精餾塔加熱段加長優(yōu)化運(yùn)行總結(jié)

龐偉玲 ， 宋肖盼 ， 江　超 ， 陳　寧

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)　453731)

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精餾塔加熱段加長優(yōu)化運(yùn)行總結(jié)

龐偉玲 ， 宋肖盼 ， 江超 ， 陳寧

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)453731)

摘要：主要介紹了二氧化碳汽提法尿素系統(tǒng)裝置中低壓分解系統(tǒng)裝置—精餾塔。針對精餾塔換熱段換熱面積不足提出了改進(jìn)措施，通過對改進(jìn)前后的工藝參數(shù)進(jìn)行對比，說明該改進(jìn)措施具有良好的效果。

關(guān)鍵詞：精餾塔 ； 換熱器 ； 改進(jìn)措施

河南心連心化肥有限公司生產(chǎn)尿素采用CO2汽提法，此法主要在汽提塔、精餾塔、閃蒸槽中進(jìn)行。從壓縮崗位來的CO2從進(jìn)入汽提塔底部，與合成塔來的濃度為35%左右的合成液進(jìn)行汽提，得到濃度為55%左右的汽提液，經(jīng)減壓至0.3 MPa左右進(jìn)入精餾塔。由于減壓，使汽提液中部分CO2與NH3分離，所需要的熱量由溶液本身提供。然后，汽提液混合物進(jìn)入精餾塔內(nèi)上部的填料層中。溶液經(jīng)過填料層后，進(jìn)入到精餾塔下部的換熱器，與管間蒸汽換熱后進(jìn)入到閃蒸槽，閃蒸后進(jìn)入尿液槽，經(jīng)一段蒸發(fā)、二段蒸發(fā)后，最終濃縮成99.5%的熔融尿素，然后由熔融泵送至造粒塔進(jìn)行造粒。

隨著系統(tǒng)產(chǎn)量增加，為保證合成系統(tǒng)壓力不超壓，低壓汽包壓力逐步降低，目前尿素精餾塔換熱段的能力不能滿足低壓段分解要求，精餾塔分解溫度僅能達(dá)到128~130 ℃，導(dǎo)致分解負(fù)荷后移，使蒸發(fā)、水解解吸負(fù)荷加重，影響水解解吸，蒸汽大幅度提高，同時(shí)影響低壓系統(tǒng)操作穩(wěn)定。

1精餾塔出現(xiàn)的問題及影響

隨著尿素裝置產(chǎn)能的不斷增加，目前系統(tǒng)負(fù)荷已達(dá)到106%。為了移走更多的氨與CO2的反應(yīng)熱，低壓汽包壓力需進(jìn)一步降低。由于精餾塔加熱段(加熱段加熱面積500 m2)使用低壓汽包副產(chǎn)的蒸汽作為熱源，因此導(dǎo)致精餾塔出液溫度只能提高到127~129 ℃(指標(biāo)130~135 ℃)，開車初期單系統(tǒng)日產(chǎn)量1 350 t時(shí)，低壓包壓力為0.44 MPa，精餾塔出液溫度能達(dá)到133 ℃，而目前單系統(tǒng)產(chǎn)量日產(chǎn)已到達(dá)到1 450~1 500 t，低壓包壓力降至0.36 MPa，導(dǎo)致精餾塔溫度低于130 ℃，從而使精餾塔的分解效率降低，負(fù)荷后移，造成蒸發(fā)、水解解吸負(fù)荷加重，導(dǎo)致水解解吸系統(tǒng)、一段蒸發(fā)蒸汽消耗大幅度升高。

2改進(jìn)措施

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及與生產(chǎn)廠家溝通，擬在精餾塔加熱段加長一段，各項(xiàng)參數(shù)與原換熱器相同，即可保證循環(huán)尿液獲取足夠的熱量，使精餾塔出液溫度滿足指標(biāo)要求，投資預(yù)計(jì)60萬元。原換熱器長度4 m，換熱器面積500 m2，換熱列管尺寸Φ25×2，筒體公稱直徑1 400 mm，壁厚14 mm，長度4 500 mm，其他參數(shù)如表1所示。

表1　原換熱器相關(guān)參數(shù)

計(jì)算過程中忽略熱損失：通入0.4 MPa蒸汽時(shí)，假設(shè)其離開精餾塔時(shí)溫度為T1，尿液溫度由t1=115 ℃提高到t2=128 ℃，此時(shí)熱量衡算式如下：

Wh[rh+cph(Ts-T1)]

=Wccpc(t2-t1)

=KS△Tm

式中：Wh，蒸汽的冷凝速率，kg/h；rh，飽和蒸汽的冷凝熱，kJ/kg；cph，冷凝液的比熱容，kJ/(kg·℃)；Ts，冷凝液的飽和溫度，℃；Wc，尿液的流量，m3/h；cpc，尿液的比熱容，kJ/(kg·℃)；K，傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；S，傳熱面積，m2；△Tm，對數(shù)平均溫差，℃。

當(dāng)增加0.8 MPa蒸汽時(shí)，假設(shè)其離開精餾塔時(shí)溫度為T2，尿液離開精餾塔溫度由t1=115 ℃提高到t3=138 ℃，此時(shí)熱量衡算式：

Wh[rh+cph(Ts-T1)]+Wh2[rh2+cph2(Ts2-T2)]=KS△Tm

=Wccpc(t3-t1)

=Wccpc[(t3-t2)+(t2-t1)]

可簡化為通入0.4 MPa蒸汽時(shí)，尿液溫度由115 ℃提高到128 ℃，通入0.8 MPa蒸汽后，尿液溫度由128 ℃提高到138 ℃，于是有：

Wccpc(t2-t1)=KS△Tm

兩個(gè)過程尿液的比熱容近似相等則有

考慮到污垢熱阻以及設(shè)計(jì)裕量，當(dāng)換熱器中尿液的出口溫度為138 ℃，其他參數(shù)不發(fā)生改變時(shí)，核算在原換熱器基礎(chǔ)上應(yīng)當(dāng)增加的面積。經(jīng)核算，在原換熱器的基礎(chǔ)上增加換熱管的長度為2.5 m，面積為260 m2，如圖1所示。

圖1　優(yōu)化示意圖

3改造前后主要數(shù)據(jù)對比

3.1　數(shù)據(jù)對比

分別取改造前后隨機(jī)搜集數(shù)據(jù)對比，見表2。

表2　精餾塔加熱段改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

3.2　優(yōu)化總結(jié)

①改造效果。由表1數(shù)據(jù)可以看出精餾塔加熱段改造項(xiàng)目投運(yùn)后，與改造前同負(fù)荷生產(chǎn)相對比，精餾塔出液溫度能夠提至130~135 ℃，從而降低了蒸發(fā)工段的負(fù)荷、氨水產(chǎn)生量及氨水濃度，間接節(jié)約了蒸汽用量，降低了蒸汽消耗，同時(shí)解決了解析設(shè)備腐蝕問題，達(dá)到了預(yù)期效果。②經(jīng)濟(jì)效益。由表1運(yùn)行數(shù)據(jù)還可以看出解析量平均由40 m3/h降至35 m3/h，解析量降低約5 m3/h，解析加蒸汽量由14 t/h降至12 t/h，降低約2 t/h，一蒸加熱器用蒸汽沒有流量顯示，但從加蒸汽閥位的減少可以看出用蒸汽量比投運(yùn)前減少，經(jīng)估算按0.046 t/h計(jì)，精餾塔加長段加長后也需消耗一部分蒸汽，由于沒有流量計(jì)，通過加長段蒸汽液位槽液位計(jì)算產(chǎn)生冷凝液量為0.12 t/h，即精餾塔加長段多用蒸汽量為0.12 t/h。蒸汽每天減少量46.224 t，蒸汽價(jià)格按120元/t計(jì)，年生產(chǎn)按300 d計(jì)，每年節(jié)約成本166萬元。

作者簡介：龐偉玲(1990-)，女，從事化工設(shè)計(jì)與研發(fā)工作，電話：15936562023。

收稿日期：2015-10-27

中圖分類號：TQ050.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1003-3467(2015)12-0037-02