氨水配制系統(tǒng)改造實踐

劉祥蒽，黃應(yīng)文，陳仕學(xué)

[威頓（中國）達州化工有限責(zé)任公司，四川達州 653000]

威頓（中國）達州化工有限責(zé)任公司有2套硫磺制酸裝置，一期800 kt/a裝置于2011年投產(chǎn)，二期400 kt/a裝置于2014年投產(chǎn)，2套裝置均為“3+1”二轉(zhuǎn)二吸工藝并配套有低溫余熱回收系統(tǒng)（HRS）及氨法尾氣脫硫系統(tǒng)。原料為液體硫磺，脫鹽水、循環(huán)水、儀表空氣和電等由甕福達州基地集中供應(yīng)。

氨法尾氣脫硫系統(tǒng)需要不斷地補充脫硫劑氨水脫除煙氣中的二氧化硫。裝置的氨水是由氨溶解于水配制而成，原設(shè)計一期和二期裝置均采用氨水槽溶解法，主要配制過程：液氨減壓為氣氨→進入氨水槽溶解→氨水泵循環(huán)吸收氣相中氨；該配制法的優(yōu)點是投資小，缺點是振動大、氨水溫度高、氣氨逃逸多和員工勞動強度大。后整改為兩級管道混合器法同時供一期和二期裝置使用，主要配制過程：液氨減壓為氣氨→進入兩級管道混合器溶解→冷卻器降溫，該配制法的優(yōu)點是自動控制勞動強度低、風(fēng)險低、且運行振動小和氣氨逃逸少；缺點是投資高。

1 原設(shè)計氨水槽法配制氨水

氨水槽法配制氨水流程見圖1。

若氨水槽A中氨水用完需配制氨水，則尾吸供氨水切換成氨水槽B及氨水泵B，向氨水槽A注入脫鹽水，液位約為60%，打開液氨隔離閥向氨水槽A注入液氨，并控制流量約300 kg/h；液氨在氨分布管內(nèi)蒸發(fā)成氣氨，氣氨再從氨分布管底部小孔噴入水中溶解，氨水泵A送循環(huán)，即從槽內(nèi)抽水經(jīng)過泵送到槽頂噴淋；這樣既能對流讓槽內(nèi)氨水濃度均勻，又能噴淋吸收氨水槽氣相的氣氨。氨水槽A加氨約3 h后關(guān)閉液氨隔離閥，再向氨水槽加水到液位約80%，并停止氨水泵A。

圖1 氨水槽法配制氨水流程

在配制氨水過程中，氨分布管的振動大，在配制氨水后期，因氨水溫度高有一定的氣氨逃逸到二級尾吸影響煙囪排煙外觀，配制結(jié)束氨水溫度可達55 ℃，整個氨水配制過程需要約4 h，并需要專人進行操作如開閥、關(guān)閥、啟泵、停泵等工作勞動強度大，且操作人員安全風(fēng)險大。

2 氨水配制系統(tǒng)改造思路

2.1 氨水配制的主要特點

分析氨水配制的主要特點有：①常溫下液氨在壓力約1.2 MPa下輸送為液體狀態(tài)，在氨水配制時液氨減壓后形成氣氨；②氣氨在水中的溶解度比較大，若水溫上升，則其溶解度下降，若提高壓力，則其溶解度上升；③氨溶解于水時，氨與水發(fā)生反應(yīng)生成一水合氨并放出大量熱量，此熱量會讓氨水溫度上升從而降低氨在水中的溶解度。

2.2 氨水配制的主要方法

氨水配制的主要方法有：

1）氨水槽法。液氨減壓成氣氨→進入氨水槽溶解→氨水泵循環(huán)吸收氣相中氨。

2）噴射器法。液氨減壓成氣氨→氣氨被噴射器吸入其喉管并與氨水混合并進入冷卻器→氨水經(jīng)冷卻后進入氨水槽→氨水經(jīng)過循環(huán)泵再進入噴射器吸收氣氨。

3）管道混合器法。液氨減壓成氣氨→氣氨進入管道混合器與水進行混合形成氨水→氨水經(jīng)冷卻器降溫后進入氨水槽。

2.3 選擇管道混合器配制氨水的思路

管道混合器配制比較高效又能實現(xiàn)自動控制，國內(nèi)有一些廠家生產(chǎn)自動氨水配制器，但由于成套氨水配制器不能很好地利用現(xiàn)有設(shè)備和設(shè)施，而且占地大、維護難度大，所以放棄了成套設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施情況來設(shè)計。

經(jīng)過研究，該公司決定采用兩級管道混合器混合液氨與水，氨水再經(jīng)冷卻器降溫后送到尾吸裝置。整個配制過程處于一定壓力下以減少產(chǎn)生氣氨。技術(shù)人員自制了1臺簡易兩級管道混合器來試配氨水，并經(jīng)過多次改進后，形成兩級管道混合器的設(shè)計初稿。

3 兩級管道混合器生產(chǎn)實踐

3.1 設(shè)計并安裝兩級管道混合器

請設(shè)計單位根據(jù)兩級管道混合器的設(shè)計初稿進行優(yōu)化，并在液氨管道、脫鹽水管道和氨水管道上設(shè)計有調(diào)節(jié)閥或開關(guān)閥，用DCS自動控制加水量與加液氨量的比例，以實現(xiàn)氨水配制的自動控制。整套氨水配制系統(tǒng)設(shè)計、制作和安裝等總投資約20萬元，工藝流程見圖2。

3.2 兩級管道混合器試車情況

試車時，先向氨水冷卻器中通入循環(huán)水，然后向兩級管道混合器通入一定量的脫鹽水和液氨，并自動控制液氨與氨水的比例約1∶10[即w(NH3)約為10%]，期間注意觀察設(shè)備振動和溫度變化。試車測試了4組試驗且每組時間均為1 h，主要設(shè)備運行情況見表1。

圖2 兩級管道混合器氨水配制工藝流程

表1 主要設(shè)備運行情況

從表1可以得出：

1）設(shè)備振動小，能安全運行，建議控制液氨流量在300 kg/h以下運行更可靠。

2）氨水配制器配制氨水的能力可滿足生產(chǎn)，裝置滿負荷時氨水用量約為1.2 m3/h。

3）配制氨水的溫度小于40 ℃，建議配制氨水溫度控制在40 ℃以下，以減少氣氨的產(chǎn)生量，40℃氨水在1 個大氣壓下的飽和濃度為22.8%[1]，所以應(yīng)讓配制的氨水濃度遠遠低于飽和濃度。

4）在配制氨水過程中，二期氨水槽液面上氣壓力始終穩(wěn)定在0.83 kPa，即與其連通的尾吸壓力一致，同時查看二期尾氣排放的氨在線測量值也沒有增大，說明在配制過程中產(chǎn)生的氣氨量較少。

5）整個氨水配制過程能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制，操作人員只需要在中控室內(nèi)操作DCS即可完成氨水配制。

3.3 氨水配制的安全措施

因為氨水配制過程為自動控制，現(xiàn)場不需專人值守，為提高配制氨水的安全性采取以下措施：

1）設(shè)置聯(lián)鎖A。若裝置停電，則聯(lián)鎖關(guān)閉液氨和脫鹽水的調(diào)節(jié)閥及開關(guān)閥，防止無脫鹽水時液氨或氨大量進入氨水槽及尾吸系統(tǒng)。

2）設(shè)置聯(lián)鎖B。若氨水與液氨的配制比例小于“8”，則聯(lián)鎖關(guān)閉液氨和脫鹽水的調(diào)節(jié)閥及開關(guān)閥，防止因脫鹽水量少時氨水飽和后產(chǎn)生大量氣氨進入氨水槽及尾吸系統(tǒng)。

3）設(shè)置聯(lián)鎖C。若氨水槽液位高于85%，則聯(lián)鎖關(guān)閉液氨和脫鹽水的調(diào)節(jié)閥及開關(guān)閥，防止氨水槽滿槽。

4）在液氨開關(guān)閥前安裝限流孔板，在全開液氨調(diào)節(jié)閥的情況下，液氨流量不超過500 kg/h，防止誤操作導(dǎo)致大量氣氨進入氨水槽及尾吸系統(tǒng)。

5）在液氨和脫鹽水管道上安裝止回閥，防止誤操作導(dǎo)致液氨串入脫鹽水管等。

6）氨水配制器旁安裝氨檢測儀，若設(shè)備和管道等漏氨導(dǎo)致氨檢測儀報警，則立即關(guān)閉液氨調(diào)節(jié)閥及開關(guān)閥，防止氨水配制現(xiàn)場因氨泄漏引發(fā)事故。

4 結(jié)語

經(jīng)過1年多的運行驗證，采用兩級管道混合器配制氨水，其運行安全可靠且能自動控制，提高了工作效率，降低了勞動強度，取得了較好的效果，有一定的借鑒意義。