冷冻站工艺改造浅析

王应华( 云南解化化工分公司,云南 开远 661000)



·经验交流·

冷冻站工艺改造浅析

王应华
( 云南解化化工分公司,云南 开远 661000)

对冷冻站装置在运行中发生溶液冷却器频繁泄漏的原因进行了分析,并提出了工艺技术改造的措施。

冷冻站；冷却器；泄漏；工艺改造

云南解化化工分公司15万t/a二甲醚装置的煤气净化采用低温甲醇洗工艺，附设冷冻站。冷冻站在生产过程中，多次出现溶液冷却器泄漏导致系统停车的情况。为满足生产要求，同时降低能耗，公司于2012年4月对该装置进行了工艺改造。

1 冷冻站装置主要工艺指标

装置设计制冷能力：供氨量 25.5 t/h；冷凝器工作压力1.8 MPa，吸收器工作压力0.3 MPa；氨精馏塔顶出口气氨温度：≤55℃。

分析控制指标：贫液质量分数 24.2% ，富液质量分数 37.5% ，液氨质量分数 ≥99.8%。

主要消耗：低压蒸汽(0.6 MPa)40 405 kg/h；循环冷却水 4 588.99 m3/h。

2 工艺流程概述

工艺流程见图1所示。质量分数为37.5%的浓氨水(富液)被氨水泵J-01送入精馏塔E-01,来自发生器C-02的热量使氨水溶液蒸发(发生器C-02的热源是158℃,0.6MPa的低压蒸汽)，在精馏塔顶部得到质量分数为99.8%的氨蒸汽，其温度为55℃。气氨通过冷凝器C-05被冷却水冷凝为45℃，1.8 MPa的液氨，在液氨贮槽F-02中贮存。其中一小部分用回流泵J-02打回精馏塔作为回流，而大部分液氨经过冷器W-1冷却到5℃后，进入低温甲醇洗氨蒸发器，蒸发出来的气氨经氨分离器F-11分离出液氨后，由氨压机J-01送到3台吸收器C-01a/b/c，被来自发生器的质量分数为24.2%的溶液(贫液)吸收，形成富液，再经氨水泵J-01通过溶液换热器C-03a、b预热后进入精馏塔中进行精馏。

3 装置运行中出现的问题分析

经过分析认为溶液冷却器C-04a/b管壳程介质温差大是造成焊缝泄漏的主要原因，所以有必要对工艺进行改造优化。

4 改造措施

对溶液冷却器的工艺管线进行改造。将溶液冷却器C-04a/b由原采用水冷方式改为贫、富溶液换热，并与原溶液换热器C-03a/b串联运行。这样，在保证入吸收器贫液温度的同时提高入氨精馏塔的富液温度，也有效避免了氨水泄漏至循环水系统中。改造后流程如图2所示。

图1 工艺流程图Fig.1 Flow chart of process

图2 改造后流程示意图Fig.2 Process diagram after transformation

4．1 计算

改造前换热器工况见表1。

表1 改造前换热器工况Tab.1 Heat conditions before the transformation

C-03、C-04均为单程列管式换热器，换热管材质均为16MnR，热流体走管程。C-03换热面积F=504 m2，C-04换热面积F=611 m2。因此，只需根据总热负荷计算出总换热面积即可确定改造后流程是否满足生产要求。

根据热平衡基本方程：Q=K×A×ΔT

(1)

式中Q为总热负荷，W；K为总传热系数，W/m2·K；A为换热面积，m2；ΔT为传热温度差，℃。

因该换热过程是逆流、定压、无相变、液—液换热过程，因此热负荷计算可采用下式计算，即：

Q=W×Cp×(t1-t2)

(2)

式中Q为总热负荷， kW；W为质量流量，kg/s；Cp为比热，kJ/kg·K；t1为稀氨水入口温度，℃；t2为稀氨水出口温度，℃。

其中W=ρ×V=(915×247.8)/3 600=62.98 kg/s(ρ为稀氨水密度，V为稀氨水流量)；Cp取值为4.23 。

将各数据代入(2)式得：Q=62.98×4.23×(145-50)=25 309.72， 代入(1)式得：

25 309.72=K×A×ΔT

(3)

ΔT=kf×ΔTm

(4)

K为传热系数,W/m2·K，略计算过程，取值 1 500；A为传热面积，m2；kf为温度校正系数，取经验值0.8；ΔTm为对数平均温度差，℃。

其中ΔTm=(ΔT2-ΔT1)/ln(ΔT2/ΔT1)；ΔT1=145-110=35℃，ΔT2=50-38=12℃

ΔTm=(12-35)/ln(12/35)=21.49℃； 并代入(4)式得：

ΔT=kf×ΔTm=0.8×21.49=17.19℃； 代入(3)式得到改造后流程所需的传热面积=25 309.72/(1.5×17.19) =981.57 m2。

由上述计算结果可知，原C-03、C-04总换热面积为 1 115 m2，而改造后流程所需换热面积为982 m2，即改造后工艺完全满足装置在满负荷条件下运行。

4.2 改造后运行情况

冷冻站装置工艺改造后主要工艺参数如吸收压力、冷凝压力、贫富液浓度、氨水流量、供氨量等未发生明显变化，但低压蒸汽、循环冷却水消耗出现大幅下降。装置改造前后部分重要参数对照见表2(表2中数据为12个月平均值)。

表2 装置改造前后部分重要参数对照Tab.2 Comparison of some of the important parameters of the control device before and after the transformation

从表2看出，装置经过工艺改造后，装置生产能力及液氨纯度未发生改变或下降，但生产1 m3液氨的低压蒸汽消耗较改造前减少了74.4 Kg，冷却水消耗下降405 m3/h。

改造后，运行至今较为稳定，彻底解决了因溶液冷却器泄漏导致系统停车的问题，保证了装置长期稳定运行，并达到了节能降耗的目的。

[1] 刘光启,马连相,项曙光.化学化工物性数据手册:无机卷[M].北京:化学工业出版社,2002:45.

[2] 钱颂文.换热器设计手册[M].北京：化学工业出版社2006:55-59.

[3] 化学工业第二设计院.云解化15万吨二甲醚/年设计手册[M].云南开远:2007.

Transformation Process of Freezing Stations

WANG Ying-hua
(Yunnan Jiehua Chemical Branch,Kaiyuan 661000,China)

Leakage reasons of the solution cooler for freezing station device occurred in the operation were analyzed, and the measures of the transformation process were pointed out.

freezing station;cooler;leakage;technological transformation

王应华(1973-)男，云南楚雄人，工程师，主要从事化工工艺工作。

12.3969/j.issn.1004-275X.2015.01.017

TQ025

A

1004-275X(2015)01-0029-03

收稿：2014-09-15