氨水制備工藝與冰機系統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)合應(yīng)用

申曉東，劉現(xiàn)周，黃志棟，袁 帥

（安陽化學工業(yè)集團有限責任公司，河南安陽 455133）

0 引 言

安陽化學工業(yè)集團有限責任公司第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。隨著負荷的提升，原有氨合成工段的冰機系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)的需求，冰機系統(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臺冰機及立式水冷器后，夏季冰機系統(tǒng)壓力仍處于高限。

隨著國家環(huán)保要求的日益嚴苛，鍋爐煙氣脫硫等環(huán)保設(shè)施不斷增加，由此帶動了氨水需求量的逐步增加。結(jié)合公司合成氨裝置冰機系統(tǒng)負荷高、壓力高的實際情況，我們在原有冰機系統(tǒng)出口增設(shè)1臺蒸發(fā)式水冷器，并在冰機入口增設(shè)1套氣氨吸收（制備氨水）裝置，解決了冰機系統(tǒng)負荷高、壓力高的問題，同時副產(chǎn)商品氨水，其經(jīng)濟效益和環(huán)保效益明顯。以下就氨水制備工藝與冰機系統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)合應(yīng)用情況進行介紹。

1 改造前冰機系統(tǒng)運行情況

夏季氣溫較高時，冰機系統(tǒng)常開3臺大冰機，冰機型號均為 LG25A-450Z，名義制冷量1 510 kW；1臺小冰機作為備機，型號為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30℃左右，給生產(chǎn)帶來以下不利影響：進入液氨儲槽的液氨溫度達32℃左右，冰機系統(tǒng)壓力在1.5 MPa（高限），液氨儲槽放空頻次較多，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)滿負荷生產(chǎn)時產(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)量紀錄為20 t／h），電耗、煤耗明顯上升；冰機入口壓力達到0.33～0.35 MPa、出口壓力達到1.5 MPa左右，氨冷凝器液氨溫度在32℃左右。

2 冰機系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 新增蒸發(fā)式水冷器（并聯(lián)）

在原冰機冷卻系統(tǒng)平臺閑置空間，將公司醇烴化烴分配套技改實施更新?lián)Q下的蒸發(fā)式水冷器與原冰機系統(tǒng)的水冷設(shè)備并聯(lián)使用，以提高冷卻效率，降低冰機系統(tǒng)壓力。此次利舊的蒸發(fā)式水冷器型號為TRCL-D-1920-0，工作壓力5.0 MPa、工作溫度80℃，配套風機風量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。此項技改實施后，可進一步降低冰機系統(tǒng)負荷，更有利于系統(tǒng)的安全運行，同時增加氨水產(chǎn)量，滿足周邊市場需求。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JAG-10000B，工作溫度20～40℃。

優(yōu)化后冰機系統(tǒng)工藝流程框圖見圖1。

圖1 優(yōu)化后冰機系統(tǒng)工藝流程框圖

3 工藝優(yōu)化創(chuàng)新點

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

實施此項技改的目的主要是降低冰機系統(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，即通過降低冰機壓縮氣體總量來降低冰機負荷，從而降低冰機系統(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行吸收，可實現(xiàn)零排放，生產(chǎn)現(xiàn)場無異味，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，在降低冰機系統(tǒng)壓力、解決冰機系統(tǒng)瓶頸問題的同時，節(jié)能降耗效果非常明顯，具有較高的推廣價值。

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。目前國家對空氣中揚塵、硫氧化物管控越來越嚴格，各大化工裝置尤其是燃煤鍋爐，對商品氨水的需求量呈急劇增長的態(tài)勢。安化集團自身及周邊燃煤鍋爐較多，商品氨水的市場前景和利潤空間較大，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)運行情況及問題解決

4.1 運行情況

自2016年12月23日氨水制備工藝與冰機系統(tǒng)優(yōu)化項目投運以來，冰機系統(tǒng)各項運行參數(shù)均得到了優(yōu)化。雖然項目實施后的投運時段恰在氣溫較低的季節(jié)，但其對冰機系統(tǒng)負荷的降低效果仍然很顯著：項目實施前，冬季運行期間冰機系統(tǒng)需開2臺大冰機和1臺小冰機，大冰機制冷量為1 510 kW、小冰機制冷量為930 kW；項目實施后，正常情況下可停掉1臺小冰機，開2臺大冰機即可滿足滿量生產(chǎn)需求，冰機入口氣氨壓力由0.20MPa左右降至0.15MPa，冰機負荷下降明顯。截至投稿，氨水制備裝置累計運行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，車間對操作規(guī)程進行進一步修訂，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，在氨水制備器中氨水飽和后再投用脫鹽水；停車時則先切斷進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 冰機系統(tǒng)不凝氣含量增高

由于在冰機入口增設(shè)氣氨吸收裝置（氨水制備器），生產(chǎn)中由液氨球罐向冰機系統(tǒng)液氨儲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，由液氨球罐進入冰機系統(tǒng)的惰性氣量也明顯增加，致使冰機有效功減少，嚴重影響技改效益。經(jīng)內(nèi)部討論，我們在冰機系統(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，使冰機系統(tǒng)出口的一部分氣氨再次直接進入氨水制備器制成氨水，以此來降低冰機系統(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)場無異味。此項措施落實后，經(jīng)分析，冰機系統(tǒng)氣氨純度達99.9%以上，冰機系統(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系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)合應(yīng)用項目投運后，在冰機出口冷卻系統(tǒng)無明顯操作差異的情況下，冰機負荷明顯下降，表現(xiàn)為冰機入口氣氨總管壓力下降明顯：氨水制備裝置未投運的2016年10—12月，冰機入口氣氨總管壓力（月平均值）分別為0.22 MPa、0.20 MPa、0.18 MPa；氨水制備裝置投運后的2017年1—3月，冰機入口氣氨總管壓力（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%負荷穩(wěn)定運行。

5.2 經(jīng)濟效益

項目投運以來，至投稿時氨水制備裝置共計運行53 d，期間可視情況對冰機進行過減載操作或停運1臺小冰機（N＝220 kW），共計停運小冰機13 d，節(jié)電89 760 kW·h，節(jié)約生產(chǎn)成本4.9萬元。

項目投運以來，冰機負荷明顯下降，表現(xiàn)為冰機電耗明顯下降：氨水制備裝置未投運的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

項目投運后，正常情況下可停運1臺小冰機，冰機系統(tǒng)各項運行參數(shù)得到優(yōu)化，冰機入口氣氨壓力由0.20 MPa左右降至0.15 MPa，冰機負荷下降明顯；夏季運行時可有效降低冰機出口壓力，解決冰機系統(tǒng)壓力偏高、冰機運行故障增加，乃至合成氨系統(tǒng)減量、波動的問題，杜絕因冰機出口壓力高而進行的 “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)場異味，安全環(huán)保效益明顯。

6 結(jié)束語

項目自2016年12月份投運以來，從氨水制備裝置的運行狀況和冰機系統(tǒng)的壓力來看，氨水制備工藝與冰機系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)合應(yīng)用在降低冰機系統(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、滿、優(yōu)運行提供了保障，為企業(yè)的節(jié)能降耗與產(chǎn)品多元化再添動力。