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30万吨尿素装置采用蒸发式冷凝器
替代管壳式氨冷器的设计
李旭初
四川金象化工产业集团有限公司
尿素装置的氨冷器，无论哪一种流程都是选用的管壳式氨冷凝器，而且都安装在框架顶部，35米左右。氨冷器耗水量占尿素生产循环用水量的30%，而且要求扬程都不小56米。这样一来，每吨尿素光用在氨冷器循环水上的电耗达12度，占尿素电耗的7%。
为了节约尿素在氨冷器上用电消耗，不少厂家和专家都在这个问题上动了不少脑筋，想了很多办法，比如在生产过程中，根据负荷大小和温度高低，及时调整水量达到节水节电，即通过加强管理方式达到节水节电目的。还有厂家将氨冷器的用水单独配管，高扬程高用，低扬程低用，这样也避免了高低扬程混用，将高扬程水用于低扬程水浪费用电。还有厂家在单独供氨冷器用水的同时，还将这部份水的冷却系统建在了低于氨冷器的位置。这样一是保证了氨冷器的回水，二来提高了泵的进口压力。实际泵的扬程只有位差，巧妙地将原高扬程水全都变成了低扬程，这样节电效果就又增加了。
以上的几种节电方法都是在降低扬程上节电，尽管做到了极限，节电仍然有限，最多能节电30%，能否做到节电＞50%，甚至到60%呢？答案应该是可行的，但必须抛开原有的冷却方法。众所周知，目前的蒸发式冷凝方案，它集了空冷、水冷两大优点，巧妙地将冷却器和凉水塔并为一体，其工作原理如下：
1. 尿素装置用蒸发式冷凝器的工作原理
出风氨蒸气进口氨液出口循环水泵进风 图一 工作原理图
蒸发式冷凝器工作时，氨蒸汽从集气管箱进入换热管束，水泵将水从水箱内吸出并均匀的喷淋在换热管束表面上，氨蒸汽把热量传给换热管束外的水膜，在轴流风机的作用下将冷空气从下部吸
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入，使空气自下向上快速流动，水膜迅速蒸发带走热量。蒸发后的湿空气由上方的风机抽走，从而使氨蒸汽冷却冷凝，达到工艺要求。
2. 尿素装置用蒸发式冷凝器的产品特点
（1）机构紧凑、占地面积小。将凉水塔和卧式氨冷器有机地结合在一起，省去了单独的循环水冷却水系统，有效的减少了设备的占地面积。
（2）整体热浸锌，使用寿命长。由于风机、立柱、框架、换热管束等都采用了整体热浸镀锌的工艺防腐，锌层厚度大于70um，有效延长使用寿命。
（3）由于采用光管换热，空气阻力减小，所需要的风量也小，所以风机功耗也相应降低。 （4）操作费用低。冷却用循环水使用量小，耗水量就低，设备自身水泵功耗和风机功耗相对于传统冷却系统大大降低。加上设备运行稳定，维护费用也相对较低。
3. 尿素装置用蒸发式冷凝器设备选型 （1）选型依据 尿素工艺操作参数 流体名称 操作压力(MPa) 进口温度℃ （2）传统水冷器选型
经严格计算，选用换热面积为2275 ㎡的水冷器，水泵功耗为410KW，配套凉水塔轴流风机功耗为130KW。
（3）蒸发式冷凝器选型
经严格计算，选用型号为ZN660A的蒸发式冷凝器5台，总换热面积为3300 m2。轴流风机功耗为180kW，水泵功耗为55kW。（注意：设备选型必须慎重考虑不凝性气体对设备选型的影响）
4. 尿素装置用蒸发式冷凝器经济效益分析 设备运行费用比较表 项目名称 换热设备名称 眉山金象尿素装置 蒸发式冷凝器 尿素工艺操作参数 流体名称 操作压力(MPa) 进口温度℃ 方案一 蒸发式冷凝器 电耗 轴流风机功率(kW) 水泵功率(kW)
氨 1.8 48 总流量（t/h） 热负荷(kW) 出口温度(℃) 54.33 17311 36 氨 1.8 48 总流量（t/h） 热负荷(kW) 出口温度(℃) 方案二 卧式氨冷器 电耗 54.33 17311 36 180 55 2
轴流风机功率(kW) 水泵功率(kW) 130 410 总功率(kW) 运行电费 1、一年开机8,000小时的电耗为： 235kW×8,000小时＝188万度 235 总功率(kW) 运行电费 540 1、一年开机8,000小时的电耗为： 540kW×8,000小时＝432万度 2、按目前金象厂电费0.32元/度计算，一年电费为：2、按目前金象厂电费0.32元/度计算，一年电188×0.32＝ 60.16万元 电费节省： 78.08万元/年 水耗 机内自循环水流量（m3/h） 耗水量（m3/h） 水费 按目前金象厂水价0.8元/吨计算： 14m3/h×8000小时×0.8元/T ＝9.0万元 水费节省： 8.9万元/年 共计节省运行费用 78.08+8.9=86.98万元/年 共计节省运行费用 0万元/年 1100 14 费为：432×0.32＝138.24万元 电费节省： 0万元/年 水耗 循环水流量（m3/h） 耗水量（m3/h） 水费 按目前金象厂水价0.8元/吨计算： 28m3/h×8000小时×0.8元/T ＝17.9元 水费节省：0万元/年 2100 28 采用蒸发式冷凝器还有一个优点，即将循环水的含酸废水通过中和处理后PH=7，但含有氨氮。此水不能外排，须进行生化处理，但生化处理费用高，采用蒸发塔后，将此水作为冷却水，循环使用，此水最大的优点为不结垢，冷却效果好，又能节约一笔可观的废水处理费用。
蒸发冷通过综上所述，的确有很多优点，但蒸发冷不可盲目使用，因为蒸发冷因结构问题，与管壳式冷凝器不同，蒸发冷气氨走管程，管壳式冷凝器气氨走壳程，二者流程上的差异对于系统CO2上窜的后果就有很大差异。蒸发冷一旦CO2上窜马上就会堵管，而管壳式冷凝器CO2一上窜还有一定的处理时间，所以在工艺操作上必须严防CO2上窜。CO2上窜无论采用何种氨冷方式都是有害的。在我公司的中压吸收上，采取了多种技术和管理方式，确保了CO2不上窜。
以上方案为我公司新上30万吨/年尿素方案，供兄弟厂家参考。该装置正在安装，预计在今年十二月投产，具体使用效果再与兄弟厂家交流。
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合成氨生产尾气的联合回收
陈春祥 四川美丰绵阳分公司
合成氨生产中，没有参加化学反应的惰性气会越积越多。为了稳定合成系统中的惰性气含量，提高氨合成率，就必须排出高惰性气组分的部分循环气，这部分排气一般叫着驰放气。同时，少量循环气中H2、N2、Ar、CH4等气体溶解于液氨中，从氨分中排放到液氨贮罐中后，经减压闪蒸出来，这部分气体称贮罐气。驰放气、贮罐气统称为尾气。合成氨尾气中含有大量的H2、NH3等有用成分，将这些有用成分提取出来，回收利用，是合成氨生产节能降耗和提高企业经济效益的重要措施。
目前回收驰放气的主要方法有低温法、膜分离法（也称称普里森氢分离系统）、变压吸附法等方法，这些方法将驰放气与贮罐气分开，独自进行回收有用成分，高能的驰放气能量不能得到充分利用。而将驰放气与贮罐气一起进行水洗，洗涤回收氨水供碳铵或尿素生产用，则必将影响碳铵或尿素生产的水平衡及蒸汽消耗，对缺少蒸汽的厂家亦不太适用。
四川美丰化工股份有限公司绵阳分公司与中国科学院理化技术研究所联合开发研制的贮罐气无动力氨回收技术，利用贮罐气中惰性气及驰放气回收后尾气（解吸气）作动力气，实现两气联合回收，取得良好效果，有关情况介绍如下：
1. 基本情况介绍
四川美丰化工股份有限公司绵阳分公司一分厂现有两套生产能力分别为5×10t/a的合成氨生产装置,均以天然气为原料，采用凯洛格工艺流程。实际生产补充气CH4含量比设计高，实际驰放气量也比设计大，约3250m/h（洗氨后），压力与合成系统压力相同（15.0 MPa）。液氨贮罐压力2.2 MPa，年平均温度20℃，贮罐气流量约540m/h（其中含氨量40%）。针对两气组分不同，压力不同，回收目的不同，我厂用不同的方法来对两气进行回收：高压的驰放主要回收氢气，增加合成氨产量，采用膜回收方法；贮罐气主要回收氨，采用无动力氨回收，并用高压的膜回收尾气作补充动力气，实现两气的联合回收。
2. 驰放气回收
2.1弛放气回收流程 来自合成一氨分后的驰放气经减压、洗涤，尾氨含量降到1005× 10以下，再经分离夹带水后，用低压蒸汽将其加热到约40℃，进入膜分离器，易渗透的H2从膜管束外部渗透到中心，并汇集后引出，得到富氢的组分，压力降到2.4 MPa ，与甲烷化气一起被压缩后补入合成系统；而不易渗透的N2、Ar、CH4等尾气（称解吸气），则从膜管束外另一端引出，压力仍为11MPa，再被减压到2.0 MPa，去无动力氨回收装置作透平膨胀机的动力气源。膜分离系统流程见图1。
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