張永強

(安徽晉煤中能化工股份有限公司,安徽阜陽 236400)

安徽晉煤中能化工股份有限公司有3套尿素裝置，其中，2002年建成開車的第二套裝置和2011年建成開車的第三套裝置均采用二氧化碳汽提法生產(chǎn)工藝。通過10多年的摸索，積累了一些經(jīng)驗，對工藝設(shè)計也有了更深入的認識，在節(jié)能降耗方面進行了優(yōu)化和改造[1]。

1 水解解吸系統(tǒng)

解吸給料泵將氨水槽的氨水加壓后，含有氨、二氧化碳和尿素的工藝?yán)淠航?jīng)解吸換熱器送到第一解吸塔。根據(jù)解吸塔的能力和氨水槽的液位高低，由調(diào)節(jié)閥(FIC-701)調(diào)節(jié)冷凝液的流量。通過解吸換熱器的副線調(diào)節(jié)冷凝液的溫度，控制其在117 ℃左右[2]。經(jīng)過調(diào)節(jié)閥(FIC-704)進行調(diào)節(jié)的回流液進入解吸塔第一層塔板，控制塔板溫度在115 ℃左右，盡可能降低解吸塔氣相含水量，提高回流液濃度。在第一解吸塔中用水解塔和第二解吸塔來的氣體把冷凝液中的氨和二氧化碳汽提出來。出第一解吸塔的液體中仍含有尿素和少量氨、二氧化碳，用水解泵將其加壓后經(jīng)過水解換熱器進入水解塔，第一解吸塔的液位用調(diào)節(jié)閥(LIC-702)進行調(diào)節(jié)。水解塔塔底的操作壓力為1.96 MPa，操作溫度為215 ℃，保持40 min左右的停留時間，采用2.50 MPa高壓蒸汽直接加熱。蒸汽經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥(FIC-702)送入水解塔底部。水解塔底部出來的液相經(jīng)水解換熱器后，通過液位調(diào)節(jié)閥(LIC-703)排至第二解吸塔頂部解吸。在第二解吸塔底部加入低壓蒸汽，使第二解吸塔底部溫度控制在解吸塔壓力下水的沸點，使出塔底部的廢液中尿素質(zhì)量濃度低于5 mg/L、氨質(zhì)量濃度低于50 mg/L，經(jīng)解吸換熱器和廢水冷卻器后排入循環(huán)水系統(tǒng)。第一解吸塔頂部出來的氣體進入回流冷凝器進行冷凝，回流冷凝器液位槽氣體出口管線上的調(diào)節(jié)閥控制解吸塔內(nèi)的壓力為0.20～0.30 MPa。回流冷凝器的氣液混合物進入回流冷凝器液位槽進行分離，氣相進入常壓吸收塔，液相進入回流泵，加壓后一部分送到解吸塔頂部，其余部分送入低壓甲銨冷凝器?；亓饕褐?，氨的質(zhì)量分數(shù)為37%，CO2的質(zhì)量分數(shù)為24%，結(jié)晶溫度為30 ℃，選擇操作溫度高于結(jié)晶溫度20 ℃(即50 ℃，設(shè)計值為57 ℃)。為了防止回流冷凝器內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)晶，不能將32 ℃左右的循環(huán)冷卻水直接通入回流冷凝器內(nèi)，因而在設(shè)計上采用半封閉式調(diào)溫水冷卻系統(tǒng)，見圖1。

圖1 改造前,半封閉式調(diào)溫水冷卻系統(tǒng)流程圖

冷卻水自循環(huán)系統(tǒng)中，溫水循環(huán)泵將水送進回流冷凝器的管側(cè)，吸收熱量后返回到溫水循環(huán)泵進口，當(dāng)水溫升高時開大調(diào)節(jié)閥，部分循環(huán)水從系統(tǒng)流出，進入循環(huán)水回水總管；溫度較低的循環(huán)水補充到自循環(huán)系統(tǒng)，自循環(huán)系統(tǒng)的水溫要以回流冷凝器殼側(cè)不結(jié)晶為原則，一般控制為40～45 ℃。

2 存在的問題

因回流冷凝器殼側(cè)進氣溫度高(120 ℃)，回流冷凝器管內(nèi)容易結(jié)垢，每年要用高壓射流水槍清洗一次。原設(shè)計回流冷凝器采用“U”型管結(jié)構(gòu)，高壓射流水槍難以對“U”型管底端進行清洗，且清洗時脫落的污垢會積存在“U”型管底端，造成管徑變窄，降低了循環(huán)水流量。解吸氣相不能夠全部回冷凝管時，回流液溫度由正常60 ℃逐漸升高到75 ℃，回流冷凝器液位槽放空閥開度由15%逐漸增大到100%，有時還需開副線閥來增大放空量。大量氣氨被放空，浪費原料的同時污染環(huán)境。

3 改造方案

取消溫水循環(huán)泵，將半封閉式調(diào)溫水冷卻系統(tǒng)改為不封閉系統(tǒng)，冷卻水直接進入回流冷凝器，溫度調(diào)節(jié)閥(TIC-715)安裝在回水管道上，通過控制進入回流冷凝器的冷卻水量，調(diào)節(jié)回流冷凝器出液溫度在55 ℃左右?；亓骼淠鹘Y(jié)構(gòu)由“U”型管改為列管式換熱器，能夠被徹底清洗，保證回流凝器可長期使用[3]。改造后的不封閉式調(diào)溫水冷卻系統(tǒng)流程見圖2。

圖2 改造后,不封閉式調(diào)溫水冷卻系統(tǒng)流程圖

4 可行性分析

改造后30℃左右的循環(huán)水直接進入回流冷凝器，有時進水管處會產(chǎn)生局部結(jié)晶，但隨著換熱進行，循環(huán)水溫度逐漸升高至40 ℃以上時，結(jié)晶便不會產(chǎn)生，換熱可以正常進行。進水管處產(chǎn)生的局部結(jié)晶浸泡于冷凝下來的回流液中，由于回流液溫度為60 ℃，高于結(jié)晶溫度，列管外圍的結(jié)晶會部分融化，最終達到結(jié)晶、融化平衡。換熱器內(nèi)的換熱會正常進行。

5 改造效果

改造后，回水溫度(TI-715)控制在55 ℃以上，回流液溫度在60 ℃左右，回流冷凝器液位槽放空閥開度減小15%左右，回流冷凝器無結(jié)晶堵塞現(xiàn)象發(fā)生。因取消溫水循環(huán)泵，每年可節(jié)約用電39.6萬kW·h，合計節(jié)約電費19.8萬元。減少放空氣氨107 t，合計產(chǎn)生經(jīng)濟效益30萬元。改造系利用舊設(shè)備，且退下來的3臺設(shè)備仍可投入使用，改造費用可忽略不計[4]。

6 結(jié)語

化工企業(yè)工藝技術(shù)改造和創(chuàng)新具有復(fù)雜性、風(fēng)險性，諸多環(huán)節(jié)無法全面把控。在實際工藝技術(shù)改造和創(chuàng)新過程中，做好投資風(fēng)險控制、制定風(fēng)險管理計劃、完善生產(chǎn)流程體系，最大程度上做好節(jié)能減排工作，保障生產(chǎn)裝置安全穩(wěn)定運行。