精馏塔加热段加长优化运行总结

庞伟玲 ， 宋肖盼 ， 江　超 ， 陈　宁

(河南心连心化肥有限公司 ， 河南 新乡　453731)



精馏塔加热段加长优化运行总结

庞伟玲 ， 宋肖盼 ， 江超 ， 陈宁

(河南心连心化肥有限公司 ， 河南 新乡453731)

摘要：主要介绍了二氧化碳汽提法尿素系统装置中低压分解系统装置—精馏塔。针对精馏塔换热段换热面积不足提出了改进措施，通过对改进前后的工艺参数进行对比，说明该改进措施具有良好的效果。

关键词：精馏塔 ； 换热器 ； 改进措施

河南心连心化肥有限公司生产尿素采用CO2汽提法，此法主要在汽提塔、精馏塔、闪蒸槽中进行。从压缩岗位来的CO2从进入汽提塔底部，与合成塔来的浓度为35%左右的合成液进行汽提，得到浓度为55%左右的汽提液，经减压至0.3 MPa左右进入精馏塔。由于减压，使汽提液中部分CO2与NH3分离，所需要的热量由溶液本身提供。然后，汽提液混合物进入精馏塔内上部的填料层中。溶液经过填料层后，进入到精馏塔下部的换热器，与管间蒸汽换热后进入到闪蒸槽，闪蒸后进入尿液槽，经一段蒸发、二段蒸发后，最终浓缩成99.5%的熔融尿素，然后由熔融泵送至造粒塔进行造粒。

随着系统产量增加，为保证合成系统压力不超压，低压汽包压力逐步降低，目前尿素精馏塔换热段的能力不能满足低压段分解要求，精馏塔分解温度仅能达到128~130 ℃，导致分解负荷后移，使蒸发、水解解吸负荷加重，影响水解解吸，蒸汽大幅度提高，同时影响低压系统操作稳定。

1精馏塔出现的问题及影响

随着尿素装置产能的不断增加，目前系统负荷已达到106%。为了移走更多的氨与CO2的反应热，低压汽包压力需进一步降低。由于精馏塔加热段(加热段加热面积500 m2)使用低压汽包副产的蒸汽作为热源，因此导致精馏塔出液温度只能提高到127~129 ℃(指标130~135 ℃)，开车初期单系统日产量1 350 t时，低压包压力为0.44 MPa，精馏塔出液温度能达到133 ℃，而目前单系统产量日产已到达到1 450~1 500 t，低压包压力降至0.36 MPa，导致精馏塔温度低于130 ℃，从而使精馏塔的分解效率降低，负荷后移，造成蒸发、水解解吸负荷加重，导致水解解吸系统、一段蒸发蒸汽消耗大幅度升高。

2改进措施

根据现场实际情况及与生产厂家沟通，拟在精馏塔加热段加长一段，各项参数与原换热器相同，即可保证循环尿液获取足够的热量，使精馏塔出液温度满足指标要求，投资预计60万元。原换热器长度4 m，换热器面积500 m2，换热列管尺寸Φ25×2，筒体公称直径1 400 mm，壁厚14 mm，长度4 500 mm，其他参数如表1所示。

表1　原换热器相关参数

计算过程中忽略热损失：通入0.4 MPa蒸汽时，假设其离开精馏塔时温度为T1，尿液温度由t1=115 ℃提高到t2=128 ℃，此时热量衡算式如下：

Wh[rh+cph(Ts-T1)]

=Wccpc(t2-t1)

=KS△Tm

式中：Wh，蒸汽的冷凝速率，kg/h；rh，饱和蒸汽的冷凝热，kJ/kg；cph，冷凝液的比热容，kJ/(kg·℃)；Ts，冷凝液的饱和温度，℃；Wc，尿液的流量，m3/h；cpc，尿液的比热容，kJ/(kg·℃)；K，传热系数，W/(m2·℃)；S，传热面积，m2；△Tm，对数平均温差，℃。

当增加0.8 MPa蒸汽时，假设其离开精馏塔时温度为T2，尿液离开精馏塔温度由t1=115 ℃提高到t3=138 ℃，此时热量衡算式：

Wh[rh+cph(Ts-T1)]+Wh2[rh2+cph2(Ts2-T2)]=KS△Tm

=Wccpc(t3-t1)

=Wccpc[(t3-t2)+(t2-t1)]

可简化为通入0.4 MPa蒸汽时，尿液温度由115 ℃提高到128 ℃，通入0.8 MPa蒸汽后，尿液温度由128 ℃提高到138 ℃，于是有：

Wccpc(t2-t1)=KS△Tm

两个过程尿液的比热容近似相等则有

考虑到污垢热阻以及设计裕量，当换热器中尿液的出口温度为138 ℃，其他参数不发生改变时，核算在原换热器基础上应当增加的面积。经核算，在原换热器的基础上增加换热管的长度为2.5 m，面积为260 m2，如图1所示。

图1　优化示意图

3改造前后主要数据对比

3.1　数据对比

分别取改造前后随机搜集数据对比，见表2。

表2　精馏塔加热段改造前后运行数据对比

3.2　优化总结

①改造效果。由表1数据可以看出精馏塔加热段改造项目投运后，与改造前同负荷生产相对比，精馏塔出液温度能够提至130~135 ℃，从而降低了蒸发工段的负荷、氨水产生量及氨水浓度，间接节约了蒸汽用量，降低了蒸汽消耗，同时解决了解析设备腐蚀问题，达到了预期效果。②经济效益。由表1运行数据还可以看出解析量平均由40 m3/h降至35 m3/h，解析量降低约5 m3/h，解析加蒸汽量由14 t/h降至12 t/h，降低约2 t/h，一蒸加热器用蒸汽没有流量显示，但从加蒸汽阀位的减少可以看出用蒸汽量比投运前减少，经估算按0.046 t/h计，精馏塔加长段加长后也需消耗一部分蒸汽，由于没有流量计，通过加长段蒸汽液位槽液位计算产生冷凝液量为0.12 t/h，即精馏塔加长段多用蒸汽量为0.12 t/h。蒸汽每天减少量46.224 t，蒸汽价格按120元/t计，年生产按300 d计，每年节约成本166万元。

作者简介：庞伟玲(1990-)，女，从事化工设计与研发工作，电话：15936562023。

收稿日期：2015-10-27

中图分类号：TQ050.2

文献标识码：B

文章编号：1003-3467(2015)12-0037-02