氨合成系统输氨流程节能改造简介氨合成系统输氨流程节能改造简介
何柳杰，覃桂亮
（柳州化工股份有限公司，广西 柳州545002）
［摘 要］对氨合成系统输氨流程中存在的问题进行探讨，通过增设换热器和优化压力输氨系统，解决了系统冷热负荷不平衡的问题，从而降低了冰机能耗，达到了节能增效的目的。
［关键词］ 氨合成系统；输氨流程；热氨泵；换热器；压力输氨；优化改造
［中图分类号］ TQ 113.26+6.3 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2015）
目前，大型低压合成氨流程已是非常成熟的工艺，生产中存在一系列的放热反应，如何利用反应副热来优化流程，以达到节能的目的，是装置进行技术改造和创新的有效途径。柳州化工股份有限公司二合成分厂通过对氨合成系统输氨流程中存在的问题进行分析探讨，实施了工艺流程的优化改造，达到了降低冰机能耗和优化操作的目的。
1 氨合成工艺流程概述
二合成分厂合成氨装置采用的是成熟的凯洛格低压合成氨工艺流程，其主要流程见图1。
图1氨合成系统工艺流程简图
2 原输氨流程存在的问题及解决方法
2.1 输氨流程存在的问题及分析
正常生产过程中，应生产调度的要求经常需要调整冷冻系统输送冷热氨的分配量。当需要大量输送热氨时，合成高压氨分离器（106-F）分离出的液氨压力在8.0～13.0 MPa，温度在-24～-25 ℃，经低压氨分离器（107-F）减压分离不凝气后出来的-23 ℃、1.6 MPa的液氨进入冷冻系统换热，闪蒸成0.01 MPa的低压气氨，再经105-J冰机压缩成1.4 MPa的气氨，然后通过循环水冷却成35 ℃的热氨进入热氨受槽（109-F），经热氨泵提压至2.5 MPa后输送至各氨加工单位使用。这种送氨方式，流程长、换热设备多，液氨压力由高减到低，再由低提至高，势必造成105-J冰机冷冻系统能耗很高，且送热氨时合成系统产生的-25 ℃液氨的冷量没能得到充分回收利用。另外，大量输送热氨也会加重热氨泵的负荷，实际生产中由于热氨泵需长期运行，其机封经常出现泄漏，导致检修频繁，既增加了检修费用，又污染了环境。
经过对输氨流程进行分析、讨论后，我们认为，可以对输氨流程进行优化改造，即利用高压氨分离器（106-F）出来的-25 ℃液氨与出塔合成气换热达到优化系统、降低能耗的目的。
据工艺数据测算，出塔合成气经水冷器冷却后仍有约60 ℃，将其与-25 ℃的低温液氨换热，当液氨由-25 ℃温升至20 ℃时［查《氮肥工艺设计手册》，20 ℃液氨比热容Ｃp＝4707 kJ/(kg·℃)］，吨液氨可吸收的热量为Q＝G·Ｃp·Δt＝1000×4.707×［20-（-25）］＝211 815 kJ。若按系统设计生产能力50 t/h计算，则每小时可吸收出塔合成气的热量为Q＝211815×50＝10.59×106 kJ，即将50 t/h的-25 ℃液氨利用出塔合成气换热成20 ℃的热氨外送，可减少10.59×106 kJ/h的热量进入105-J冰机冷冻系统，同时回收了液氨的冷量，从而可降低105-J冰机的制冷能耗。若按吨标煤29.27×106 kJ的发热量折算节能量，则此项技改可节省标煤0.362 t/h，节能效益显著。
2.2 将原输氨流程改造为压力输氨流程
通过以上分析，我们决定在已有流程的基础上增加1台工艺气换热器（1210-C），用出塔合成气对高压氨分离器出来的冷氨进行加热，加热后的液氨进入新增的压力输氨罐（113-F），减压分离弛放气后再输送至后续氨加工单位，不再开热氨泵；而113-F送出的少量热氨则用调节阀送至低压氨分离器（107-F），经减压分离不凝气后再补充入冰机冷冻系统，以维持各氨冷器液氨的用量。新增压力输氨流程后系统工艺流程见图2（图中虚线框内为新增压力输氨系统）。
图2新增压力输氨流程后系统工艺流程简图
压力输氨系统很好地利用了低温液氨冷却合成气，回收冷量的同时加热液氨，通过压力输氨罐减压输送热氨，既降低了105-J冰机的热负荷，又可停下热氨泵备用，消除了热氨泵长期运行机封泄漏的问题并节省电能。另外，压力输氨系统设计送热氨量可达50 t/h，能最大限度地减少液氨经低温氨库贮存后再加热送往氨加工单位，降低了氨库运行设备的能耗。
2.3 压力输氨系统投用后出现的问题
压力输氨系统顺利投用后，达到了预期的目的。但在实际运行过程中也遇到了如下问题。
（1）正常生产时，低温液氨通过工艺气换热器（1210-C）吸收合成气中的热量后成为热氨，大部分送至氨加工单位，可移出合成气中大部分的热量，不会增加105J氨冰机的热负荷。但当生产中需要减少热氨量而改送冷氨时，会使部分经换热后10～35 ℃的热氨通过调节阀经低压氨分离器减压后进入105-J冰机冷冻系统，然后进入闪蒸槽（112-F）减压闪蒸而放出热量，造成105-J冰机低压缸进口气氨流量、温度、压力升高。闪蒸出的大量气氨在冰机低压缸压缩做功，加重了冰机低压缸进口氨冷器（119-C）的热负荷，而高压缸的一、二段进口气氨流量变小，使得高压缸一段进口氨冷器（118-C）和高压缸二段进口氨冷器（117-C）的热负荷变小。冷冻系统各级氨冷器的热负荷分配不均衡，也造成冰机低压缸进口流量大而使其防喘振阀全关，高压缸一、二段进口流量偏小而使其一、二段防喘振阀开度都在30%以上。冰机各段防喘振流量相差过大，既不利于机组的操作调节，又增加了105-J冰机的能耗，使机组处于不经济的运行状态。
（2）使用压力输氨系统大量送热氨时，受压力输氨罐（113-F）设备高度的限制，其内部上方除沫网不能很好地分离弛放气中的液氨，造成弛放气中氨含量达35%以上，增加了系统的氨损失。
更多内容请见《中氮肥》2015年第6期