利用水力透平回收中压汽提冷凝液压力能的探讨

胡祥基

（四川大学化学工程学院，四川，成都，610065）

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利用水力透平回收中压汽提冷凝液压力能的探讨

胡祥基

（四川大学化学工程学院，四川，成都，610065）

合成氨装置中压汽提塔出口冷凝液通过阀门节流减压，存在能量浪费现象。针对该问题进行能量损失计算，提出回收利用冷凝液压力能的设想，并进行投资效益论证。

中压汽提；压力能；水力透平

化工生产过程中，高压流体时常通过节流孔板、异径管等减压器，降压至下游工段所需压力，存在能量的浪费。合成氨装置高压介质节流降压情况较多，如脱碳富液、中压汽提冷凝液等，其中脱碳富液压力能实现了回收利用，本文就中压汽提冷凝液压力能回收利用进行分析。

1 中压汽提工艺流程

云南水富云天化有限公司合成氨装置是1974年从美国成套引进设备建成的大型合成氨装置，经历3次大型技术改造后，合成氨产能由原设计30万t／a提升到45万t／a。［1］其中压汽提工艺流程见图1。

合成工艺冷凝液处理系统150－E是2002年增产扩能改造时新增的环保装置，主要对脱碳系统102－F来的工艺冷凝液进行处理回收利用。从102－F来的冷凝液温度70℃，流量62t／h，经150－E进出口冷凝液换热器188－C1／C2／C3预热后进入150－E顶部，在中压冷凝液汽提塔150－E中，工艺冷凝液与逆流的中压蒸汽接触，使得液体中的有机物被汽提，汽提后3.4MPa、245℃的冷凝液经过150－E进出口冷凝液换热器188－C1／C2／C3换热后，经LIC－30减压至0.5MPa进入174－CA／CB冷却至40℃，然后送脱盐清水箱。［2］

2 利用水力透平回收冷凝液压力能的方案

150－E出口3.4MPa的冷凝液直接用阀门减压，一是存在能量的损失，二是造成对阀门的冲刷使阀芯损坏，维护费用高，若能利用水力透平回收其压力能驱动合成氨机泵，即可达到节能降耗的效果。

图1 中压汽提工艺流程简图Figure 1 Medium pressure stripping process diagram

2.1 回收压力能最大功率计算

150－E出口冷凝液流量62t／h、温度80℃、压力3.4MPa，经过LIC－30节流减压至0.5MPa，80℃水的密度为972kg／m3，则根据流体连续性方程［3］得：

式（1）中：Z1、Z2分别是透平进出口水平高度；P1、P2分别是透平进出口介质压力；∑hf为流体经过阀门损失的能量，J／kg；U1、U2分别是进出口流体速度。

流道面积视为相同，则U1＝U2；

进出口位置高度相等，则Z1＝Z2；

带入以上数据统一量纲后得：

式（2）中Ne为损失的总功率；Ws为冷凝液的质量流量，kg／s。

＝2926 J／kg×17.22 kg／s＝50.38 kW

水力透平工作效率取0.8（根据设计厂家数据）［4］；

实际输出轴功率Pt＝50.38×0.8＝40.3 kW

2.2 回收压力能的利用方式

2.2.1 驱动脱氧槽给水泵

根据2.1计算，回收冷凝液压力能的水力透平最大输出轴功率为40.3 kW，此功率与合成界内脱氧槽给水泵功率37 kW相匹配，因此可以用水力透平驱动脱氧槽给水泵。从输出功率、现场安装等综合因素考虑，增设2004－JHT比较适合。增设水力透平回收压力能驱动给水泵的示意图见图2。

图2 增设水力透平回收压力能示意图Figure 2 Scheme of additional pressure hydraulic turbine energy recovery

2.2.2 新增水力透平泵打量

新增水力透平驱动转化脱氧槽给水泵，水温为40℃，要求泵出口压力在0.5MPa，新增泵属于低扬程，高流量，效率η选60%，出口管径为150 mm，出口水速取1.5 m／s，经过泵加压后的水温度、密度视为不变，则由流体连续性方程得：

式中：Z3、Z4分别是水泵进出口水平高度；P3、P4分别是泵进出口介质压力；Z3、Z4分别是泵进出口水平高度；ρ1是40℃脱盐水密度，992 kg／m3，Δh为泵传递给流体能量，J／kg。

流道面积视为相同则U3＝U4；

进出口位置高度相等则Z3＝Z4；

（3）中代入数据得：

式（4）中η是效率系数［4］；Pe是泵对流体做的有效功。

将数据带入式（5）得

目前合成满负荷脱氧槽给水量约140 t／h，现2004－JB最大给水量约200t／h，增设水力透平驱动2004－JC能满足工艺要求。

2.3 增设给水水力透平泵后运行方式

2004－JHT设置150－E低液位联锁和脱扣联锁，以保护水力透平。正常生产中若透平跳车，150－E液位由LIC－30B控制。岗位立即启动2004－JA／B，保证脱氧槽给水量。

3 效益分析

3.1 经济效益

新增水力透平驱动脱氧槽给水泵后，电机泵停运，按节约电费进行效益计算。2004－JB电机额定功率37 kW，电费按0.4元／kW.h计，一年按300天运行，则一年可节约电费：300×24×37× 0.4＝10.7万元。

3.2 投资预算

设备投资清单见表1，新增LIC－30B阀和前后两闸阀可以通过利用老甲醇闲置废旧阀门，降低投资费用。

表1 新增投资材料清单和费用Table 1 Lists and costs of new investment materials

从以上投资和收益分析，增设水力透平需一次性投资23.5万元，正常维护费用1万元，改造实施后，需3年收回投资，尽管投资回报率不高，但节约了电能，减少对环境的能源消耗，具有一定的环保效益。

3 结论

综上所述，增设水力透平回收中压汽提冷凝液压力能，替代脱氧槽给水泵电机，技术上可行，具有一定经济效益。随着未来能源日趋紧张，市场竞争越发激烈，利用水力透平回收生产过程中介质的压力能是化工企业节能降耗的有效途径之一。

［1］云南水富云天化有限公司.日产1500吨合成氨装置改造情况介绍（翻译本［M］）.云南水富：云南水富云天化有限公司内部.

［2］云南水富云天化有限公司.日产1500吨合成氨装置操作手册［M］.云南水富：云南水富云天化有限公司.

［3］时钧.化学工程手程［M］.第二版.北京：化学工业出版社，1992：3－7

［4］陈敏恒.丛德滋，方图南.化工原理［M］.第二版.北京：化学工业出版社.1998：30－35.

［5］陈聪慧.郭端华.天然气增湿系统增设水力透平.贵州化工.2010，35（6）：28－29.

Use of Hydraulic Turbine to Recover Pressure Energy from Medium Pressure Condensate Stripping

HU Xiang－ji

（Chemical Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China）

Decompression of condensate of the condensate stripper outlet in ammonia plant through valve throttling pressure，energy waste was existed.The energy loss was calculated against this problem，imagine to recycle and use the condensate pressure energy was supposed，and investment returns was demonstrated.

medium pressure stripping；pressure energy；hydraulic turbine

TQ113.2

A

1004—275X（2004）05-0055-03

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.05.014

收稿：2013-12-27

胡祥基（1979-），男，四川泸州人，从事化工生产与管理。