合成液氨冷量回收改造总结

冯彩平，李东华，李新旗，王 慧，张志强

(河南心连心化肥有限公司，河南新乡 453731)

近年来，化肥行业都在努力挖掘系统内的能源并对其进行充分利用，节能降耗日趋常态化，化肥行业的能源管理体系越来越严谨、细致，作为化肥行业标杆企业的河南心连心化肥有限公司(以下简称心连心化肥)必须将能源管理体系的推广工作做到极致。目前，心连心化肥对合成加氨和合成放氨这2个过程中的部分冷量进行回收，以降低合成系统的氨冷加氨温度和尿素的蒸汽单耗，为化肥行业的节能降耗起到带头作用。

1 改造前状况及改造目的

改造前，合成系统只通过合成冷交换器回收了合成氨冷器出口循环气体的冷量(经过合成氨分离器分离出液氨后)，但没有回收合成氨分离器排出的0 ℃以下甚至-10 ℃以下液氨的冷量以及合成冷交换器底部排出的0～6 ℃液氨的冷量，这些液氨的冷量都白白损失。而加入合成氨冷器的液氨是来自冰机系统氨槽内35 ℃左右的“热”液氨，其温度明显比合成排出的液氨温度高，且合成排出的“冷”液氨与冰机系统的“热”液氨都在合成系统内。

此次改造的目的是将合成系统放至氨库的液氨与冰机系统去合成氨冷器的液氨这2股液氨进行换热，以降低合成加氨温度，降低冰机的电机负荷，同时提高合成氨库液氨温度，降低尿素的蒸汽消耗。为此，新增了1台换热面积为40 m2的液氨冷交换器。

2 改造后工艺流程

改造后工艺流程如图1所示。

图1 改造后工艺流程

(1)低温液氨、冷液氨流程

合成氨分离器排出的-10 ℃液氨和合成冷交换器底部排出的0～6 ℃液氨去液氨冷交换器壳程，与来自冰机系统走液氨冷交换器管程35 ℃左右的“热”液氨进行逆流冷量交换。液氨冷交换器壳程出口的混合液氨去氨库液氨球罐。

(2)冰机系统液氨流程

冰机系统经过合成氨冷器出口的液氨到冰机氨槽，冰机氨槽内35 ℃左右的“热”液氨去液氨冷交换器的管程，与液氨冷交换器壳程内的低温液氨(合成放氨的氨)进行逆流冷量交换，液氨冷交换器管程出口温度降低的液氨经手动调节阀去合成氨冷器进行冷却循环气。

(3)弛放气流程

当合成放氨排出的“冷”液氨与冰机系统的“热”液氨换热温度升高后进入氨库球罐，其产生的弛放气也会增加。氨库球罐弛放气去合成净氨，用脱盐水吸收其中的氨气，导致净氨岗位的氨水量增加。

3 改造效果

改造后液氨冷交换器工艺参数见表1。

表1 改造后液氨冷交换器工艺参数

改造后，热液氨温度降低了18 ℃左右，冷液氨温度升高了7 ℃左右，合成氨冷加氨的阀位从40%左右关至17%左右，合成加氨量明显减少；同时，冷冻冰机从2台大冰机(单台制冷量为900 kW)减至1大1小(大冰机制冷量为900 kW，小冰机制冷量为450 kW)。新液氨冷换热器投运后，放氨压力升高了0.06 MPa，放氨温度升高了7.3 ℃，合成氨水产量为17～19 t/班，比以前升高5 t/左右。通过液氨冷换热器的运行效果来看，达到了技改的预期效果。

4 效益分析

1台液氨冷交换器费用为4.36万元，设备配管、前后配阀门6个、防腐保温及安装费用约5.85万元，则此次技改总投资约10.21万元。以下对回收液氨冷量的经济效益进行核算。

(1)对冰机系统的影响

取热流体的平均温度21 ℃，可得液氨比热容4.515 kJ/(kg·℃)，则回收的冷量为731 430 kJ/h，即203.175 kW。目前冰机的总制冷量6 226 kW，电机总功率2 250 kW，则冰机节约的电功率为 73.3 kW。按电价0.52元/(kW·h)、年运行时间350 d、冰机电机负荷79%计，则平均年节省冰机电费25.3万元。

因液氨和氨水价格差别不大，液氨损耗以及氨水增产量都较小，故温度升高对从弛放气制氨水量及液氨损耗的影响可忽略不计。

(2)液氨温度对尿素液氨预热器热能的影响

技改后，合成到氨库球罐再到尿素的液氨温度在12 ℃左右。氨库球罐往尿素送液氨量为23.4 t/h(以尿素班产328 t，吨尿素耗氨0.57 t氨)，则补充到尿素合成系统液氨量为17.5 t/h，此时液氨的比热容为4.353 kJ/(kg·℃)，则提供的热能为533 242.5 kJ/h，此部分热能原来由氨预热器通过加入冷凝液来提供，合成来液氨温度升高后，可节省此部分能量。根据实际生产成本0.3 MPa蒸汽热量折合2.257×106kJ/t，即折合成蒸汽量为0.236 t/h，按蒸汽价格40元/t计，则年节省热量效益为7.94万元。

(3)液氨温度升高对尿素液氨泵电耗的影响

液氨温升致使去尿素液氨温度升高，加重了尿素氨泵的负荷。氨库往尿素送液氨量在23.4 t/h 左右，而补充到尿素合成系统的液氨量为17.5 t/h，液氨泵进口的液氨量为42.0 t/h，则尿素氨冷凝器过来的液氨占58%，此部分用冷却水冷却来冷凝气氨，液氨温度与冰机系统的液氨温度一样，取30 ℃；尿素液氨缓冲槽过来的液氨占42%，技改前的新鲜液氨温度在5 ℃，则估计技改液氨泵入口的液氨温度为19.5 ℃。现在送到尿素的液氨温度在12 ℃左右，则液氨泵入口的液氨温度为22.4 ℃。19.5 ℃液氨的密度为610.99 kg/m3，22.4 ℃液氨密度为606.56 kg/m3，22.4 ℃液氨的密度比19.5℃液氨的密度减少了0.725%，也就是说液氨泵入口的液氨体积增加了0.725%，液氨泵的电耗增加了0.725%，液氨泵电机总功率为700 kW，出液氨泵电机增加的功率为5.075 kW，则液氨泵增加的年电耗费用为2.22万元。

上述3项合计年节省费用31.02万元左右，按设备的年折旧率10%计，则改造投资回收期为4.4个月。

5 结语

合成液氨冷量回收改造项目主要是为了降低合成氨冷加氨温度，降低冰机电机负荷，从而降低合成氨系统的整体电耗，同时提高合成氨库液氨温度，降低尿素蒸汽消耗。项目改造论证初期，设备设计参数为冷液氨温度升高10 ℃左右、热液氨温度降低25 ℃左右；在项目后期论证过程中，结合新疆、四分公司实际的热液氨温降情况，对参数进行了相应的调整，设备设计参数为冷液氨温度升高11.63 ℃、热液氨温度降低21.00 ℃。该项目实施后，冷液氨温度升高了7 ℃左右、热液氨温度降低了18 ℃左右，距离其设计的温降参数存在一定偏差。目前，液氨冷换热器的操作和运行还处于摸索状态中，有待进一步优化。