尿素裝置循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化改造小結(jié)

杜 杰

(成都玉龍化工有限公司，四川 成都 610300)

0 引 言

成都玉龍化工有限公司(簡(jiǎn)稱玉龍化工)成立于1958年，前身為四川省小型氮肥示范廠，目前已具備200 kt/a合成氨、550 kt/a化肥(其中，尿素實(shí)際產(chǎn)能達(dá)250 kt/a)、50 kt/a三聚氰胺的生產(chǎn)能力，系成都市21家重點(diǎn)新材料企業(yè)之一。玉龍化工幾十年來的發(fā)展過程中，其水溶液全循環(huán)法尿素裝置通過逐步改造產(chǎn)能不斷提高，但尿素循環(huán)水系統(tǒng)(設(shè)置3臺(tái)循環(huán)水泵，日常生產(chǎn)中循環(huán)水泵兩開一備，高溫季節(jié)需同時(shí)運(yùn)行3臺(tái)循環(huán)水泵)僅更換過大功率水泵，并未對(duì)其進(jìn)行過相應(yīng)的擴(kuò)能改造，而尿素循環(huán)水系統(tǒng)的作用是將各水冷器帶壓冷卻回水送至涼水塔強(qiáng)制通風(fēng)冷卻降溫至指標(biāo)范圍再次輸送至尿素裝置各水冷器循環(huán)使用，其良好運(yùn)行是尿素裝置長(zhǎng)周期、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)。2012年后尿素裝置進(jìn)行了大改造，改造后夏季高溫季節(jié)(每年6月1日—9月30日共122 d，下同)尿素循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)水量不足、難以滿足尿素裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)需求等問題，夏季循環(huán)水系統(tǒng)能力不足成為尿素裝置增產(chǎn)的瓶頸；而在冬季低溫季節(jié)又存在循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)(單臺(tái)水泵供水不足，但運(yùn)行2臺(tái)水泵供水量又超尿素裝置所需水量且電耗高)以及氨冷器A/B/C用水量難控制等問題。后通過對(duì)尿素循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行一系列的工藝優(yōu)化與改造，有效解決了尿素循環(huán)水系統(tǒng)高溫季節(jié)水量不足、低溫季節(jié)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)等問題。以下對(duì)有關(guān)情況作一小結(jié)。

1 尿素循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介

玉龍化工尿素循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖見圖1(虛線為改造部分)。尿素循環(huán)水系統(tǒng)冷卻水上水(溫度≤32 ℃，尿素框架10 m層壓力>0.2 MPa)主要用戶為尿素框架28 m層的氨冷器A/B/C、25 m層的惰洗器A/B、20～25 m層的精洗器A/B/C、15 m層的二循一冷和二循二冷。尿素循環(huán)水系統(tǒng)配置水泵3臺(tái)，涼水塔下部水池中循環(huán)水經(jīng)水泵抽取送入上水總管(φ630 mm)后分為三路：一路經(jīng)φ377 mm支管送至28 m層的氨冷器A/B/C換熱后匯入回水總管；一路經(jīng)φ377 mm支管二次分配后再經(jīng)φ219 mm支管送至25 m層的惰洗器A/B、15 m層的二循一冷和二循二冷，換熱后的循環(huán)水匯入回水總管；還有一路經(jīng)φ159 mm支管送入20～25 m層的精洗器A/B/C，換熱后的循環(huán)水匯入回水總管。離開尿素界區(qū)溫度升高約8～13 ℃的冷卻回水返回循環(huán)水冷卻塔，自上而下經(jīng)填料層落入下部水池，熱蒸汽由風(fēng)機(jī)風(fēng)管排走，冷卻后的循環(huán)水再經(jīng)循環(huán)水泵加壓送至各水冷器循環(huán)使用。自河泵來的一次水與部分旁濾水匯合送往無閥濾池(或原水過濾器)過濾其中的懸浮物，濁度降低后作為補(bǔ)充水補(bǔ)入涼水塔下的冷水池。

圖1 尿素循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

2 尿素循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題

玉龍化工尿素循環(huán)水系統(tǒng)隨尿素裝置同時(shí)建成投運(yùn)，日常生產(chǎn)中涼水塔下部水池中循環(huán)水經(jīng)水泵加壓送至各水冷器使用——精洗器A/B/C用水由φ159 mm支管進(jìn)水閥控制，惰洗器A/B用水經(jīng)φ377 mm支管二次分配后再經(jīng)φ219 mm支管進(jìn)水閥控制；二循一冷和二循二冷用水也經(jīng)φ377 mm支管二次分配后再經(jīng)φ219 mm支管進(jìn)水閥控制；氨冷器A/B/C用水經(jīng)φ377 mm支管送達(dá)，進(jìn)水支管無閥門，其用水通過控制水泵出口總閥、精洗器進(jìn)水閥、惰洗器進(jìn)水閥、二循一冷和二循二冷進(jìn)水閥予以間接調(diào)節(jié)。尿素循環(huán)水系統(tǒng)主要用水設(shè)備及其參數(shù)如下：氨冷器3臺(tái)(A/B/C)，規(guī)格φ1 200 mm×12 mm×7 500 mm，單臺(tái)用水量500 m3/h(高溫季節(jié)滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，下同)；惰洗器2臺(tái)(A/B)，規(guī)格φ800 mm×12 mm×7 000 mm，單臺(tái)用水量150 m3/h；精洗器3臺(tái)(A/B/C)，其中，精洗器A規(guī)格φ1 000 mm×20 mm×5 370 mm、用水量100 m3/h，精洗器B/C規(guī)格φ800 mm×16 mm×5 300 mm、單臺(tái)用水量50 m3/h；二循一冷1臺(tái)，規(guī)格φ1 400 mm/1 200 mm×8 mm×8 490 mm，用水量350 m3/h；二循二冷1臺(tái)，規(guī)格φ1 200 mm/600 mm×14 mm/10 mm×6 000 mm/3 500 mm，用水量200 m3/h。合計(jì)尿素裝置高溫季節(jié)滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)所需最大循環(huán)水量為(500×3)+(150×2)+100+(50×2)+350+200=2 550 m3/h。生產(chǎn)中，尿素循環(huán)水系統(tǒng)主要存在如下問題。

(1)尿素循環(huán)水系統(tǒng)水泵型號(hào)為300/M9/225/4，單臺(tái)流量800 m3/h、揚(yáng)程66 m，3臺(tái)水泵全開時(shí)供水能力為2 400 m3/h，而尿素裝置高溫季節(jié)滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)所需最大循環(huán)水量為2 550 m3/h，即高溫季節(jié)時(shí)供水能力∶需求水量=2400∶2550=0.941，顯然高溫季節(jié)水泵供水能力不能滿足尿素裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)所需。從生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)也可以看到，玉龍化工尿素裝置滿負(fù)荷正常生產(chǎn)時(shí)日均產(chǎn)量約為810 t，高溫季節(jié)受循環(huán)水系統(tǒng)供水不足而換熱效果不良的影響，尿素裝置無法實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)，日均產(chǎn)量約為750 t，高溫季節(jié)日產(chǎn)量約為滿負(fù)荷正常生產(chǎn)時(shí)日產(chǎn)量的750/810=0.926，此數(shù)據(jù)接近上述供水能力與需求水量的比值0.941。

(2)非高溫季節(jié)時(shí)，尿素裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)平均用水量約為1 300 m3/h，開1臺(tái)水泵供水量為800 m3/h，不能滿足尿素裝置用水需求；開2臺(tái)水泵供水量為1 600 m3/h，超過用水需求300 m3/h，機(jī)泵電耗偏高，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。

(3)尿素裝置氨冷器A/B/C用水支管無閥門控制，用水量難以調(diào)節(jié)。

(4)二循一冷和二循二冷用水管有倒U形段，易形成氣阻，增加水泵電耗。

3 改造方案

尿素循環(huán)水系統(tǒng)用水量大、所需壓力高，為解決循環(huán)水系統(tǒng)存在的上述各類問題并兼顧整套裝置的節(jié)能降耗，玉龍化工決定通過改造將尿素框架高樓層與低樓層的上水系統(tǒng)分開——尿素框架EL25.000層和EL28.000層單獨(dú)供水，EL20.000層及以下層上水系統(tǒng)保持不變，如此可將低樓層用水壓力降下來，實(shí)現(xiàn)低樓層用水節(jié)電(節(jié)省水泵電耗)。

3.1 循環(huán)水泵改造方案

尿素循環(huán)水系統(tǒng)有3臺(tái)水泵(編號(hào)為1#、2#、3#)，單臺(tái)額定流量800 m3/h、揚(yáng)程66 m，擬增設(shè)2臺(tái)小功率(功率為150 kW)水泵(編號(hào)為4#、5#，單臺(tái)最大流量為550 m3/h)，5臺(tái)水泵的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)均接入尿素總控DCS，將1#、2#水泵編為第一組、3#、4#、5#水泵編為第二組，第一組水泵以氨冷器現(xiàn)有上水管(DN350)為上水總管，第二組水泵直接使用現(xiàn)有DN600上水總管，第一組上水管(DN350)安裝閥門與上水總管(DN600)斷開(必要時(shí)也可串通，恢復(fù)為原流程)；1#水泵出口閥(DN350)移位到1#～2#泵串聯(lián)管之后，串聯(lián)管2#水泵側(cè)增設(shè)1只DN350蝶閥，串聯(lián)管2只蝶閥之間引出水管(DN350)至氨冷器上水管(DN350)。當(dāng)氣溫低時(shí)，第一組(氨冷器上水系統(tǒng))開1臺(tái)泵、第二組(低樓層上水系統(tǒng))開1臺(tái)泵(開4#水泵或5#水泵)，共2臺(tái)泵運(yùn)行；當(dāng)氣溫高時(shí)，第一組(氨冷器上水系統(tǒng))開1臺(tái)泵、第二組(低樓層上水系統(tǒng))開2臺(tái)泵，共3臺(tái)泵運(yùn)行，如此一來，不僅實(shí)現(xiàn)了尿素框架高樓層與低樓層分開供水，且兩組循環(huán)水上水系統(tǒng)都有備泵。

3.2 上水總管改造方案

在現(xiàn)有氨冷器上水管(DN350)分出點(diǎn)后安裝根部閥(DN350)，與上水總管DN600分開，1#～2#泵單獨(dú)引管(DN350)至DN350上水總管，實(shí)現(xiàn)2組水泵分別對(duì)應(yīng)DN350與DN600上水總管而分開供水的目的；同時(shí)，在上水總管(DN600)原10 m層現(xiàn)場(chǎng)壓力表處再安裝1只遠(yuǎn)傳壓力表，遠(yuǎn)傳壓力表指示引入尿素總控DCS。當(dāng)然了，必要時(shí)通過閥門的切換也可將各水泵和各上水管恢復(fù)為原流程。

3.3 支管改造方案

(1)氨冷器上水管(DN350)不變動(dòng)。

(2)惰洗器上水管并1根管道(DN250)，從EL25.000的氨冷器上水總管端板上引出，安裝控制閥(DN250)，當(dāng)(氣溫低時(shí))氨冷器上水總管供水總量富余時(shí)使用此管道，當(dāng)(氣溫高時(shí))供水量無富余時(shí)恢復(fù)為原流程。

(3)精洗器B和精洗器C上水管各并1根管道(DN100/DN65)，安裝控制閥(DN100/DN65)，從EL25.000的氨冷器上水總管豎直段上引出1根DN125總管供2臺(tái)精洗器使用，必要時(shí)通過閥門切換可恢復(fù)為原流程。

(4)對(duì)二循一冷和二循二冷用水管倒U形段進(jìn)行整改——EL10.000上水總管(DN600)豎直段上增加一引出管(DN350)至二循一冷和二循二冷原用水總管上，EL15.000和EL20.000的原有總管拆除，取消倒U形段，減小氣阻，實(shí)現(xiàn)節(jié)電。

4 改造效果及效益分析

4.1 改造效果

改造后尿素循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖見圖1(虛線為改造部分)。本次技改將1#水泵出口閥移至1#～2#泵串聯(lián)管后，串聯(lián)管上新增1只蝶閥，兩閥之間新配管線至送高層的φ377 mm主管，送至氨冷器C、惰洗器、精洗器B/C進(jìn)口；二循一冷、二循二冷進(jìn)口管改在φ630 mm主管EL14.0處接出，取消原進(jìn)口水管。技改后，可根據(jù)不同季節(jié)、不同負(fù)荷下尿素裝置的用水量選擇運(yùn)行機(jī)泵：中低溫季節(jié)，開一大一小(大泵流量800 m3/h、小泵流量550 m3/h)共2臺(tái)泵供水，即在第一組(1#、2#水泵)中開1臺(tái)通過φ377 mm主管向高樓層氨冷器C、惰洗器、精洗器B/C供水，在第二組(3#、4#、5#水泵)中開1臺(tái)通過φ630 mm主管向低樓層其他水冷器供水(第二組的3#、4#、5#水泵，中低溫季節(jié)只需開4#或5#水泵，3#水泵在高溫季節(jié)或1#、2#水泵故障時(shí)使用)；高溫季節(jié)，循環(huán)水系統(tǒng)恢復(fù)為原流程，即φ630 mm上水總管串φ377 mm主管，據(jù)尿素裝置負(fù)荷開3臺(tái)或4臺(tái)水泵供水——高溫季節(jié)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)開1#、2#、3#大泵供水，極端高溫天氣時(shí)可再增開1臺(tái)小泵(4#或5#水泵)補(bǔ)充供水。

4.2 效益分析

4.2.1 增產(chǎn)效益

改造前高溫季節(jié)尿素產(chǎn)量約為750 t/d，改造后高溫季節(jié)可增開小功率水泵供水，解決之前因循環(huán)水系統(tǒng)供水不足而難以滿足尿素裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)所需的問題，尿素產(chǎn)量可提升至約810 t/d，可增產(chǎn)約60 t/d(生產(chǎn)部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))，每年6月1日—9月30日共122 d的高溫季節(jié)可增產(chǎn)尿素約7 320 t。

4.2.2 節(jié)電效益

改造前，中低溫季節(jié)(每年的11月1日至次年的4月30日共約180 d，下同；一般每年的5月為檢修月，未納入統(tǒng)計(jì)時(shí)間；每年的10月氣溫變化較大，數(shù)據(jù)波動(dòng)大，未納入統(tǒng)計(jì))原循環(huán)水流程下需要在1#、2#、3#大泵中開2臺(tái)才能滿足尿素裝置生產(chǎn)所需，2臺(tái)大泵的實(shí)測(cè)電流(生產(chǎn)部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))分別為 340 A、340 A(電壓為380 V)，2臺(tái)大泵的小時(shí)電耗為(340+340)×380×1.732÷1000=447.5 kW·h；改造后，新循環(huán)水流程下中低溫季節(jié)只需在1#、2#、3#大泵中開1臺(tái)、在4#、5#小泵中開1臺(tái)即可滿足尿素裝置的生產(chǎn)所需，大泵、小泵的實(shí)測(cè)電流(生產(chǎn)部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))分別為 340 A、220 A(電壓為380 V)，一大一小2臺(tái)水泵的小時(shí)電耗為(340+220)×380×1.732÷1000=368.6 kW·h，尿素循環(huán)水系統(tǒng)小時(shí)節(jié)電78.9 kW·h，電價(jià)按0.6元/(kW·h)計(jì)，節(jié)電效益為78.9×24×180×0.6÷10000=20.45萬(wàn)元。

4.2.3 投資回收期

本次改造投資約3.5萬(wàn)元(小功率水泵利舊)，尿素增產(chǎn)效益(尿素價(jià)格受市場(chǎng)影響較大，噸產(chǎn)品利潤(rùn)波動(dòng)較大)暫不計(jì)入的情況下，投資回收期約為30 d。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上，玉龍化工尿素循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化改造后，有效解決了高溫季節(jié)循環(huán)水量不足難以滿足尿素裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)所需、低溫季節(jié)水泵運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)(電耗高)、氨冷器A/B/C用水量難以控制等諸多問題，全年可實(shí)現(xiàn)尿素裝置增產(chǎn)約7 320 t、節(jié)約電費(fèi)約20萬(wàn)元，助力了尿素裝置的長(zhǎng)周期、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。