水溶液全循环工艺节能改造及优化运行

2015-03-25张成强程宝军

氮肥与合成气 2015年4期

关键词：合成塔喷射器汽包

张成强程宝军

(兖矿鲁南化工有限公司山东滕州277527)

水溶液全循环工艺节能改造及优化运行

张成强程宝军

(兖矿鲁南化工有限公司山东滕州277527)

兖矿鲁南化肥厂尿素Ⅱ系统采用水溶液全循环尿素生产工艺，存在着氨耗高、汽耗高及产量较低等问题，主要表现:①合成转化率低;②蒸发系统只有1套蒸汽喷射系统，出现问题只能停运，影响了系统稳定运行;③水解负荷过大，水解泵不能长周期运行。

1 改造内容

1.1 双高压系统改造

(1)增加高压甲铵冷凝器、第1尿素合成塔和汽提塔，原有尿素合成塔作为第2尿素合成塔。

(2)中压系统增加预分离器，其气相引入一吸塔外置冷却器。

(3)原预精馏塔下部筒体加长700mm，下部预留汽提液进口，增设进气挡板。

(4)更新一段分解加热器，换热面积增加100m2。

(5)增加氨冷器，冷却水为原二表冷回水。

(6)惰洗器加长至Φ1400mm，冷却水由原循环水改为二表冷回水。

(7)外置冷却器加长200mm，换热面积由281m2增加至359m2，列管由 Φ25mm改为Φ19mm，预精馏和预分离气合并后由两侧进入。

(8)一段吸收塔增加2层微分塔板，以增强鼓泡吸收效果。

(9)低压吸收塔由原Φ1400mm二分塔改造而成，内部增加波纹板规整填料，并增设吸收液冷却器。

(10)对低压分解加热器进行改造，换热面积由原80m2扩至158m2。蒸馏塔上部填料段直径加大至Φ1400mm，下部分离段不进行改动。

(11)低压吸收系统新增换热面积为809m2的二循一冷，将原二循一冷作为二冷，原二循二冷作为三冷。

(12)蒸发系统增加闪蒸加热器，其热源为高压甲铵冷凝器副产蒸汽。

(13)增加1台22m3/h一甲泵D，同时将流程改为:一甲泵D的一甲液入高压甲铵冷凝器，一甲泵B和一甲泵C的一甲液入第2尿素合成塔，一甲泵A作为备用泵，同时具备进入高压甲铵冷凝器和第2尿素合成塔的流程。增加1台7.5m3/h泵作为二甲泵和氨水泵的备用泵。

(14)高压氨泵泵速全部改为变频调节。

(15)增加第1尿素合成塔气相出口管及阀门，其管线设置直径为Φ10mm的限流孔板。

1.2 水力喷射双循环技术改造

(1)在原有装置的基础上增加2台双吸高效水力喷射器和1台二段蒸发喷射器C，安装位置在四楼平面，位差12m以上。

(2)增加1台Φ1600mm×3500mm循环水槽(利旧)，安装位置在一楼低压泵房西南角地面，用于中间存储一表液。喷射液体与气体混合吸收，进入循环水箱循环使用，然后溢流至碳铵液槽，保证介质含量及温度的恒定。

(3)增加 1台离心式循环水泵(流量≥187m3/h，扬程为80m，电机功率55kW)作为抽真空的动力，用于一表液的输送。泵出口水管分2路:一路进一段水喷射器(代替原一段蒸汽喷射器);另一路进二段水喷射器(代替原二段蒸汽喷射器B)，循环水经喷射器被高速射流强制夹带，造成吸入室内压力降低而形成真空。

(4)在水喷射器水进口管道上安装阀门，用来调节真空度，在水喷射器及蒸汽喷射器的气体进口管道上安装球阀，必要时可由水力喷射切换为蒸汽喷射抽取真空。

(5)增加1台换热面积56m2的中间冷凝器。

(6)从循环水泵出口设置旁路管线，送至氨泵填料箱作密封水使用，然后返回至循环水箱，从而大大减少了含氨废水量。

1.3 水解系统改造

尿素Ⅱ系统新增1套水解装置，用于进一步解吸、回收解吸废液中的氨及尿素，于2003年6月投入试生产。投运后，水解解吸后废液中尿素质量浓度降至1～2mg/L，但其中氨质量浓度达300～700mg/L，依然超标;另外，由于原水解系统采取气相放空，造成大气污染;同时，原解吸塔的解吸量随着系统负荷的加大，解吸量增加后，解吸塔出现超压现象，解吸塔气相与液相压差较大，给系统安全运行带来隐患。为了更好解决尿素水解系统存在的一系列问题，对该水解装置进行了改造。

(1)第2解吸塔应用新型填料。经过对各种填料计算，在同样的塔体积下，规整波纹板填料的表面积最大;同时，选择最小的填料层压降，确定了合理的装填方案，成功地解决了效率与流通量的矛盾。与使用普通波纹填料相比，分离效率提高10%，通量增大20%，压降降低30%以上，在同样流通量下，比原解吸塔的浮阀分离效率提高20%。

(2)改造第1解吸塔浮阀，即由F1浮阀改为ADV微分浮阀。ADV微分浮阀优点:①ADV微分浮阀顶部的3个切口为气体提供了更多的通道，避免常规浮阀顶部的死区，强化气液接触，可提高塔板的处理能力和分离效率;独特的阀脚设计使该浮阀具有导向性，克服常规圆形浮阀旋转的问题;②ADV微分浮阀较F1浮阀的压降略低;③高气速下，ADV微分浮阀的雾沫夹带量比F1浮阀大幅减少;④ADV微分浮阀的泄漏率较F1浮阀大幅下降，ADV微分浮阀的解吸塔板效率比F1浮阀提高5%～15%;⑤第1解吸塔板间距增加20mm，能增加解吸量5t/h。

(3)改造第1解吸塔塔盘。解吸塔塔盘上、下层的开孔率分别由原3.65%和2.43%提高至5.48%和3.80%。增加汽液接触面积，提高塔内分离效率。

(4)改造解吸塔蒸汽进口管。进口管由DN50mm改为DN100mm，增加蒸汽分布管上分布孔;同时，清除小孔的杂质和油污，确保小孔畅通。

1.4 气泵改造

原汽包给水采用锅炉水，因给水管路较长、热损失较大，进入汽包的冷凝液温度仅为90℃左右。为此，增加气泵装置，引原系统冷凝液排出槽高温冷凝液用作汽包补水，锅炉水只在开、停车时使用，不但节约了锅炉水、增加了副产蒸汽量，而且使系统更加合理、稳定。

2 改造后存在的问题及解决措施

(1)系统原始开车初期，按照3000m3/h的CO2气量投料，随后系统加量至6500m3/h，高压甲铵冷凝器的底部温度控制在176～180℃、尿素合成塔的中上部温度188～190℃，汽包压力控制在0.75MPa左右，但副产蒸汽流量计无指示，即副产蒸汽量太少。

经分析，由于操作工的控制习惯，尿素合成塔进料后反应温度偏低，导致氨碳比偏高(第1尿素合成塔料液氨碳比为3.63);同时汽包压力控制得偏高，进而使氨碳比偏高。校正副产蒸汽流量计指示无误之后，将汽包压力降低至0.72MPa，同时减少入塔氨量，使高压甲铵冷凝器底部温度提高至184℃左右，氨碳比降至3.43，副产蒸汽量逐渐增多。

(2)第 1和第2尿素合成塔出口阀开大10%，提高甲铵泵泵速，增加系统蒸汽用量，造粒塔底物料没有明显增加。

通过排查，排除了阀门故障。经分析，系统加负荷后，CO2转化率下降，同时汽包产汽流量在之前突然为零，现场液位计无液位指示，排放导淋无水，判断为汽包无液位导致甲铵冷凝量少，使甲铵的生成后移至尿素合成塔，导致在尿素合成塔中不能较好地完成甲铵脱水生成尿素的反应，CO2转化率下降，致使后系统回收负荷加大，甲铵泵泵速增加。现将汽包液位由11%提高至30%后，系统产汽量增大，第1和第2尿素合成塔阀门开度恢复正常，甲铵泵泵速降至正常。

(3)原氨泵的柱塞及填料润滑冷却介质采用系统蒸汽冷凝液，回水送至碳铵液槽，解吸负荷过大，氨泵密封水多产生废水8t/h。

氨泵密封水改造:①氨泵填料函、柱塞材质由碳钢更换为不锈钢，避免密封水介质对设备部件的腐蚀。②密封水介质改为一表液。一表液经循环水泵加压后，一部分作为液氨泵填料密封水，吸收氨泵填料箱填料渗漏的氨后循环返回循环水槽，也可返回碳铵液槽。2种密封水管线上安装阀门，必要时介质的上、回水可以进行切换。动力介质综合利用，实现氨泵填料密封水开路循环。实行氨水开路循环后，废水量减少。在循环液泵出口设旁路管线，送氨泵作密封水，既解决了新增氨水量大的问题，又避免了新的动力消耗。