張永強(qiáng)

(安徽晉煤中能化工股份有限公司,安徽阜陽(yáng) 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(guò)10多年的摸索，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工藝設(shè)計(jì)也有了更深入的認(rèn)識(shí)，在節(jié)能降耗方面進(jìn)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(guò)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(guò)調(diào)節(jié)閥(FIC-704)進(jìn)行調(diào)節(jié)的回流液進(jìn)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(lái)的氣體把冷凝液中的氨和二氧化碳汽提出來(lái)。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(guò)水解換熱器進(jìn)入水解塔，第一解吸塔的液位用調(diào)節(jié)閥(LIC-702)進(jìn)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(shí)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(lái)的液相經(jīng)水解換熱器后，通過(guò)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(diǎn)，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(lái)的氣體進(jìn)入回流冷凝器進(jìn)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(jìn)入回流冷凝器液位槽進(jìn)行分離，氣相進(jìn)入常壓吸收塔，液相進(jìn)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?；亓饕褐校钡馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%，CO2的質(zhì)量分?jǐn)?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(jì)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(jì)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(jìn)回流冷凝器的管側(cè)，吸收熱量后返回到溫水循環(huán)泵進(jìn)口，當(dāng)水溫升高時(shí)開大調(diào)節(jié)閥，部分循環(huán)水從系統(tǒng)流出，進(jìn)入循環(huán)水回水總管；溫度較低的循環(huán)水補(bǔ)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(wèn)題

因回流冷凝器殼側(cè)進(jìn)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(jì)回流冷凝器采用“U”型管結(jié)構(gòu)，高壓射流水槍難以對(duì)“U”型管底端進(jìn)行清洗，且清洗時(shí)脫落的污垢會(huì)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(shí)，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(shí)還需開副線閥來(lái)增大放空量。大量氣氨被放空，浪費(fèi)原料的同時(shí)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(jìn)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(guò)控制進(jìn)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(zhǎng)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(jìn)入回流冷凝器，有時(shí)進(jìn)水管處會(huì)產(chǎn)生局部結(jié)晶，但隨著換熱進(jìn)行，循環(huán)水溫度逐漸升高至40 ℃以上時(shí)，結(jié)晶便不會(huì)產(chǎn)生，換熱可以正常進(jìn)行。進(jìn)水管處產(chǎn)生的局部結(jié)晶浸泡于冷凝下來(lái)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(huì)部分融化，最終達(dá)到結(jié)晶、融化平衡。換熱器內(nèi)的換熱會(huì)正常進(jìn)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(wú)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(wàn)kW·h，合計(jì)節(jié)約電費(fèi)19.8萬(wàn)元。減少放空氣氨107 t，合計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益30萬(wàn)元。改造系利用舊設(shè)備，且退下來(lái)的3臺(tái)設(shè)備仍可投入使用，改造費(fèi)用可忽略不計(jì)[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

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(xiǎn)性，諸多環(huán)節(jié)無(wú)法全面把控。在實(shí)際工藝技術(shù)改造和創(chuàng)新過(guò)程中，做好投資風(fēng)險(xiǎn)控制、制定風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)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(yùn)行。