改造影响一吸塔操作的管径和液封_程发瑞
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第37卷第1期化工设计通讯2011年2月ChemicalEngineeringDesignCommunications
氨量较以前减少30%~50%,氨冷凝负荷大大
降低。
(2)循环冷却水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、柱流或偏流现象,降温效果良好。外
界气温在35~38时,尿素循环水上水温度28~295,主厂房循环水上水温度29~31,
与上年同期相比,水温分别下降3~4、7~
8。
(3)气氨冷凝由于循环水水质的改善,凉水塔传热效果的改善,各台氨冷凝器上水与回水
的温差均有不同程度的增大,气氨冷凝效率有了
很大的提高。外界气温35~37,日产650t
时,氨冷器出气温度约31,较上年同期下降6~8。由于氨冷凝负荷减轻,上年作为最后
把关的蒸发式氨冷器目前已经停运。
(4)消耗由于氨回收效率的提高,吨尿氨耗较改造前降低约5kg。同时,由于一级膨胀蒸汽全部被利用,一、二级膨胀槽超压的现象基本
消除,吨尿汽耗较改造前降低100~150kg。
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。由于输气量和尿素产量提
高,吨尿电耗平均下降约10kWh。32效益分析
(1)增产效益。按装置满负荷运行800t/d,
改造前最高600t/d,平均增产200t/d,吨尿创
效益100元计,则增产效益为20000元/d。(2)节氨效益。按吨尿平均氨耗下降5kg
计,日产800t时,每天节省氨量为4000kg;吨
氨价格按2000元计,则节氨效益为8000元/d。
(3)节汽效益。按吨尿平均汽耗下降100kg计,日产800t时,每天节省蒸汽量为80t;吨蒸
汽成本按100元计,则节汽效益为8000元/d。
上述三项合计,总效益为36万元/d。本次技改总投资为253万元,投资回收期为703d。改造影响一吸塔操作的管径和液封
程发瑞
(兖矿峄山化工有限公司,山东邹城273500)
收稿日期:20101102作者简介:程发瑞(1971-),男,山东邹城人,助理工程师,1995年至今一直在兖矿峄化公司尿素车间工作。摘要:通过改造氨水管道和回流氨管道及液封,保证装置生产异常导致一吸塔超温超压时,回流氨和氨水能流入一吸塔。关键词:一吸塔;超温;管径;液封中图分类号:TQ44141文献标志码:B文章编号:10036490(2011)01006702
ModificationofthePipeDiameterandLiquidSealInfluencingtheFirstAbsorberOperation
CHENGFarui
(YankuangYishanChemicalCompanyLtd.,ZouchengShandong273500,China)Abstract:Modifytheammoniawaterpipeline,refluxammoniapipelineandliquidseal,toensure
ammoniawaterandrefluxammoniaflowintothefirstabsorberincaseoftheabsorberoverheatand
overpressurewheninabnormaloperationcondition.
Keywords:firstabsorber;overtemperature;pipediameter;liquidseal
我公司第一套尿素装置系化四院设计(尿塔
17m3),1986年竣工投产,是全国第一家碳铵
改产尿素的小型氮肥厂。经过多年的技术改造,设计能力由40kt/a提高到130kt/a。运行中经过不断摸索改进,优化工艺,强化管理,目前产
能达到150kt/a,最高日产达到500t。67化工设计通讯第37卷
众所周知,在水溶液全循环尿素生产中,一
吸塔为心脏设备,一吸塔操作的好坏,既是影响
安全稳定运行的重要因素之一,又是决定高产低耗的关键所在。随着规模的不断扩大,第一套系
统一吸塔成为制约生产的瓶颈问题。目前,该系
统使用的是我公司二期尿素系统(设计能力
60kt/a)直径为1100mm的吸收塔,当因生产异常导致一吸塔超温超压时,回流氨和氨水不但无
法流入一吸塔,反而是一吸塔内的气氨冲破液封
逆流到惰洗器下液管,或者一甲液倒流堵塞回流氨管道。相比同等规模的二期尿素生产系统,一
吸塔操作弹性大,处理一吸塔超温相对简单。笔
者通过二者比较,发现造成这种现象的主要原因
之一是一期尿素系统进入吸收塔的氨水管道和回流氨管道及液封设置不当。下面详细说明缘由。
水溶液全循环法的经典工艺流程,是工艺设
备布置在一个多层高框架中。工艺物料依靠重力流动的相关设备之间应有足够的位差,所以设备
布置的标高及配管必须合理。循环系统典型设备
部署决定了框架的最低层高要求,如氨冷器至液
氨缓冲槽,液氨缓冲槽至一吸塔(回流氨),惰洗器至一吸塔(氨水),一吸塔至一甲泵,液氨缓冲
槽至氨泵。在预分离流程中,预分离器至自汽提
塔;在解吸系统,解吸冷凝器至解吸塔等;在蒸发系统,二分后尿液至闪蒸槽,闪蒸槽至一段蒸
发器,一段蒸发器至二段蒸发器,二段蒸发器至
尿素熔融泵,熔融泵至尿素造粒塔顶喷头。其间
都按工艺物料特性要求,相关设备之间的位差相互制约,使物料能正常流动。
物料从上一个设备流至下一个设备时,在入
口前必须要有液封,液封高度应大于上、下两个设备之间的压差,否则由于下面设备中的压力
高,气体会倒入下液管中,使上面设备的物料流
不下来。中压循环系统压力为17MPa。但一吸
塔顶部因为大量回流氨汽化,局部压力必然高于系统的压力,而中压系统压力最低处是在惰洗器
出口的一段压力调节阀前,即惰洗器气相空间
处;一段压力自控点是在液氨缓冲槽,即此处压
力由一段压力调节阀控制压力在17MPa,因此一吸塔顶压力实际是175MPa,惰洗器气相出
口处为165MPa。在整个装置中,压力最低的
惰洗器在装置的最高标高位置,压力高的一吸塔顶部处在装置的中部位置,而工艺物流是靠重力(位差)从压力较低的设备流向压力较高的设备,
物流要克服相关设备之间的压差才能流下来,其
能量就是靠设备之间的位差,即H>p1-p2H为设备之间的标高差,为流体密度。
同时,要克服液体在管道流动产生的阻力,管径小时,流动阻力大,即相应的H大,所
以要考虑合适的管径,特别是在液封段的管径应
适当放大,以减少位差损失量。循环系统物系易
汽化,在操作压力或温度波动时,物系要发生相变,管路易出现气阻而使物料难以流动。因此,H(总)>(p1-p2)+物料流动时的阻力损失
+如发生相变时的气阻。由图1位差、液封高度示意图看出,H是不包括液封高度H1这一高
度的,但必须要克服物流在液封中的阻力降。
图1设备位差与液封示意
问题就出在这儿。因为在增产技改时,惰洗
器至一吸塔氨水管道直径为74mm,该管道液
封高度只有350mm,液氨缓冲槽至一吸塔回流
氨管道直径为108mm,该管道液封400mm。
而通用设计要求的液封高度是,氨水管道液封大
于650mm,回流氨管道液封大于700mm。而二
期氨水管道直径为89mm,相应液封高度为
690mm,回流氨管道直径为133mm,相应液
封高度为740mm,二期很少用底部回流氨调节,
顶部回流氨和浓氨水足以把一吸塔顶部热量带走。
通过一二期对比,笔者认为要解决一期在一
吸塔超温时回流氨和氨水无法流入一吸塔的问
题,在目前无法提高设备位差的情况下,应该这
样处理:把一期尿素生产系统惰洗器至一吸塔浓
氨水管道管径改为108mm,该管道液封高度增
加到700mm以上;把液氨缓冲槽至一吸塔管道
直径扩大到133mm,液封高度增加到750mm
以上。这样就可减少氨水或液氨在管路中的阻
力,以便一吸塔因超温超压及其他参数超出常规
值时,氨水或液氨有足够的富余位差而不断流。68