尿素装置低压调温水循环冷却器的改造Word文档格式.doc

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我厂尿素装置是采用斯塔米卡邦co2汽提法工艺，其低压循环吸收系统包括低压甲铵冷凝器（302c）、低压吸收塔（302e）、液位槽（301f）、低调水系统、冷却器（303c）。

来自精馏塔（301e）的气相从低压甲铵冷凝器（302c）底部进入并在内部冷凝，用低压调温水封闭循环冷却，调温水由901-j/js循环，在低压调温水冷却器（901-c）中用循环水冷却。

温度通过tic-304调节流过901-c的调温水量进行控制，进302-c的调温水温度，被控制在45-50℃，低压甲铵冷凝器（302-c）顶部的气液混合物进入液位槽（301-f）进行气液分离，大部分甲铵液借重力差返回302-c，以有利于302-c内气液混合，提高冷凝效率以减少甲铵结晶机会。

另一部分则经高压甲铵泵（301-j/js）被送入203-c顶部，液位槽分离出来的气体随即进入低压吸收塔（302-e），在302-e中，大部分气体通过填料层被吸收，吸收剂为来自702-e的甲铵液，为提高喷淋密度增加吸收效果，从302-e底部抽出部分溶液进行循环。

吸收器（302-e）中未冷凝的气体从顶部经低压系统调节阀（pv-304）离开进入常压吸收塔（c-305），通过填料床用氨水糟来的稀氨水进一步吸收气体中的nh3和co2。

进入常压吸收塔的还有从水解系统v-801来的气体和蒸发系统冷凝器中分离的气体。

最终不被冷凝的气体经过常压系统调节阀（pv-305）进入烟筒放空。

二、存在的问题

1.现象

低压系统自建厂投用以来装置运行比较稳定，但是由于多种原因低压系统还是经常出现超压的现象，尤其是在夏季超压现象更为频繁，pic304常为全开状态，付线开度很大，引起放空大。

2.危害

2.1低压系统超压，低压气相的吸收效率不高，302c冷凝不好，气相进入填料段的量增加，循环压力高，放空量大，氨损失增大，污染环境，消耗高，对企业的节能减排和环境保护都造成很大的负面作用。

2.2低压系统压力升高进而影响精馏塔301e压力也高，精馏塔301e内液相中甲铵分解效果不好，同时液相中大量氨和二氧化碳随尿液带入尿液槽，增加了蒸发的负荷，蒸汽用量增加，同时真空度下降，过多的游离氨经由蒸发气相经冷凝进入701f，导致701f内氨，二氧化碳浓度升高。

2.3低压吸收塔302e出气氨含量高，常压吸收负荷高，也引起氨水槽701f浓度高。

2.4701f内氨和二氧化碳浓度高加重水解负荷，解析系统耗气量增加，解析压力也不易控制容易超压，若解析压力高于0.4mpa蒸汽管网压力，若同时蒸汽管上止逆阀失灵，解析液将倒入0.4mpa蒸汽管网，污染整个蒸汽系统，受污染蒸汽伴随注汽进入透平，从而引起透平真空下降，机组连锁动作跳车。

同时返回低压系统的液相中甲铵液浓度高，更不利于低压循环系统的吸收，系统恶性循环导致低压系统持续超压，pic304常处于全开状态。

三、分析讨论

引起低压系统超压的原因有很多，结合本单位实际情况来看，可能的原因有记下几点：

1.高压系统工况不好。

但是在多次超压的情况下所测得的气提效率都在80%左右，排除此因素。

2.负荷过高。

在冬季同负荷或者稍高负荷下并未有此现象，负荷过高引起低压超压不成立。

3.循环水温进口温度高。

夏季循环水进口水温一般为36℃，冬季一般为30℃，此方面有所影响，但是这是外部环境的影响很难从此方面改进。

4.低压调温水冷却器效率低。

低调水的温度是依靠低压调温水冷却器带走，其工作效率直接影响低压系统的运行状况。

事实也正是如此901c与其他同楼层的换热器比较，结垢现象严重很多，以往每次停车，只要时间允许就会清洗901c。

结垢直接导致901c工作效率低，致使低压调温水温度过高tic304最高达58℃，设计值50℃。

随着温度升高，某些盐类溶解度逐渐下降，就会析出沉淀[1]，这样又进一步降低了其效率，进入恶性循环。

通过上面的分析可以得出结论：

提高低调水循环冷却器的工作效率可以改善工况，可以改善或解决低压系统超压的问题。

四、解决方案的确定

原低压调温水循环冷却器是组合式8管程2壳程列管式换热器又称管壳式换热器，该换热器管程为循环水，壳程走低调水。

这种结构的换热器管侧流体的流量较小且传热面积较大，带走热量的能力小，循环水本身的水温上升幅度较大[2]。

出口循环水温度的持续超高势必造成列管结垢日渐严重，影响换热器工作效率。

原尿素装置低压调温水冷却器流程见图1。

理论上讲换热效果要好则可以采用以下措施：

1、改善低调水冷凝器的结垢问题。

2、提高循环水的流量，可通过提高水流速或者是加大换热器的容积。

从环境保护的角度看来，除垢最好不要外加除垢化学试剂，上面分析的结论可以看出，冷凝器结垢主要是水温高引起的，而提高循环水的流量由换热公式q=cm（t出-t进）（q为带走的热量，c为循环水的比热容，m为单位时间循环水的质量，t出为循环水出口温度，t进为循环水进口温度）看出：

要降低循环水出口温度并保证带走热量，就只有提高循环水质量即提高循环水的流量。

两个解决方案最终都归结于要提高循环水的流量。

原本的8管程2壳程换热器其实是2台4管程1壳程换热器串联操作，虽然管程越多换热效率越高但管程越多循环水流速也越小，影响了换热效果，并且串联后第二台换热器的进口循环水来自第一台换热器的出口，其温度已经较高，第二台换热器的效率大大降低。

为节约成本，不增加设备来解决流量小的问题，经过分析讨论决定改两台串联为并联。

冷却器循环水的流动程数减半，减少了循环水的停留时间，相对提高了循环水在901-ca/cb管内的流量，且901-cb也采用循环水总管的新鲜循环水作冷却介质，降低了其进口循环水温度，提高了冷却效果，对低压调温水温度降低有利，保留了原来的串联流程，没有增加操作难度。

低调水冷凝器改造流程如图2所示：

901-ca/cb由原来的串联流程通过增加三个阀门用很小的投资改为并联流程。

在冬季或循环水温度较低时关闭3、4阀，打开1、2、5阀循环水走原串联流程。

在夏季或循环水温度较高时打开3、4阀，关闭5阀则循环水改走并联流程。

五、效果验证

六、总结

低压冷凝器的工作效率直接影响低压系统的压力，低调水有效的带走冷凝热才能保证系统的优化操作，在一定工况、低调水流量一定的情况下，加大低调水冷凝器的水量可以提高换热效率，促进系统平稳、节能降耗。

根据上面的分析可断定：

其他的因流量不足引起的换热效果差的类似换热器都可以采用此方法改造，提高流量以提高换热效果。

参考文献

[1]何潮洪，冯宵.化工原理.北京：

科学出版社，2001.280-281.

[2]江相国，宋文明，王政球.大氮肥.第十五届全国大型尿素装置技术年会文集14-16.

作者简介：

温晨成（1986-1），女，助理化工工程师，东北石油大学，中国石化湖北化肥分公司尿素车间。