蒸发式冷却器在氨合成系统中的应用总结

李　立　张素田

(阳煤平原化工有限公司　山东平原253100)



蒸发式冷却器在氨合成系统中的应用总结

李立张素田

(阳煤平原化工有限公司山东平原253100)

0前言

阳煤平原化工有限公司化肥一厂于2008年新建1套DN 1 800 mm氨合成系统,设计能力为140 kt/a，氨合成系统设计压力为31.4 MPa，正常生产时氨合成系统压力在27.0 MPa左右。该氨合成系统自投用以来，一直存在着水冷器(配置管壳式冷却器)出口气体温度高、冷交换器阻力大及冰机能耗高等问题；尤其是在夏季，开2台冰机时气氨压力还在0.3 MPa以上，导致氨冷凝效率较低，合成氨综合电耗高。

1工艺流程及主要设备

(1)工艺流程：由氢氮气压缩机七段送来的新鲜气(补充气)经补气氨冷器冷却后进入油水分离器，分离油水后与氨冷器冷却后的循环气体一同进入氨分离器，分离液氨后的混合气体经循环气压缩机加压后进入循环气油水分离器，分离油水后再进入合成塔；反应后的合成气出塔进入废热锅炉，热量被回收后去热交换器，换热后进入水冷器及冷交换器，气体温度进一步降低后去氨冷器，出氨冷器后与补入的新鲜氢氮气汇合，然后去氨分离器，如此进行循环。

(2)主要设备参数见表1。

2存在的问题

2.1冰机能耗高

该装置水冷器采用管壳式冷却器，管程和壳程均为两程，冷却水走壳程，合成气走管程。系统投用后，水冷器的换热效果急剧下降，夏季时水冷器出口气体温度达到46 ℃。为此，2012年新增了1台水冷器，与原水冷器串联使用，新增水冷器在冬季时使用循环水，夏季时使用溴化锂冷水。运行至2013年，即使采用溴化锂冷水降温，水冷器出口气体温度仍然高达43 ℃；冬季时水冷器出口气体温度也在40 ℃左右。由于水冷器出口气体温度高，造成冰机负荷大、能耗高。

表1　主要设备参数

2.2系统阻力大

该系统3台水冷器串联，阻力达0.4 MPa，为了减少冰机用电，气氨压力需控制在>0.3 MPa，较高的气氨压力使经新鲜气氨冷器和循环气氨冷器的出口气体温度难以降低，尤其是新鲜气氨冷器出口气体温度夏季在12 ℃以上，超过了设计要求(≤8 ℃)。由于新鲜气氨冷器出口气体温度高，新鲜气中烃化物难以分离，造成冷交换器阻力上升过快，每6个月就需停车对冷交换器进行热洗，且热洗后运行不到1个月，冷交换器阻力由热洗后的0.01 MPa上升至0.40 MPa。由于以上原因，造成合成系统阻力较大，最高达1.60 MPa，直接增加了循环机电耗。

2.3合成生产强度低

由于循环气和新鲜气氨冷器出口气体温度高，系统的生产能力降低，为了提高生产强度，只有通过降低气体中甲烷含量来提高空速。循环气体中甲烷含量低，造成合成放空量增加，净氨后吨氨放空气气量达到165 m3(标态)，导致合成效率降低。

3问题分析及改造方案

水冷器降温效果差的主要原因：①循环水的浊度高，易使水冷器壳程堵塞；②氨合成系统循环水流量约为1 500 m3/h，供醇烃化系统、合成系统共计6台设备降温使用，循环水流量偏小，导致水冷器换热效果较差。经多次讨论、研究，决定在水冷器后新增蒸发式冷却器，以解决合成水冷器出口气体温度高的问题。

改造方案:根据降温需要带走的热量及运行的压差情况，经外出考察对比后决定采用2台FZL-5800型复合蒸发式冷却器；同时，为了降低系统阻力，将原来2台水冷器由串联改为并联后进入蒸发式冷却器。

4改造效果

蒸发式冷却器投运后，氨合成系统压力仍为26.5 MPa，水冷器出口气体温度下降明显，从改造前45 ℃降至20 ℃，有效地降低了冰机负荷；同时循环气氨冷器出口气体温度由改造前的-1 ℃降至<-7 ℃，循环气中氨的冷凝效率提高，合成塔入口气体中氨体积分数由改造前的2.85%降至2.48%；另外，新鲜气氨冷器出口气体温度从改造前的11 ℃降至3 ℃；冷交换器阻力由热洗后的0.01 MPa上升至0.40 MPa的时间由改造前的1个月延长至8个月，延长了合成系统的运行周期。新鲜气补充气量由改造前62 000 m3/h(标态)增加至63 100 m3/h(标态)，循环气中CH4体积分数由改造前的15%提高至18%，减少了合成系统放空气气量，提高了合成氨产量；吨氨综合电耗由改造前的1 240 kW·h降至1 220 kW·h。该蒸发式冷却器等总投资220万元，投资回收期约6个月，经济效益显著。

(收到修改稿日期2016-04-18)