李 君,李 娜,馬明新
(河南心連心化肥有限公司,河南新鄉(xiāng) 453700)
河南心連心化肥有限公司(簡稱心連心化肥)二分公司現(xiàn)有兩套水溶液全循環(huán)尿素生產(chǎn)裝置,裝置設(shè)計產(chǎn)能分別為300kt和400kt。隨著尿素行業(yè)市場低迷,噸利潤逐步降低,心連心化肥為實現(xiàn)裝置盈利能力最大化,逐步增加了液氨、精醇及二甲醚等產(chǎn)品的產(chǎn)能,降低尿素生產(chǎn)裝置負荷。但裝置負荷降低后隨之出現(xiàn)尿素系統(tǒng)供給溴化鋰機組熱量減少,合成氨系統(tǒng)冷量不匹配,尿素產(chǎn)品縮二脲偏高,尿素生產(chǎn)成本升高等問題,如何在保證成本、質(zhì)量及熱量平衡的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)尿素裝置柔性調(diào)節(jié),成為亟待解決的問題。
以二分公司二期尿素為例,二期生產(chǎn)系統(tǒng)有3臺熱水型溴化鋰機組,熱水由尿素一吸冷提供熱量,產(chǎn)生的冷量供合成氨使用。尿素滿負荷生產(chǎn)時,能夠提供3臺溴冷機組所需的熱量,但尿素低負荷生產(chǎn)時,產(chǎn)生的熱量只能夠提供2臺(甚至1臺)溴冷機組所需的熱量,不能滿足合成氨系統(tǒng)的冷量需求,具體數(shù)據(jù)見表1。
表1 尿素不同產(chǎn)量時提供熱量的情況
對比表1中兩種工況,在尿素低負荷生產(chǎn)時,若滿足溴化鋰機組滿負荷運行,需要提供的最大熱量為9 660 kW;同時為保持尿素一吸冷水路系統(tǒng)大流量、小溫差的穩(wěn)定運行模式,去溴化鋰水溫需要提高到105 ℃以上。采取的改造方案是在尿素送溴化鋰的熱水管線上增加一臺換熱器,利用系統(tǒng)富裕低壓蒸汽(0.5 MPa蒸汽管網(wǎng))對一吸冷熱水加熱提溫后送溴化鋰機組,增加送溴冷機組的熱量。蒸汽走殼程,熱水走管程,蒸汽冷凝液送回尿素冷凝液槽;換熱器采用原閃蒸換熱段舊設(shè)備,經(jīng)設(shè)備性能參數(shù)核算滿足熱水提溫改造需求。改造于7月完成并投運。
改造后送溴化鋰熱水流量保持在200 m3/h以上,溫度可提高至115 ℃以上,消耗低壓蒸汽約3 m3/h。經(jīng)濟效益對比:換熱器投運后,班耗蒸汽24 t,班電耗節(jié)約3 516 kW·h,綜合效益接近40萬元/a;同時從合成氨整體操作層面分析,在尿素低負荷運行下,改造項目投運后利于合成氨系統(tǒng)冷量匹配調(diào)整,對于合成氨操作控制效果明顯,具有推廣價值,二分公司一期也在同年11月實施了熱水提溫改造。
以二分公司二期尿素為例,原始設(shè)計上塔管線直徑Φ80 mm,滿量生產(chǎn)時上塔流量約55 m3/h(管道流速約3 m/s),為滿足心連心化肥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整,尿素系統(tǒng)保持單塔單機或單塔滿量生產(chǎn),此時系統(tǒng)負荷僅能維持上塔流量在28 m3/h左右(管道流速約1.55 m/s),因物料在系統(tǒng)內(nèi)停留時間過長,直接導(dǎo)致尿素產(chǎn)品縮二脲升高約0.1%,無法滿足尿素優(yōu)級品的質(zhì)量要求。
查《氮肥生產(chǎn)手冊》,尿液中縮二脲的生成速率與尿液濃度、溫度、系統(tǒng)停留時間及氨分壓等因素有關(guān),結(jié)合二期尿素實際裝置狀況,查找出現(xiàn)問題的原因,從尿液濃度最高且縮二脲生成速率最快的上塔管線處著手解決。為匹配尿素低負荷生產(chǎn),準備新增一路Φ50 mm的上塔管線,上塔管線長102 m,新增上塔管線可在尿素低負荷生產(chǎn)時減少停留時間約32 s,查《熔融尿素中縮二脲生成速率與溫度、時間的管線表》,可使縮二脲降低約0.1%,改造于4月完成并投運。
改造后尿素2機生產(chǎn),上塔流量約30 m3/h,管線投運前后產(chǎn)品質(zhì)量改善情況見表2。
表2 管線投運前后產(chǎn)品質(zhì)量情況
新增上塔管線明顯降低了產(chǎn)品縮二脲含量,保證了尿素系統(tǒng)低負荷生產(chǎn)期間的產(chǎn)品質(zhì)量。
因尿素市場持續(xù)低迷,合成氨及尿素系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行,尿素裝置將面臨更加嚴峻的低負荷生產(chǎn)模式挑戰(zhàn)。但隨著生產(chǎn)負荷的不斷降低,尿素成本將升高,控制低負荷生產(chǎn)時尿素的生產(chǎn)成本迫在眉睫。
生產(chǎn)模式調(diào)整后,二分公司兩套水溶液全循環(huán)尿素生產(chǎn)裝置均處于半負荷生產(chǎn)狀態(tài),根據(jù)市場銷售需求,一期生產(chǎn)腐植酸尿素,同時供應(yīng)大顆粒尿液需求,二期生產(chǎn)聚能網(wǎng)尿素。因兩套裝置相鄰而建,主廠房距離不足百米,利用這一優(yōu)勢,決定兩套系統(tǒng)共用合成及中低壓系統(tǒng),將兩套蒸發(fā)系統(tǒng)并聯(lián)使用,即在一、二期尿素裝置中增加一條尿液互轉(zhuǎn)管線,尿液從二期閃蒸泵出口可同時送往一期尿液泵或閃蒸泵進口,實現(xiàn)單套系統(tǒng)單獨蒸發(fā)的目的,尿液互轉(zhuǎn)管線途經(jīng)尿素應(yīng)急池,可應(yīng)對生產(chǎn)突發(fā)情況,解決高濃度尿液遠距離輸送可能帶來的風險,改造于11月完成并具備投運條件。
二分公司一、二期尿液管線的打通,不僅實現(xiàn)了尿素裝置生產(chǎn)負荷的柔性調(diào)節(jié),裝置持續(xù)滿足公司尿素產(chǎn)品的多元化銷售需求,同時可有效控制尿素生產(chǎn)成本,解決了負荷低、成本漲的問題。
通過技術(shù)改造,心連心化肥水溶液尿素裝置持續(xù)保持了質(zhì)量好、成本低的競爭優(yōu)勢,裝置實現(xiàn)了生產(chǎn)負荷彈性調(diào)節(jié),能滿足公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整需求,為公司生產(chǎn)效益最大化奠定了堅實的基礎(chǔ)。