氨壓縮機出口換熱器升級改造

劉 洋

(奎屯錦疆化工有限公司, 新疆奎屯 833200)

1 概況

奎屯錦疆化工有限公司設計年產(chǎn)40萬t合成氨,生產(chǎn)工藝采用卡薩利專利技術(shù),裝置生產(chǎn)能力為1 350 t/d,氨冷凍裝置選用卡薩利配套技術(shù),為合成裝置提供系統(tǒng)所需要的冷量。在合成氨生產(chǎn)過程中,由于氨合成塔只能將一部分氫氮氣合成為氨,為了使出氨合成塔氣體中的氨與未反應的氫氮氣分離,一般都采用降溫冷凝的方法,而分離溫度越低分離效果越好。氨壓縮機是氨冷凍裝置的核心設備,氨壓縮機轉(zhuǎn)速越高、出口壓力越低,各段對應的氨冷器溫度越低,對合成裝置提供的冷量越多,分離效果越高。氨壓縮機出口壓力由三段出口換熱器(E1822)決定,換熱器的換熱效果越好,出口壓力越低[1]。

2 氨壓縮機存在的問題

氨壓縮機在運行中出現(xiàn)以下問題：

(1) 夏季循環(huán)水溫度高,水冷卻器換熱效果差,增加了氨冷器的負荷,導致氨壓縮機二段、三段氣氨量增加。

(2) 氨壓縮機三段出口換熱器(E1822)換熱效果差,無法有效地對氨壓縮機出口氣氨進行冷卻,造成氨壓縮機出口壓力高。為了保證機組安全穩(wěn)定運行,只能降低合成系統(tǒng)負荷,造成氨產(chǎn)量減少。

(3) 由于氣化裝置已經(jīng)實施的煤漿提濃項目增加了合成氣量,合成裝置也需要相應的增加系統(tǒng)負荷才能將前工序的合成氣全部接收。根據(jù)氣化裝置增加的合成氣量,若合成裝置能全部接收前工序的合成氣,預計合成氨產(chǎn)量將達到61 t/h(目前產(chǎn)量為56 t/h),但是目前受氨壓縮機負荷影響,無法接收多余的合成氣。

3 解決方案

3.1 溴化鋰制冷

針對氨壓縮機存在的問題,提出方案一——溴化鋰制冷方案。由溴化鋰制冷工藝[2]流程可知,該方案需要循環(huán)水換熱,需用量大,公司目前循環(huán)水系統(tǒng)已滿負荷運行,無法提供增量的循環(huán)水量;另外,該方案需要低壓蒸汽和蒸汽冷凝液回收,總體工藝運行比較復雜。根據(jù)氨壓縮機三段出口換熱器(E1822)的設計循環(huán)水質(zhì)量流量(1 670 t/h)及氣氨量的要求,計算溴化鋰制冷壓縮機[3]的選型參數(shù)見表1。

表1 溴化鋰制冷壓縮機選型參數(shù)

3.2 新增獨立循環(huán)水池

方案二為新增獨立循環(huán)水系統(tǒng),即在氨壓縮機三段出口換熱器(E1822)旁新建涼水塔系統(tǒng)獨立用于氨壓縮機三段出口換熱器(E1822),獨立循環(huán)水系統(tǒng)需要新建循環(huán)水池,容積為2 000 m3,同時配備1臺涼水塔、2臺循環(huán)水泵,以及相應管線、電纜等,投資費用約350萬元。該方案可以解決循環(huán)水在夏季溫度高的情況,但該方案存在以下問題：(1) 占地面積大,需要占用主裝置區(qū)的安全通道,建成后與主裝置區(qū)安全距離不滿足標準要求,違反國家相關規(guī)范;(2) 冬季運行時水霧造成周邊結(jié)冰等不便情況,易造成人員滑跌等傷害事故。

3.3 蒸發(fā)冷凝器

方案三為采用蒸發(fā)冷凝器。蒸發(fā)冷凝器工藝簡單[4],使用廣泛,夏季溫度較高地區(qū)的化工廠目前大多數(shù)已經(jīng)用蒸發(fā)冷凝器替代氨壓縮機三段出口換熱器(E1822)管殼式換熱器的換熱方式。如新疆中能萬源化工有限公司采用蒸發(fā)冷凝器完全替代氨壓縮機三段出口換熱器(E1822),并已在2016年10月投運,目前運行情況較好。根據(jù)夏季運行情況,將氨壓縮機三段出口氣氨抽出約30 000 m3/h 蒸發(fā)冷凝,可滿足目前氨壓縮機三段出口換熱器(E1822)夏季循環(huán)水溫度高所需合成氨壓縮系統(tǒng)的冷量。氨壓縮機出口30 000 m3/h 氣氨冷凝,冷凝溫度為 40 ℃,排熱量為7 000 kW。蒸發(fā)冷凝器設備投資費用約85萬元(鍍鋅無縫鋼管)或135萬元(304不銹鋼),基礎及安裝費約80萬元,電氣、儀表相關費用70萬元,管件、閥門、法蘭及管道等相關費用115萬,總投資約400萬。蒸發(fā)冷凝器運行每小時需5～8 t脫鹽水。

根據(jù)以上3種方案的對比情況及公司循環(huán)水系統(tǒng)的情況,選擇在氨壓縮機三段出口換熱器(E1822)旁增設30 000 m3/h 氣氨蒸發(fā)冷凝器。

采用蒸發(fā)冷升級改造的工藝流程見圖1。此技改在2019年5月完成并投用。投用后在夏季高溫天氣,循環(huán)水溫度為33 ℃時,氨產(chǎn)量可達60 t/h左右,達到預期目標。

圖1 采用蒸發(fā)冷升級改造的工藝流程示意圖

4 綜合效益分析

氨壓縮機出口換熱器升級改造后,氨壓縮機出口壓力在1.75 MPa以內(nèi),氨產(chǎn)量顯著增加,噸氨耗煤降低。2013年—2019年6月—9月合成氨產(chǎn)量及氨耗煤數(shù)據(jù)見表2(2014年8月系統(tǒng)檢修,2018年6月中壓蒸汽發(fā)生器(E1802)檢修,系統(tǒng)停車)。由表2可以看出：噸氨耗煤大幅度下降;增加蒸發(fā)冷凝器后氨產(chǎn)量明顯提升。

表2 合成氨產(chǎn)量及噸氨耗煤數(shù)據(jù)

氨壓縮機出口換熱器升級改造后,2019年6月—9月氨總產(chǎn)量達到歷年高峰,平均每天的氨產(chǎn)量達到1 423 t;往年6月—9月氨產(chǎn)量比起其他月份較少,平均每天氨產(chǎn)量為1 200 t左右(設計氨產(chǎn)量為1 350 t/d)。隨著氨產(chǎn)量增加,就噸氨耗煤這一項顯著下降至少0.16 t左右。公司其他噸氨耗煤,同比都處于下降態(tài)勢。

根據(jù)2019年6月運行情況預計夏季將比2018年增加氨產(chǎn)量10 000 t,液氨含稅銷售單價為2 000元/t,增加銷售收入(含稅)2 000萬元,不含稅收入1 770萬元。

2018年1月—6月噸氨耗煤為1.669 9 t,2019年1月—6月噸氨耗煤為1.505 3 t,噸氨耗煤同比降低0.164 6 t。化工煤不含稅價為390元/t,則改造后每年可節(jié)約成本64.194萬元。綜合效益合計增加1 834萬元。

5 結(jié)語

綜上所述,通過升級氨壓縮機出口換熱器,降低了氨壓縮機出口溫度、出口壓力,同時降低了氨壓縮機二、三段的入口壓力,降低了相應氨冷器的蒸發(fā)溫度,為合成工藝氣的冷凝提供了足夠的冷量。該改造提高了氨產(chǎn)量和生產(chǎn)效率,推動了企業(yè)經(jīng)濟效益的增長,同時也降低了消耗,在“碳達峰”的道路上又邁進了一大步。