻效率；其次，將冰機(jī)入口一部分氣氨直接引入氨水制備器制成商品氨水，即通過降低冰機(jī)壓縮氣體總量來降低冰機(jī)負(fù)荷，從而降低冰機(jī)系統(tǒng)壓力。另外，生產(chǎn)中氨水制備器出口氨水中所攜帶的氣氨再通過裝置中的尾氣吸收罐進(jìn)行吸收，可實(shí)現(xiàn)零排放，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無異味，解決傳統(tǒng)工藝氨水制備過程中異味難以管控的問題，環(huán)保效益頗為明顯。尤其是將冰機(jī)入口總管氣氨分流一部分制成商品氨水的舉措，在降低冰機(jī)系統(tǒng)壓力、解決冰機(jī)系統(tǒng)瓶頸問題的同時(shí)，節(jié)能降耗效果非常明顯，具有較高的推廣價(jià)值。

3.2 副產(chǎn)商品氨水，創(chuàng)造更多效益

商品氨水是燃煤鍋爐煙氣脫硫的一種主要原料。目前國(guó)家對(duì)空氣中揚(yáng)塵、硫氧化物管控越來越嚴(yán)格，各大化工裝置尤其是燃煤鍋爐，對(duì)商品氨水的需求量呈急劇增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。安化集團(tuán)自身及周邊燃煤鍋爐較多，商品氨水的市場(chǎng)前景和利潤(rùn)空間較大，銷售商品氨水不僅可為公司產(chǎn)品的多元化助力，而且可大大增加合成氨產(chǎn)品的附加值，為公司創(chuàng)造更多的效益。

4 系統(tǒng)運(yùn)行情況及問題解決

4.1 運(yùn)行情況

自2016年12月23日氨水制備工藝與冰機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化項(xiàng)目投運(yùn)以來，冰機(jī)系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均得到了優(yōu)化。雖然項(xiàng)目實(shí)施后的投運(yùn)時(shí)段恰在氣溫較低的季節(jié)，但其對(duì)冰機(jī)系統(tǒng)負(fù)荷的降低效果仍然很顯著：項(xiàng)目實(shí)施前，冬季運(yùn)行期間冰機(jī)系統(tǒng)需開2臺(tái)大冰機(jī)和1臺(tái)小冰機(jī)，大冰機(jī)制冷量為1 510 kW、小冰機(jī)制冷量為930 kW；項(xiàng)目實(shí)施后，正常情況下可停掉1臺(tái)小冰機(jī)，開2臺(tái)大冰機(jī)即可滿足滿量生產(chǎn)需求，冰機(jī)入口氣氨壓力由0.20MPa左右降至0.15MPa，冰機(jī)負(fù)荷下降明顯。截至投稿，氨水制備裝置累計(jì)運(yùn)行53 d，共生產(chǎn)氨水5 888.53 t，日均生產(chǎn)氨水111.1 t。

4.2 出現(xiàn)的問題及解決措施

4.2.1 氨水制備過程中設(shè)備異響

氨水制備器在開、停車過程中，設(shè)備本體內(nèi)部異響情況嚴(yán)重。與設(shè)備廠家交流后得知，異響為氨水制備器中混合器內(nèi)的氨水不飽和所致。為此，車間對(duì)操作規(guī)程進(jìn)行進(jìn)一步修訂，在氨水制備器開、停過程中，保證尾氣吸收罐吸收液常開，氨水制備器原料氣氨先投運(yùn)，在氨水制備器中氨水飽和后再投用脫鹽水；停車時(shí)則先切斷進(jìn)入氨水制備器的脫鹽水，后切斷氣氨。由此可保證氨水制備器本體中氨水濃度保持在較高水平，有效解決了氨水制備器的異響問題。

4.2.2 冰機(jī)系統(tǒng)不凝氣含量增高

由于在冰機(jī)入口增設(shè)氣氨吸收裝置（氨水制備器），生產(chǎn)中由液氨球罐向冰機(jī)系統(tǒng)液氨儲(chǔ)槽倒液氨量明顯增加，目前班產(chǎn)合格成品氨水50 t，倒液氨量在8 t左右，由液氨球罐進(jìn)入冰機(jī)系統(tǒng)的惰性氣量也明顯增加，致使冰機(jī)有效功減少，嚴(yán)重影響技改效益。經(jīng)內(nèi)部討論，我們?cè)诒鶛C(jī)系統(tǒng)平衡管線上增加了1條至氨水制備器入口的管線，日常生產(chǎn)中保持此管線切斷閥微開，使冰機(jī)系統(tǒng)出口的一部分氣氨再次直接進(jìn)入氨水制備器制成氨水，以此來降低冰機(jī)系統(tǒng)氣氨中的不凝氣含量，不凝氣最終通過尾氣吸收裝置吸收后放空，保證了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無異味。此項(xiàng)措施落實(shí)后，經(jīng)分析，冰機(jī)系統(tǒng)氣氨純度達(dá)99.9%以上，冰機(jī)系統(tǒng)中不凝氣含量高的問題得到解決。

5 效能分析

5.1 工藝優(yōu)化情況

2016年12月23日氨水制備工藝與冰機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)合應(yīng)用項(xiàng)目投運(yùn)后，在冰機(jī)出口冷卻系統(tǒng)無明顯操作差異的情況下，冰機(jī)負(fù)荷明顯下降，表現(xiàn)為冰機(jī)入口氣氨總管壓力下降明顯：氨水制備裝置未投運(yùn)的2016年10—12月，冰機(jī)入口氣氨總管壓力（月平均值）分別為0.22 MPa、0.20 MPa、0.18 MPa；氨水制備裝置投運(yùn)后的2017年1—3月，冰機(jī)入口氣氨總管壓力（月平均值）分別為0.15 MPa、0.15 MPa、0.15 MPa。目前氨水制備裝置在60%負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目投運(yùn)以來，至投稿時(shí)氨水制備裝置共計(jì)運(yùn)行53 d，期間可視情況對(duì)冰機(jī)進(jìn)行過減載操作或停運(yùn)1臺(tái)小冰機(jī)（N＝220 kW），共計(jì)停運(yùn)小冰機(jī)13 d，節(jié)電89 760 kW·h，節(jié)約生產(chǎn)成本4.9萬元。

項(xiàng)目投運(yùn)以來，冰機(jī)負(fù)荷明顯下降，表現(xiàn)為冰機(jī)電耗明顯下降：氨水制備裝置未投運(yùn)的2016年10—12月，噸氨電耗（月平均值）分別為1 131 kW·h、1 116 kW·h、1 114 kW·h；氨水制備裝置投運(yùn)后的2017年1—3月，噸氨電耗（月平均值）分別為1 111 kW·h、1 104 kW·h、1 100 kW·h。節(jié)能降耗效果明顯。

5.3 環(huán)保效益

項(xiàng)目投運(yùn)后，正常情況下可停運(yùn)1臺(tái)小冰機(jī)，冰機(jī)系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)得到優(yōu)化，冰機(jī)入口氣氨壓力由0.20 MPa左右降至0.15 MPa，冰機(jī)負(fù)荷下降明顯；夏季運(yùn)行時(shí)可有效降低冰機(jī)出口壓力，解決冰機(jī)系統(tǒng)壓力偏高、冰機(jī)運(yùn)行故障增加，乃至合成氨系統(tǒng)減量、波動(dòng)的問題，杜絕因冰機(jī)出口壓力高而進(jìn)行的 “放空降壓”操作，不僅減少了氣氨放空量，而且避免了因放空造成的現(xiàn)場(chǎng)異味，安全環(huán)保效益明顯。

6 結(jié)束語

項(xiàng)目自2016年12月份投運(yùn)以來，從氨水制備裝置的運(yùn)行狀況和冰機(jī)系統(tǒng)的壓力來看，氨水制備工藝與冰機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)合應(yīng)用在降低冰機(jī)系統(tǒng)壓力和副產(chǎn)商品氨水等方面有明顯的效果，為合成氨系統(tǒng)的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行提供了保障，為企業(yè)的節(jié)能降耗與產(chǎn)品多元化再添動(dòng)力。