蒸发式冷凝技术在氮肥生产中的应用.pdf

作袁也是企业提高安全管理的主要方式遥 检查人员应提高自身素质袁正确行使检查权利遥 生产企业可通过安全检查消除安全隐患袁实现真正的安全生产遥参考文献：员 郭爱洪,刘灵灵,邓少旭.安全检查表在安全评价中的地位、作用及应用J.石油化工安全技术,2006(5):24-26,2.2 陈捷.安全检查莫吹风J.农电管理,2012(6):9.3 林建华.安全检查不能预约J.中国石化,2012(1):82.第37卷第4期2023年7月天津化工Tianjin Chemical IndustryVol.37No.4Jul.2023蒸发式冷凝技术在氮肥生产中的应用刘冠美（阳煤平原化工有限公司，山东 平原 253100）摘要院 蒸发式冷凝器是工业冷却中的主要换热设备之一，作用原理是通过空冷换热管束的空气换热和蒸发换热管束的蒸发换热，对生产系统装置中的工艺介质进行冷却，满足生产需求，是化工生产系统装置中冷换设备的新一代节能环保产品。阳煤平原化工有限公司应用蒸发式冷凝技术对旧有氮肥生产装置进行了改造，改造后出口气体温度明显下降，从原来的 45益下降至 20益，有效降低冰机负荷，同时合成氨冷器出口气体温度在-7益以下，经济效益及节水效果显著。关键词院装置改造；蒸发冷凝；节能降温doi:10.3969/j.issn.1008-1267.2023.04.034中图分类号院 TQ026.2文献标志码院 A文章编号院1008-1267(2023)04-0119-04收稿日期：2023-01-131装置现状阳煤平原化工有限公司系国家大型煤化工企业袁主要产品为氨醇 100 万 t/a尧尿素 100 万 t/a袁生产系统采用传统小氮肥制造工艺遥氨合成装置合成气冷却采用管壳式水冷却器袁不仅换热效果差袁夏季时出口气体温度达 4046益袁造成冰机负荷大尧氨冷凝效率低尧综合电耗高曰 三台水冷器串联造成合成系统压差较大袁直接影响循环机电耗遥 尿素装置氨冷器采用传统的列管式换热器袁冷却效果不理想遥 夏季高温时氨冷器出口温度超过 38益袁 气氨不能完全冷凝下来袁造成氨冷却器出口气体夹带气氨袁增大了后续设备的运行负荷遥 本公司采用蒸发式冷凝器对氨合成装置与尿素装置冷却系统进行改造袁实现降温尧节水的目的遥2工作原理蒸发式冷凝器是化工生产系统装置中的主要换热设备之一袁融合了空冷式尧水冷式和冷却塔的紧凑式换热器袁取代了野管壳式冷凝器+冷却塔冶的制冷剂冷凝模式袁通过空冷换热管束的空气换热和蒸发换热管束的蒸发换热袁将生产系统装置中的工艺介质进行冷却或冷凝袁 从而达到工天津化工2023 年 7 月项目系统压力/MPa水冷器出口温度/益补充气量/（m3/h）甲烷/%氨冷出口气体温度/益合成氨电耗改造前26.5456200015-11240改造后26.5206310018-71220艺介质的需要袁主要应用于合成氨尧尿素尧乙二醇尧有机胺等生产系统的合成工序尧精馏工序尧冰机系统等关键工艺过程袁具有良好的节水节电效果遥蒸发式冷凝器在工作过程中袁喷淋水由水泵将集水槽中的水输送到蒸发式冷凝器顶部的喷淋管袁经喷嘴喷淋到冷凝排管的外表面形成很薄的水膜袁 水膜中部分水吸热后蒸发为水蒸气袁其余落入集水槽袁供水泵循环使用遥轴流风机强迫空气从顶部和侧壁下部被吸入流经盘管袁填料尧饱和热湿空气则被排到周围大气中袁热湿空气中夹带的部分水滴通过收水器截留袁有效地控制水滴飘散损失袁散失至大气中的水蒸气在系统中由浮球阀控制补充冷却水遥换热管常用的有碳钢热浸锌管尧 铝合金管尧不锈钢管遥 其中碳钢热浸锌型蒸发式冷凝器为最早开始使用的产品且拥有国内大部分的用户袁主要用于高压气体冷凝尧冷却袁适用压力范围为 030MPa;铝合金型蒸发式冷凝器为新型节能型新一代产品适用于冰机制冷剂冷凝袁适用压力范围为 05MPa;不锈钢管蒸发式冷凝器主要用在化工厂的腐蚀性气体冷却及冷凝工艺中1遥3氨合成水冷器应用情况3.1改造方案鉴于氨合成系统生产中存在水冷器出口气体温度高尧冷交阻力大尧冰机能耗高等问题袁降低水冷器出口气体温度尧减轻氨冷负荷袁是解决问题的主要途径遥 水冷器降温效果差主要有两方面原因院1冤合成循环水水质浊度高袁进入水冷器易堵塞壳程曰2冤合成循环水水量偏小尧易结垢袁导致水冷效果差遥 经过多次讨论袁更换管壳式冷却器仍难达到降温要求袁改为淋洒式冷却器袁但受现场空间及环保限制不宜实施遥 最终决定在水冷器后增加蒸发式冷却器袁解决合成水冷器出口气体温度高的问题遥根据降温需要带走的热量及运行的压差情况袁在水冷器后增加两台复合蒸发式冷凝器袁同时为了降低系统阻力袁将原串联式水冷却改为并联遥3援2改造投资总投资为 220 万袁其中设备为 200 万元尧土建为 2 万元尧安装材料与施工费为 18 万元遥3援3改造效果蒸发式冷凝器投用后袁水冷器出口气体温度下降明显袁从 45益下降至 20益袁有效地降低冰机负荷袁 同时合成氨冷器出口气体温度在-7益以下渊见表 1冤遥表 1投用前尧后的相关数据3援4改造后效益分析1冤系统甲烷含量升高袁放空量减少袁产量增加遥系统甲烷由 15%上升至 18%袁减少的放空气量院62000伊2%15%-62000伊2%18%抑1377.8m3/h减少气量增加的产量院1377.8伊(1-18%-12%)22.4伊2伊17伊24伊330抑2898.72t/a遥其中 75%的气体通过提氢后回收至系统袁节约费用 553 元/t 氨袁年效益院2898.72伊0.75伊553抑120.22 万元另外 25%的气体为直接损耗袁节约费用 1500元/t 氨袁年效益院2898.72伊0.25伊1500抑108.7 万元合计院120.22+108.72=228.94 万元2冤补充气量增加袁产量增加遥每年增加的产量院1100伊242890伊330抑3014.5t/a袁120第 37 卷第 4 期系统压力不变袁补充气量增加可节约费用 650 元/t 氨遥年效益院3014.5伊650抑195.94 万元3冤冰机负荷降低袁电耗降低遥以 2022 年同期为标准袁在氨冷气体温度控制在-7益的情况下袁冰机电耗下降 2.4kW 窑 h/t 氨袁年效益 40 万 t/a伊2.4kW 窑 h/t 氨伊0.59 元=56.64 万元遥4冤蒸发冷运行需要的费用遥耗电院120kW 窑 h伊24h伊330d伊0.59 元抑56.07 万元/a耗水院15m3伊24h伊330d伊2 元抑23.76万元/a总费用院56.07+23.76=79.83 万元/a蒸发冷投用后的总效益院228.94+195.94+56.64-79.83=401.69 万元遥4尿素氨冷器应用情况4.1改造方案基于列管式氨冷器换热效果差袁夏季因出气温度高导致生产负荷低尧氨耗偏高等问题袁研究决定在尿素中压系统增上一台 800m2蒸发式冷凝器袁与原有氨冷器并联运行袁部分或全部替代氨冷器 B尧C袁降低氨冷器出口温度袁降低尿素氨耗袁减少最终尾气中的氨含量和稀氨水解吸蒸汽消耗量遥 蒸发冷设备出口经分离器分离后袁气相入惰洗器袁分离下来的液氨进缓冲槽遥4援2改造投资设备投资为 80 万元袁 安装及其他费用为 20万元袁尿素蒸发冷改造总投资为 100 万元遥4援3初期运行存在的问题尿素蒸发冷凝器设备投用初期运行不稳定袁实施效果不显著袁主要表现为下液不畅遥 蒸发冷液相出口进分离器袁压力调节不平衡时出现分离器下液受阻袁气相带液的问题遥 具体原因为院1冤分离器液氨出口应进液氨缓冲槽入口袁由于缓冲槽入口没有备用管口袁蒸发冷下液管接在缓冲槽出口管道上袁缓冲槽内液位与蒸发冷下液管位差约有 1.5m袁约合 0.01MPa 阻力遥 2冤蒸发冷设备与液氨缓冲槽没有气相平衡管遥 分离器与惰洗器相连袁压力较低袁压力调节不平衡时袁分离器压力会略低于缓冲槽压力 0.02MPa遥 3冤分离器液相出口管设 0.5m 高 U 型弯遥 U 型弯前氨液产生了0.03MPa 的静压袁只有克服静压袁氨液才能顺利流入贮氨器的排液管中去遥 由于分离器本身并不高袁内部氨液产生的静压不足以克服 0.03MPa 的压力袁所以分离器内部充满液体袁甚至蒸发冷盘管中下部也会产生积液遥 同时袁由于蒸发冷盘管内有大量氨液集聚袁换热面积大大减少袁导致蒸发冷效果不好遥4援4运行问题的解决方案1冤蒸发冷设备与氨冷器 B 并联袁蒸发冷分离出的气氨送氨冷器 C 进一步冷却袁降低进惰洗器 NH3含量遥 2冤蒸发冷设备进口与液氨缓冲槽之前设立气相平衡管遥 3冤分离器排液管 U 型弯去掉减少阻力遥后期通过不断摸索尧优化调整袁使氨冷器 B尧C与蒸发冷凝器达到一种平衡袁没再出现过分离器满液袁下液不畅的现象遥4援5改造后效益计算根据生产记录纸与产量统计袁改造前后夏季同期生产情况对比如表 2 所示遥通过对比发现袁尿素蒸发冷凝器投用前后尾气中 NH3含量并没有明显变化袁但是改造后同期产量较改造前有所增加袁NH3耗略有下降袁生产操作比去年同期稳定袁更好调节遥 改造后平均每班产量增加 6.5t袁日产增加 19.5t袁平均 NH3耗吨尿素下降 7kg遥 尿素售价为 1600 元/t袁NH3售价为2800 元/t遥4.5.1增加的年效益尿素产量增加的效益院19.5伊300伊1600=936万元遥NH3耗降低增加的效益院0.007伊183伊3伊300伊2800抑322.8 万元两项合计的年增加效益院936+322.8=1258.8万元遥刘冠美：蒸发式冷凝技术在氮肥生产中的应用121天津化工2023 年 7 月表 2改造前后夏季同期生产情况表4援5援2增加产量的生产消耗NH3为 0.59t/t袁价格为 2800 元/t遥则 NH3耗增加成本院19.5t伊300伊0.59伊2800=966.42 万元遥汽耗为 1.2t/t袁价格为 110 元/t遥则汽耗增加成本院19.5伊300伊1.2伊110=77.22万元遥两项合计的产量增加带来成本上升院966.42+77.22=1043.64 万元遥4援5援3蒸发冷系统冷却水循环造成的成本上升风机电机增加的电耗院5.5伊4伊24伊300伊0.61=9.6624 万元遥水泵电机增加的电耗院5.5伊2伊24伊300伊0.61=4.8312 万元遥新增电耗合计院9.6624+4.8312=14.4936 元遥水耗院 采用蒸汽冷凝液作为补水袁可以不考虑遥总成本上升院1043.64+14.4936抑1058.1 万元遥4援5援4投用蒸发冷设备后年效益1258.8 万元-1058.1 万元抑200 万元遥5结束语高效复合蒸发式冷凝器采用潜热换热和独立的循环水系统袁水泵扬程只有 8m袁节水节电效果明显曰与管壳式氨冷器相比袁换热效果更好尧出口温度更低袁采用此种新型氨冷器袁可大大减轻后序设备的负担袁合成氨装置应用高效复合冷却冷凝设备袁具有显著的节水节能效果及一定的社会效益和经济效益遥参考文献：员 蒋翔，朱冬生.蒸发式冷凝器发展和应用J.制冷,2002(4):29-33.改造后8 月 1 日4.9315.728180.15883.4514.727193.75858 月 18 日5.7612.524177.55823.6421.928190.45858 月 30 日4.6316.033174.05984.8216.230179.05919 月 1 日5.2315.7179.05983.9419.131181.85889 月 10 日5.0115.729178.05964.8612.724184.75867 月平均172.0592180.05838 月平均174.0603177.05869 月平均（2011年全月平均；2012年 9 月 1 日-9日平均）180.0592180.0585所取数据平均值176.8593183.3586尾气 NH3惰洗器 NH3改造前氨冷 C/益班产/tNH3耗/(kg/t)表 2改造前后夏季同期生产情况表122