水溶液全循環(huán)工藝節(jié)能改造及優(yōu)化運(yùn)行

張成強(qiáng) 程寶軍

(兗礦魯南化工有限公司 山東滕州277527)

水溶液全循環(huán)工藝節(jié)能改造及優(yōu)化運(yùn)行

張成強(qiáng) 程寶軍

(兗礦魯南化工有限公司 山東滕州277527)

兗礦魯南化肥廠尿素Ⅱ系統(tǒng)采用水溶液全循環(huán)尿素生產(chǎn)工藝，存在著氨耗高、汽耗高及產(chǎn)量較低等問題，主要表現(xiàn):①合成轉(zhuǎn)化率低;②蒸發(fā)系統(tǒng)只有1套蒸汽噴射系統(tǒng)，出現(xiàn)問題只能停運(yùn)，影響了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行;③水解負(fù)荷過大，水解泵不能長(zhǎng)周期運(yùn)行。

1 改造內(nèi)容

1.1 雙高壓系統(tǒng)改造

(1)增加高壓甲銨冷凝器、第1尿素合成塔和汽提塔，原有尿素合成塔作為第2尿素合成塔。

(2)中壓系統(tǒng)增加預(yù)分離器，其氣相引入一吸塔外置冷卻器。

(3)原預(yù)精餾塔下部筒體加長(zhǎng)700mm，下部預(yù)留汽提液進(jìn)口，增設(shè)進(jìn)氣擋板。

(4)更新一段分解加熱器，換熱面積增加100m2。

(5)增加氨冷器，冷卻水為原二表冷回水。

(6)惰洗器加長(zhǎng)至Φ1400mm，冷卻水由原循環(huán)水改為二表冷回水。

(7)外置冷卻器加長(zhǎng)200mm，換熱面積由281m2增加至359m2，列管由 Φ25mm改為Φ19mm，預(yù)精餾和預(yù)分離氣合并后由兩側(cè)進(jìn)入。

(8)一段吸收塔增加2層微分塔板，以增強(qiáng)鼓泡吸收效果。

(9)低壓吸收塔由原Φ1400mm二分塔改造而成，內(nèi)部增加波紋板規(guī)整填料，并增設(shè)吸收液冷卻器。

(10)對(duì)低壓分解加熱器進(jìn)行改造，換熱面積由原80m2擴(kuò)至158m2。蒸餾塔上部填料段直徑加大至Φ1400mm，下部分離段不進(jìn)行改動(dòng)。

(11)低壓吸收系統(tǒng)新增換熱面積為809m2的二循一冷，將原二循一冷作為二冷，原二循二冷作為三冷。

(12)蒸發(fā)系統(tǒng)增加閃蒸加熱器，其熱源為高壓甲銨冷凝器副產(chǎn)蒸汽。

(13)增加1臺(tái)22m3/h一甲泵D，同時(shí)將流程改為:一甲泵D的一甲液入高壓甲銨冷凝器，一甲泵B和一甲泵C的一甲液入第2尿素合成塔，一甲泵A作為備用泵，同時(shí)具備進(jìn)入高壓甲銨冷凝器和第2尿素合成塔的流程。增加1臺(tái)7.5m3/h泵作為二甲泵和氨水泵的備用泵。

(14)高壓氨泵泵速全部改為變頻調(diào)節(jié)。

(15)增加第1尿素合成塔氣相出口管及閥門，其管線設(shè)置直徑為Φ10mm的限流孔板。

1.2 水力噴射雙循環(huán)技術(shù)改造

(1)在原有裝置的基礎(chǔ)上增加2臺(tái)雙吸高效水力噴射器和1臺(tái)二段蒸發(fā)噴射器C，安裝位置在四樓平面，位差12m以上。

(2)增加1臺(tái)Φ1600mm×3500mm循環(huán)水槽(利舊)，安裝位置在一樓低壓泵房西南角地面，用于中間存儲(chǔ)一表液。噴射液體與氣體混合吸收，進(jìn)入循環(huán)水箱循環(huán)使用，然后溢流至碳銨液槽，保證介質(zhì)含量及溫度的恒定。

(3)增加 1臺(tái)離心式循環(huán)水泵(流量≥187m3/h，揚(yáng)程為80m，電機(jī)功率55kW)作為抽真空的動(dòng)力，用于一表液的輸送。泵出口水管分2路:一路進(jìn)一段水噴射器(代替原一段蒸汽噴射器);另一路進(jìn)二段水噴射器(代替原二段蒸汽噴射器B)，循環(huán)水經(jīng)噴射器被高速射流強(qiáng)制夾帶，造成吸入室內(nèi)壓力降低而形成真空。

(4)在水噴射器水進(jìn)口管道上安裝閥門，用來調(diào)節(jié)真空度，在水噴射器及蒸汽噴射器的氣體進(jìn)口管道上安裝球閥，必要時(shí)可由水力噴射切換為蒸汽噴射抽取真空。

(5)增加1臺(tái)換熱面積56m2的中間冷凝器。

(6)從循環(huán)水泵出口設(shè)置旁路管線，送至氨泵填料箱作密封水使用，然后返回至循環(huán)水箱，從而大大減少了含氨廢水量。

1.3 水解系統(tǒng)改造

尿素Ⅱ系統(tǒng)新增1套水解裝置，用于進(jìn)一步解吸、回收解吸廢液中的氨及尿素，于2003年6月投入試生產(chǎn)。投運(yùn)后，水解解吸后廢液中尿素質(zhì)量濃度降至1～2mg/L，但其中氨質(zhì)量濃度達(dá)300～700mg/L，依然超標(biāo);另外，由于原水解系統(tǒng)采取氣相放空，造成大氣污染;同時(shí)，原解吸塔的解吸量隨著系統(tǒng)負(fù)荷的加大，解吸量增加后，解吸塔出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，解吸塔氣相與液相壓差較大，給系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來隱患。為了更好解決尿素水解系統(tǒng)存在的一系列問題，對(duì)該水解裝置進(jìn)行了改造。

(1)第2解吸塔應(yīng)用新型填料。經(jīng)過對(duì)各種填料計(jì)算，在同樣的塔體積下，規(guī)整波紋板填料的表面積最大;同時(shí)，選擇最小的填料層壓降，確定了合理的裝填方案，成功地解決了效率與流通量的矛盾。與使用普通波紋填料相比，分離效率提高10%，通量增大20%，壓降降低30%以上，在同樣流通量下，比原解吸塔的浮閥分離效率提高20%。

(2)改造第1解吸塔浮閥，即由F1浮閥改為ADV微分浮閥。ADV微分浮閥優(yōu)點(diǎn):①ADV微分浮閥頂部的3個(gè)切口為氣體提供了更多的通道，避免常規(guī)浮閥頂部的死區(qū)，強(qiáng)化氣液接觸，可提高塔板的處理能力和分離效率;獨(dú)特的閥腳設(shè)計(jì)使該浮閥具有導(dǎo)向性，克服常規(guī)圓形浮閥旋轉(zhuǎn)的問題;②ADV微分浮閥較F1浮閥的壓降略低;③高氣速下，ADV微分浮閥的霧沫夾帶量比F1浮閥大幅減少;④ADV微分浮閥的泄漏率較F1浮閥大幅下降，ADV微分浮閥的解吸塔板效率比F1浮閥提高5%～15%;⑤第1解吸塔板間距增加20mm，能增加解吸量5t/h。

(3)改造第1解吸塔塔盤。解吸塔塔盤上、下層的開孔率分別由原3.65%和2.43%提高至5.48%和3.80%。增加汽液接觸面積，提高塔內(nèi)分離效率。

(4)改造解吸塔蒸汽進(jìn)口管。進(jìn)口管由DN50mm改為DN100mm，增加蒸汽分布管上分布孔;同時(shí)，清除小孔的雜質(zhì)和油污，確保小孔暢通。

1.4 氣泵改造

原汽包給水采用鍋爐水，因給水管路較長(zhǎng)、熱損失較大，進(jìn)入汽包的冷凝液溫度僅為90℃左右。為此，增加氣泵裝置，引原系統(tǒng)冷凝液排出槽高溫冷凝液用作汽包補(bǔ)水，鍋爐水只在開、停車時(shí)使用，不但節(jié)約了鍋爐水、增加了副產(chǎn)蒸汽量，而且使系統(tǒng)更加合理、穩(wěn)定。

2 改造后存在的問題及解決措施

(1)系統(tǒng)原始開車初期，按照3000m3/h的CO2氣量投料，隨后系統(tǒng)加量至6500m3/h，高壓甲銨冷凝器的底部溫度控制在176～180℃、尿素合成塔的中上部溫度188～190℃，汽包壓力控制在0.75MPa左右，但副產(chǎn)蒸汽流量計(jì)無指示，即副產(chǎn)蒸汽量太少。

經(jīng)分析，由于操作工的控制習(xí)慣，尿素合成塔進(jìn)料后反應(yīng)溫度偏低，導(dǎo)致氨碳比偏高(第1尿素合成塔料液氨碳比為3.63);同時(shí)汽包壓力控制得偏高，進(jìn)而使氨碳比偏高。校正副產(chǎn)蒸汽流量計(jì)指示無誤之后，將汽包壓力降低至0.72MPa，同時(shí)減少入塔氨量，使高壓甲銨冷凝器底部溫度提高至184℃左右，氨碳比降至3.43，副產(chǎn)蒸汽量逐漸增多。

(2)第 1和第2尿素合成塔出口閥開大10%，提高甲銨泵泵速，增加系統(tǒng)蒸汽用量，造粒塔底物料沒有明顯增加。

通過排查，排除了閥門故障。經(jīng)分析，系統(tǒng)加負(fù)荷后，CO2轉(zhuǎn)化率下降，同時(shí)汽包產(chǎn)汽流量在之前突然為零，現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)無液位指示，排放導(dǎo)淋無水，判斷為汽包無液位導(dǎo)致甲銨冷凝量少，使甲銨的生成后移至尿素合成塔，導(dǎo)致在尿素合成塔中不能較好地完成甲銨脫水生成尿素的反應(yīng)，CO2轉(zhuǎn)化率下降，致使后系統(tǒng)回收負(fù)荷加大，甲銨泵泵速增加?，F(xiàn)將汽包液位由11%提高至30%后，系統(tǒng)產(chǎn)汽量增大，第1和第2尿素合成塔閥門開度恢復(fù)正常，甲銨泵泵速降至正常。

(3)原氨泵的柱塞及填料潤(rùn)滑冷卻介質(zhì)采用系統(tǒng)蒸汽冷凝液，回水送至碳銨液槽，解吸負(fù)荷過大，氨泵密封水多產(chǎn)生廢水8t/h。

氨泵密封水改造:①氨泵填料函、柱塞材質(zhì)由碳鋼更換為不銹鋼，避免密封水介質(zhì)對(duì)設(shè)備部件的腐蝕。②密封水介質(zhì)改為一表液。一表液經(jīng)循環(huán)水泵加壓后，一部分作為液氨泵填料密封水，吸收氨泵填料箱填料滲漏的氨后循環(huán)返回循環(huán)水槽，也可返回碳銨液槽。2種密封水管線上安裝閥門，必要時(shí)介質(zhì)的上、回水可以進(jìn)行切換。動(dòng)力介質(zhì)綜合利用，實(shí)現(xiàn)氨泵填料密封水開路循環(huán)。實(shí)行氨水開路循環(huán)后，廢水量減少。在循環(huán)液泵出口設(shè)旁路管線，送氨泵作密封水，既解決了新增氨水量大的問題，又避免了新的動(dòng)力消耗。

3 結(jié)語

通過采取以上的各項(xiàng)措施和指標(biāo)優(yōu)化調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)趨于更加合理、穩(wěn)定，高壓、蒸發(fā)及水解系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)較好，裝置操作參數(shù)基本達(dá)到預(yù)期值，并運(yùn)行平穩(wěn)，在節(jié)能降耗方面取得了可喜的成果。改造后，尿素產(chǎn)量也有所提升，但由于蒸發(fā)造粒塔為Φ9000mm造粒塔，限制了高負(fù)荷運(yùn)行。

2013-11-25)