尿素水溶液全循法800 t/d优化改造

    安徽晋煤中能化工股份有限公司1#尿素采用水溶液全循环法工艺，1996年建成投产，最初设计生产能力为6万t/a，1998年通过扩产改造，生产能力达到10万t/a。为了适应合成氨增产的需要，2007年1月5日停车对系统进行技术改造，1月21日改造完成投入生产。本次改造的核定生产能力为800 t/d，但由于诸多因素影响，改造不彻底，“瓶颈”问题较多。

       1.氨冷B、C均为2台小氨冷并联，管道布置较乱，气量在各氨冷中分布不确定，冷却效果差；新增加的1000 m3/h凉水塔冷却效果较差，进出水温差不到2 ℃，起不到应有的作用，致使夏季中压系统放空大，氨耗高。

       2.循环水系统分配不合理，没能做到分级供水，整个装置(包括脱碳、CO2压缩)虽然新增1000 m3/h循环冷却水，但循环水量仍然不足，存在2000～2500 m3/h的缺口。

       3.预分离气与一分气之间与二甲液混合接入处不同，一分气流程长，表现出一分气压力高，迫使预分离器出气阀开度较小，预分离效果差，过料不稳，气相有带液现象，进而造成一吸塔操作不稳定。

       4.闪蒸热利用段甲铵反应热回收率低，致使蒸发负荷、甲铵反应热负荷后移，表现为：①一吸外冷器能力不足，一吸塔吸收负荷重，吸收不稳定，回流氨加入量偏大，回流氨水加入困难；②一蒸热利用段换热面积偏小，阻力偏大，膨胀蒸汽热利用率偏低，蒸汽消耗偏高。

       5.热水循环系统局部管径偏细，影响一吸冷却器热量的移出。

       6.尿素产量在600 t/d左右时，不能再加负荷，否则中压放空量大，系统消耗高。

       7.蒸发系统局部管道偏细，阻力偏大，造成加负荷时真空度不易达标，产品质量不易控制。

       针对以上问题，采取了如下改造措施。

       1.循环水系统

（1）核算1#合成氨循环水系统水量，从1#合成循环水系统引出500～1000 m3/h供1#脱碳、CO2压缩机及主厂房一楼各换热器使用，从而达到分级供水，使六楼氨冷凝器冷却水流速和流量得以保证，不仅提高了冷凝效果，而且减少了列管结垢的可能性。

（2）查找尿素循环水凉水塔冷却效果较差的原因，趁冬季外界气温较低的时机，逐台维修尿素循环水凉水塔，更换部分破损的填料和喷头，使布水均匀，提高降温效果。

       2.氨冷凝系统

      （1）新增1台Φ1500 mm、F=672 m2的氨冷凝器，作为氨冷凝器B，将原来2台并联的氨冷器B取消，改造工艺管道，以简化流程，减小系统阻力（2）氨冷器C仍保持2台并联，通过调整配管，尽量使气氨冷凝量分配均匀。（3）氨冷器A需循环水960 m3/h，单独使用处理能力1000 m3/h的主厂房凉水塔降温，六楼闪蒸冷凝器和精洗器改用尿素循环水，降低主厂房凉水塔的冷却负荷。

       3.中压分解、吸收系统

      （1）取消二甲液预热器，改变二甲液管道走向，减小系统阻力。（2）预分离气与一分气合并，与二甲液混合后直接送闪蒸热利用段，这种“双级前置式甲铵热利用”流程，充分发挥了降膜式闪蒸器的热利用效果，提高闪蒸热利用段甲铵反应热的利用效率。将蒸发负荷前移，不仅能够有效解决一分气阻力大的问题，还能够简化流程，节省蒸汽，节省技改投资。（3）新增1台Φ1400 mm、F=560 m2的一吸外冷器，2台一吸外冷器串联使用，前一台外冷器循环脱盐水采用小水量、大温差，供溴化锂机组使用；后一台单独循环，确保一吸塔稳定运行。对相关工艺管道进行改配。（5）热水循环系统中用1台热水泵对应1台一吸冷却器。

       4.蒸发系统

（1）改造二甲液流程，直接进入闪蒸热利用段。（2）利用系统内一级膨胀槽蒸汽加热一蒸热利用段的尿液，实现蒸汽热能的梯级利用，解决一级膨胀蒸汽超压问题。（3）拆除二表冷B，加大蒸发洗涤器进出口管管径，减小系统阻力。利用拆下的二甲液预热器改造为蒸发中间冷凝器，使中间冷凝器的换热面积由36 m2增加到110 m2，提高冷凝效率，确保真空度合格，产品质量达标。

       5.CO2压缩机系统 

（1）在CO2压缩机一段进口管增加1台Φ1000 mm、换热面积220 m2的CO2气体冷却器，用5～10 ℃的深冷水降温，以便降低吸入气体温度，大大提高机组的输气能力，减少功率消耗。（2）对压缩机各级冷却器进行逐台检查、清洗或更换，增大换热面积，同时清理各段汽缸夹套，提高整机输气量。（3）对原7台脱硫罐丝网进行逐台维修、更换，防止脱硫剂被气流带出而卡塞活门、气阀，提高整机运行时间。同时新增加1台Φ1800 mm×6860 mm脱硫罐，确保4台机组全部投运时入尿素合成塔的气体质量。

       该装置改造投运以来运行稳定，原先制约系统生产的因素得以消除，达到了优化改造的预期目标。

       1.系统压差较改造前降低0.03~0.05 MPa（六楼预分离器气相阀全开）；中压吸收操作较为稳定，同样负荷下，一吸塔回流氨量较以前减少30%~50%，氨冷凝负荷大大降低。

       2.循环水凉水塔部分填料和喷头经维修和更换后，填料层布水均匀、一致，避免了沟流、柱流、偏流现象；降温效果良好，外界气温在35~38 ℃时，尿素循环水上水温度28~29.5 ℃，主厂房循环水上水温度29~31 ℃，与上年相同气温条件下相比，水温分别下降3～4 ℃和7～8 ℃。

       3.由于循环水水质的改善和凉水塔传热效果的改善，各台氨冷凝器上水、回水温差均有不同程度的提高，气氨冷凝效率有了很大提高；外界气温在35~37 ℃，在日产尿素650 t时，氨冷器出气温度约31 ℃，较上年同期下降6～8 ℃。由于氨冷凝负荷的减轻，蒸发式氨冷器目前已经停运。

       4.由于氨回收效率的提高，吨尿素氨耗较改造前降低约5 kg；由于一级膨胀蒸汽的全部利用，一级、二级膨胀槽超压的现象已基本消除，吨尿素蒸汽耗较改造前降低100~150 kg。

       5.CO2压缩机一段进口原料气冷却器投运后，原料气温度由40~43 ℃降至25 ℃左右，CO2压缩机输气量明显提高；由于CO2压缩机输气量提高和尿素产量的提高，吨尿素电耗平均下降约10 kW·h；原料气中微量PC液的分离、去除，减轻了对CO2压缩机各级汽缸、活门及管道的腐蚀。

       6.增产降耗效果明显。（1）改造前尿素最高产能600 t /d，改造后按装置满负荷运行800 t/d，吨尿素创效益100元计，则增加效益2万元；（2）改造后按吨尿素平均氨耗下降5 kg计算，日产尿素800 t时，节省氨量4000 kg/d，吨氨价格按2000元计，则节省费用8000元/d；（3）改造后按吨尿素平均蒸汽耗下降100 kg计算，日产尿素800 t时，节省蒸汽量80 t/d，吨蒸汽成本按100元计，则节省蒸汽产生的费用为8000元/d。总效益3.6万元/d，本次技改总投资为253万元，投资回收期70.3 d。