0前言

原平吳華化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱原平吳華公司）尿素裝置采用意大利斯耐姆公司的氨汽提工藝，在2009年DCS系統(tǒng)升級(jí)改造后，尿素產(chǎn)量不斷提高，曾創(chuàng)造了年產(chǎn)150kt尿素的記錄。但在高負(fù)荷生產(chǎn)的同時(shí)，中壓甲銨冷凝器(冷凝器）的換熱效果變差，出口甲銨液溫度無法達(dá)到控制指標(biāo)要求，嚴(yán)重影響中壓吸收塔(Cl01）塔底溫度的控制，致使氨耗增大、產(chǎn)品質(zhì)量合格率降低，制約了生產(chǎn)系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。為此，分析了冷凝器換熱效果變差的原因并采取相應(yīng)措施，取得了滿意的效果。

1存在的問題

2010年春季，冷凝器出口甲銨液溫度偏高，采取加大循環(huán)冷卻水流量的措施后，出口甲銨液溫度才趨于正常，在此工況下維持運(yùn)行了2個(gè)月。2010年夏季，冷凝器出口甲銨液溫度又有上升趨勢(shì)，于是將冷卻水閥門全部開大，但效果不明顯。

利用大修機(jī)會(huì)打開冷凝器檢查，發(fā)現(xiàn)半數(shù)以上的換熱管被污垢堵塞，垢層平均厚度在1.5mm，較厚處達(dá)2.3mm，大量的污垢堆積在換熱管第3管程出口和第4管程管端，且垢層堅(jiān)硬。為此，先采用特制的鉆頭鉆垢、高壓水槍沖洗等措施清垢，然后再進(jìn)行24h化學(xué)清洗。清理完畢后，冷凝器投入系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，但運(yùn)行6個(gè)月后，其換熱效果再次開始下降。

2冷凝器結(jié)垢原因分析

2.1循環(huán)水流速偏低

循環(huán)水走的是冷凝器上、下管箱之間的管程，來回走2次，即四管程。設(shè)備簡(jiǎn)體內(nèi)有Φ19.05mm×1.65mm不銹鋼管252根，單管程管數(shù)63根，原設(shè)計(jì)冷卻水流速1m/s，按此值計(jì)算，該設(shè)備設(shè)計(jì)過水量為53.9m3／h。設(shè)計(jì)進(jìn)口水溫36℃，而冷凝器循環(huán)水實(shí)際進(jìn)口水溫≤30℃，因此上水閥門開度很小，尤其是冬季，DN100mm的上水閘閥僅開2圈，水量經(jīng)常低至35m3／h。由于換熱管內(nèi)水的流速遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值，致使水在冷凝器中的停留時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致水中懸浮物和磷酸鹽沉積，造成管內(nèi)結(jié)垢。

2.2通過第3和第4管程的冷卻水溫度偏高

原平吳華公司循環(huán)水的水質(zhì)情況為：懸浮物質(zhì)量濃度≤50mg/L，pH在8.5~9.5，堿度為400~900mg/L，鈣離子質(zhì)量濃度約為550mg/L。循環(huán)水經(jīng)過第1和第2管程的過程中，吸收了甲銨液的熱量，水溫升高至48℃左右，再經(jīng)過第3和第4管程的換熱，溫度升高至65—70℃。由于第3和第4管程水溫較高，因而易結(jié)垢。此分析結(jié)果也與打開設(shè)備檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)第3和第4管程換熱管污垢較多的現(xiàn)象相吻合。

3改造方案

借鑒同類企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，從設(shè)備入手尋找解決方案。冷凝器的筒體直徑僅500mm，而內(nèi)部列管卻多達(dá)252根，且分四管程過水，因此，過水截面較小，阻力較大。在日常生產(chǎn)中，進(jìn)口水壓在0.5MPa左右，出口水壓卻不到0.3MPa，不僅限制了冷凝器循環(huán)水的流量和流速，同時(shí)也給后續(xù)水系統(tǒng)的正常運(yùn)作帶來了很大的不便。

改造方案：將冷凝器下管箱的1室和3室用Φ159mm管道連通，從2室直接另接1根Φ159mm管道至循環(huán)水出口。改造前、后冷凝器結(jié)構(gòu)見圖1。

由圖1可得知：改造后，循環(huán)水進(jìn)入后由下管箱的1室和3室同時(shí)通過部分列管上升至上管箱，然后再由上管箱通過另外一部分列管下降至2室；在循環(huán)水上升和下降過程中，循環(huán)水通過列管管壁與甲銨液換熱，較后從2室流出設(shè)備。即通過改造，循環(huán)水流程由四管程變成了雙管程，流通截面增大了1倍，阻力大大減小，有利于增大循環(huán)水量、提高流速，且循環(huán)水的流程縮短，出口水溫也不會(huì)太高。

4改造效果

2011年大修期間，原平吳華公司按上述方案對(duì)冷凝器實(shí)施了改造。改造后，冷凝器換熱效果良好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。改造后冷凝器運(yùn)行工藝參數(shù)見表1。

實(shí)際生產(chǎn)中，甲銨液和循環(huán)水的進(jìn)、出口溫度一直穩(wěn)定在指標(biāo)范圍內(nèi)，系統(tǒng)較易控制。

改造后，因管程阻力降低，循環(huán)水流量由改造前的35t/h增加至約53t/h，流速也基本達(dá)到了設(shè)計(jì)值，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到一次改造而長(zhǎng)期受益的目的。

5結(jié)語

(1)改造前，需經(jīng)常調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，所以閥門易損壞，檢修、更換頻繁；改造后，系統(tǒng)穩(wěn)定，操作彈性大，除開、停車外，幾乎無需進(jìn)行任何調(diào)節(jié)，節(jié)約了檢修費(fèi)用。

(2)改造后的2年運(yùn)行期間內(nèi)，曾多次打開冷凝器進(jìn)行檢查，列管內(nèi)壁基本沒有結(jié)垢現(xiàn)象。

(3)改造后，Cl01負(fù)荷大幅降低，減小了回流氨流量，噸尿素氨耗由改造前的594kg降至588kg，年節(jié)氨效益約132萬元。

(4)改造后，尿素產(chǎn)量由400t/d增加至435t/d，年增經(jīng)濟(jì)效益約380萬元。