磷铵装置气氨供给改进与热量利用

2024-04-01刘杰华陆盛涛

磷肥与复肥 2024年2期

刘杰华，陆盛涛

（云南云天化红磷化工有限公司，云南开远 661600）

0 引言

云南云天化红磷化工有限公司（以下简称公司）有4 套磷铵装置，其中3 套为磷酸二铵（DAP）装置，1 套为粉状磷酸一铵（MAP）装置，所使用的液氨或气氨均由公司氨站供给。随着公司30 kt/a、40 kt/a磷酸二氢钾装置先后建成投产，并逐步稳定运行，气氨需求量增加，氨站气氨供给量难以满足全公司生产需求。

1 磷铵装置生产中气氨供给存在的问题

1.1 MAP装置液氨蒸发器故障频繁

公司MAP 装置配有专用的液氨蒸发器，氨站供给的液氨（温度15 ～25 ℃）与磷酸浓缩装置的蒸汽冷凝水（温度90 ～110 ℃）换热后转换成气氨（温度50 ～70 ℃）。液氨蒸发器为卧式直管列管式蒸发器，管程为冷凝水，壳程为液氨，由于冷凝水与液氨温度差较大，液氨蒸发器管程与壳程膨胀量不同，产生热应力，致使液氨蒸发器频繁出现泄漏，不但增加了维修费用，缩短了装置运行周期，而且因液氨蒸发器泄漏致使冷凝水呈碱性，影响后续系统冷凝水回收装置的正常运行。

1.2 气氨输送管道热损失大

磷铵生产中，为了控制造粒机出口物料水分，管式反应器内的反应温度一般控制在130～150 ℃［1］，以利用自身反应热将料浆中大部分水闪蒸掉，从而降低干燥工序的负荷。管式反应器内热量来源主要为磷酸和氨的放热反应，还有一部分为磷酸、液氨、气氨等原料所带入的热量。

公司3 套DAP 装置中有2 套装置的气氨是由氨站直接供给，气氨输送管道全长约550 m，氨站气氨缓冲罐出口气氨温度为60 ℃，由于气氨输送管道未进行保温，进入DAP 装置后气氨温度仅有30 ℃，造成大量热量流失。液氨温度低，且汽化成气氨时还要吸收大量热量，为了保证管式反应器的反应热，则需要加大气氨用量、减小液氨用量，从而增加了氨站气氨供给负荷。

2 解决措施

2.1 氨站供氨系统技术改造

氨站采用液氨泵供氨，并增大液氨泵进出口管径。停用MAP 装置内部液氨蒸发器，在氨站增加2 台卧式U 型列管式蒸发器，每台蒸发能力8 t/h，液氨蒸发器出口设置气氨缓冲罐，用来稳定气氨压力。重新布置供氨管，采用一根总管、各个用氨点从总管上引出供氨。配套新建100 m3冷/热水槽各一个，各配置2 台水泵，均为一开一备。热水从磷酸浓缩装置送到热水槽，通过热水泵供给液氨蒸发器，换热后的冷水回到冷水槽，再由冷水泵送到硫酸装置，热水槽加装电导率在线监测仪，监测磷酸浓缩工序来冷凝水水质。冷/热水泵的频率、电流、停运状态，液氨蒸发器和水槽的液位、温度、电导率等信号引入氨站主控室。改造后工艺流程见图1。

图1 氨站供氨系统改造后工艺流程

2.2 对气氨输送管道进行保温

对氨站至2套DAP装置的气氨输送管道进行保温，降低供氨过程中的热损失，提高进入管式反应器的气氨温度，从而降低装置气氨用量。

保温前2套DAP装置气氨消耗总量6 000 kg/h，液氨消耗总量4 000 kg/h。保温前进DAP 装置气氨温度30 ℃，比热容3.308 kJ/（kg·℃）；液氨温度20 ℃，比热容4.773 kJ/（kg·℃）；20 ℃液氨汽化潜热1 187.46 kJ/kg。保温后进DAP 装置气氨温度55 ℃，比热容4.035 kJ/（kg·℃）［2］。

（1）保温前气、液氨带入热量：气氨带入热量Q1=6 000×30×3.308 kJ/h=595 440 kJ/h；液氨带入热量Q2=4 000×20×4.773 kJ/h=381 840 kJ/h；20 ℃液氨汽化成20℃气氨吸收热量Q3=4 000 ×1 187.46 kJ/h=4 749 840 kJ/h。则保温前气、液氨带入热量∑Q前=Q1+Q2-Q3=-3 772 560 kJ/h。

（2）保温后气、液氨带入热量：气氨带入热量Q4＝55 ℃×4.035 kJ/（kg·℃）·qm（气氨）；液氨带入热量Q5＝20 ℃×4.773 kJ/（kg·℃）·qm（液氨）；20 ℃液氨汽化成20 ℃气氨吸收热量Q6＝1 187.46 kJ/kg·qm（液氨）。则保温后气、液氨带入热量∑Q后＝Q4+Q5-Q6。

（3）保温后消耗气氨、液氨量：为了不影响系统反应热，保温前后带入系统的热量需相同，即∑Q前=∑Q后；由于进入系统的气、液氨总质量流量不变，即qm（气氨）+qm（液氨）=10 000 kg/h。因此可计算出qm（气氨）＝5 440 kg/h，qm（液氨）＝4 560 kg/h。

气氨输送管道保温前后装置气氨用量见表1。

表1 气氨输送管道保温前后装置气氨用量

氨站新增的2台液氨蒸发器的设计能力合计为16 000 kg/h，实际效率约为85%，实际气氨供给量为13 600 kg/h，气氨输送管道保温前难以同时满足5套装置气氨用量，保温后由于气氨温度提高，气氨带入的热量增加，在保证系统反应热的前提下2套DAP装置每小时气氨用量可减少约560 kg，从而使氨站气氨供给量可以满足5套装置同时使用。