回流冷凝器循环冷却水运行情况探讨

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(1.山西兰花科创化肥分公司，山西 晋城 048102；2.中煤鄂尔多斯能源化工有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017399)

山西兰花科技创业股份有限公司田悦化肥分公司的“18·30”装置，尿素采用二氧化碳汽提法，解吸装置采用荷兰斯塔米卡邦(Stamicarbon)的低压解吸、中压水解技术，于2007年投入运行。

1 解吸回流系统工艺流程

解吸水解装置的解吸泵把工艺冷凝液(氨水)送入第一解吸塔上部的第3块塔板上，氨水在塔内自上而下流动，与含有蒸汽、氨和二氧化碳的第二解吸塔的解吸气逆流接触进行热质交换，液相中大量NH3和CO2被汽提出来。出第一解吸塔的气体，含水小于40%，进入回流冷凝器的管间，被管侧的循环冷却水冷却，然后气液混合物溢流进入回流冷凝器液位槽，未被冷凝的气体进入常压吸收塔，进一步回收氨和二氧化碳后放空。冷凝后的高浓度工艺冷凝液(回流液)经回流泵，少部分到第一解吸塔的顶部，与塔内上升的气体进行热质交换，以减少出塔气相的水含量；其余大部分作为低压系统的吸收液，被送到低压甲铵冷凝器。

作为尿素主框架生产区的环保处理装置，解吸水解装置越来越体现出其价值，即回收工艺冷凝液中的NH3、CO2和尿素，并保证解吸废液达标排放或回收利用。

2 回流冷凝器循环水运行方式及存在的问题

解吸塔的气相在回流冷凝器内进行冷凝，温度越低，越有利于冷凝回收，减少未冷凝的气量，但是解吸气中含有较高浓度的NH3和CO2，冷凝后的溶液具有一定的结晶温度，冷凝液温度不能低于该值，所以只有通过控制回流冷凝器的循环冷却水回水量，防止回流冷凝器内过度冷凝。如此操作会造成回流冷凝器中的循环冷却水出水温度达到50℃以上，并且在回流冷凝器U形管内水的流速低，致使水中悬浮物、磷酸钙Ca3(PO4)2和磷酸锌Zn3(PO4)2等盐沉积；而且随着水温的上升和停留时间的延长，造成水中磷酸钙Ca3(PO4)2和碳酸钙CaCO3溶解度下降，在换热管表面沉积，长期运行后会造成换热管结垢。

如果氨水槽中NH3+CO2浓度达到12%以上，回流液浓度就会更高，为防止回流冷凝器内过度冷凝产生结晶，就要关小循环水回水阀以减少水量，这会进一步造成回流冷凝器U形管结垢，形成恶性循环，最终导致回流冷凝器换热效果下降，冷凝吸收效果差，回流液温度升高，解吸压力升高，回流液位槽气相阀开度增大，系统氨耗上升。

回流液属于稀甲铵液，温度为70～80℃，腐蚀性强，运行了6年，造成304L(00Cr19Ni10)材质的回流液位槽由8mm腐蚀至5mm，回流液位槽出液口漩涡破碎器腐蚀损坏，从而造成回流泵进液混有气体，出现回流泵汽蚀的问题。回流泵采用单机封结构，机械密封在汽蚀和腐蚀的双重作用下，运行周期不超过1个月。

回流冷凝器从2007年运行至2013年，在2013年5月1日，利用系统停车的机会对回流冷凝器进行酸洗，酸洗前后的主要数据统计见表1和表2。

表1 2013年5月1日回流冷凝器酸洗前

表2 2013年5月1日回流冷凝器酸洗后

由表1、表2对比可知，回流冷凝器酸洗后，冷凝效果明显提升，回收氨量明显增加，具体表现为回流液中氨含量上升6%，氨碳比上升1，温度降低22℃；甲铵液中氨含量上升3%，氨碳比上升0.17；高压系统氨碳比上升0.09，水碳比降低0.02；回流液位槽气相阀、低压系统气相阀分别由原来的100%、35%关至10%、5%；尿素日产量上升6.4t，回流泵机封运行周期延长至4个月，经济效益明显。

3 针对以上问题的应对措施

对原设计的回流冷凝器的循环水管路进行改造，将进水温度由原来的30℃提高至40℃，加快了循环水的流速。笔者在此提供两套方案供选择。

3.1 方案1

将回流冷凝器循环冷却水上水改为一段蒸发冷凝器循环冷却水回水。用较高温度的循环冷却水回水作为换热介质，减小了管程和壳程2种介质的温差，使换热比较均匀，不再出现过冷造成的局部结晶，不但提高了回流冷凝器的冷却水量和流速，而且为循环水系统节约了循环冷却水。但是，因一段蒸发冷凝器和回流冷凝器的循环冷却水串联，故对进尿素装置区的循环水总管压力有一定要求，不能过低，否则将影响2台冷凝器的冷凝效果，在夏季尤为明显。回流冷凝器循环水上水改造的工艺流程见图1。

图1 回流冷凝器循环水上水改造的工艺流程

3.2 方案2

增设2台回流冷凝器循环水泵，回流冷凝器循环水采用半闭路循环。回流冷凝器循环水泵将水送进回流冷凝器的管侧，吸取热量后，返回到回流冷凝器循环水泵的进口。当水温升高，即从系统引出至循环水回水总管，返回到循环水系统，水量的多少由水温调节阀控制。然后再从循环水上水总管补充不足的水量至冷却水循环泵的进口。在补水阀前装有止逆阀，确保补水进入泵进口。此方案已有部分尿素装置有采用，例如中煤鄂尔多斯能源化工有限公司，其运行效果良好，只是增加了电耗，但节约了约300m3/h的冷却水量。回流冷凝器循环冷却水半闭路循环流程见图2。

图2 回流冷凝器循环冷却水半闭路循环流程

4 结语

回流冷凝器运行的好坏，直接影响到尿素装置的长周期运行、氨耗以及回流泵的运行周期等各方面。通过近几年的摸索，循环冷却水的管理水平也有了明显的提高，并通过优化改造，使得回流冷凝器的运行周期、装置的氨耗以及回流泵运行周期都有了明显改善。