蒸發(fā)式冷卻器在氨合成系統(tǒng)中的應(yīng)用總結(jié)

李　立　張素田

(陽煤平原化工有限公司　山東平原253100)

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蒸發(fā)式冷卻器在氨合成系統(tǒng)中的應(yīng)用總結(jié)

李立張素田

(陽煤平原化工有限公司山東平原253100)

0前言

陽煤平原化工有限公司化肥一廠于2008年新建1套DN 1 800 mm氨合成系統(tǒng),設(shè)計能力為140 kt/a，氨合成系統(tǒng)設(shè)計壓力為31.4 MPa，正常生產(chǎn)時氨合成系統(tǒng)壓力在27.0 MPa左右。該氨合成系統(tǒng)自投用以來，一直存在著水冷器(配置管殼式冷卻器)出口氣體溫度高、冷交換器阻力大及冰機能耗高等問題；尤其是在夏季，開2臺冰機時氣氨壓力還在0.3 MPa以上，導(dǎo)致氨冷凝效率較低，合成氨綜合電耗高。

1工藝流程及主要設(shè)備

(1)工藝流程：由氫氮氣壓縮機七段送來的新鮮氣(補充氣)經(jīng)補氣氨冷器冷卻后進入油水分離器，分離油水后與氨冷器冷卻后的循環(huán)氣體一同進入氨分離器，分離液氨后的混合氣體經(jīng)循環(huán)氣壓縮機加壓后進入循環(huán)氣油水分離器，分離油水后再進入合成塔；反應(yīng)后的合成氣出塔進入廢熱鍋爐，熱量被回收后去熱交換器，換熱后進入水冷器及冷交換器，氣體溫度進一步降低后去氨冷器，出氨冷器后與補入的新鮮氫氮氣匯合，然后去氨分離器，如此進行循環(huán)。

(2)主要設(shè)備參數(shù)見表1。

2存在的問題

2.1冰機能耗高

該裝置水冷器采用管殼式冷卻器，管程和殼程均為兩程，冷卻水走殼程，合成氣走管程。系統(tǒng)投用后，水冷器的換熱效果急劇下降，夏季時水冷器出口氣體溫度達到46 ℃。為此，2012年新增了1臺水冷器，與原水冷器串聯(lián)使用，新增水冷器在冬季時使用循環(huán)水，夏季時使用溴化鋰冷水。運行至2013年，即使采用溴化鋰冷水降溫，水冷器出口氣體溫度仍然高達43 ℃；冬季時水冷器出口氣體溫度也在40 ℃左右。由于水冷器出口氣體溫度高，造成冰機負荷大、能耗高。

表1　主要設(shè)備參數(shù)

2.2系統(tǒng)阻力大

該系統(tǒng)3臺水冷器串聯(lián)，阻力達0.4 MPa，為了減少冰機用電，氣氨壓力需控制在>0.3 MPa，較高的氣氨壓力使經(jīng)新鮮氣氨冷器和循環(huán)氣氨冷器的出口氣體溫度難以降低，尤其是新鮮氣氨冷器出口氣體溫度夏季在12 ℃以上，超過了設(shè)計要求(≤8 ℃)。由于新鮮氣氨冷器出口氣體溫度高，新鮮氣中烴化物難以分離，造成冷交換器阻力上升過快，每6個月就需停車對冷交換器進行熱洗，且熱洗后運行不到1個月，冷交換器阻力由熱洗后的0.01 MPa上升至0.40 MPa。由于以上原因，造成合成系統(tǒng)阻力較大，最高達1.60 MPa，直接增加了循環(huán)機電耗。

2.3合成生產(chǎn)強度低

由于循環(huán)氣和新鮮氣氨冷器出口氣體溫度高，系統(tǒng)的生產(chǎn)能力降低，為了提高生產(chǎn)強度，只有通過降低氣體中甲烷含量來提高空速。循環(huán)氣體中甲烷含量低，造成合成放空量增加，凈氨后噸氨放空氣氣量達到165 m3(標態(tài))，導(dǎo)致合成效率降低。

3問題分析及改造方案

水冷器降溫效果差的主要原因：①循環(huán)水的濁度高，易使水冷器殼程堵塞；②氨合成系統(tǒng)循環(huán)水流量約為1 500 m3/h，供醇烴化系統(tǒng)、合成系統(tǒng)共計6臺設(shè)備降溫使用，循環(huán)水流量偏小，導(dǎo)致水冷器換熱效果較差。經(jīng)多次討論、研究，決定在水冷器后新增蒸發(fā)式冷卻器，以解決合成水冷器出口氣體溫度高的問題。

改造方案:根據(jù)降溫需要帶走的熱量及運行的壓差情況，經(jīng)外出考察對比后決定采用2臺FZL-5800型復(fù)合蒸發(fā)式冷卻器；同時，為了降低系統(tǒng)阻力，將原來2臺水冷器由串聯(lián)改為并聯(lián)后進入蒸發(fā)式冷卻器。

4改造效果

蒸發(fā)式冷卻器投運后，氨合成系統(tǒng)壓力仍為26.5 MPa，水冷器出口氣體溫度下降明顯，從改造前45 ℃降至20 ℃，有效地降低了冰機負荷；同時循環(huán)氣氨冷器出口氣體溫度由改造前的-1 ℃降至<-7 ℃，循環(huán)氣中氨的冷凝效率提高，合成塔入口氣體中氨體積分數(shù)由改造前的2.85%降至2.48%；另外，新鮮氣氨冷器出口氣體溫度從改造前的11 ℃降至3 ℃；冷交換器阻力由熱洗后的0.01 MPa上升至0.40 MPa的時間由改造前的1個月延長至8個月，延長了合成系統(tǒng)的運行周期。新鮮氣補充氣量由改造前62 000 m3/h(標態(tài))增加至63 100 m3/h(標態(tài))，循環(huán)氣中CH4體積分數(shù)由改造前的15%提高至18%，減少了合成系統(tǒng)放空氣氣量，提高了合成氨產(chǎn)量；噸氨綜合電耗由改造前的1 240 kW·h降至1 220 kW·h。該蒸發(fā)式冷卻器等總投資220萬元，投資回收期約6個月，經(jīng)濟效益顯著。

(收到修改稿日期2016-04-18)