磷銨裝置氣氨供給改造實(shí)踐

石春發(fā)

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661600）

0 前言

云南云天化紅磷化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)公司）現(xiàn)擁有27 萬(wàn)t/a 磷銨裝置、18 萬(wàn)t/a 磷銨裝置、30 萬(wàn)t/a 磷銨裝置、20 萬(wàn)t/a 粉狀磷酸一銨裝置各一套，4套裝置配套有40萬(wàn)t/a磷酸裝置、107萬(wàn)t/a硫酸裝置。4套磷銨裝置均采用傳統(tǒng)法工藝生產(chǎn)，27萬(wàn)t/a磷銨裝置、18 萬(wàn)t/a 磷銨裝置、20 萬(wàn)t/a 粉狀磷酸一銨裝置所使用氣氨為8萬(wàn)t/a合成氨裝置冷凍工序副產(chǎn)氣氨。公司根據(jù)發(fā)展需求，決定將8萬(wàn)t/a合成氨裝置停運(yùn)，上述3 套磷銨裝置將無(wú)氣氨供給，這將極大地影響裝置的產(chǎn)能及產(chǎn)品質(zhì)量。為此，公司開(kāi)展了磷銨裝置氣氨供給技術(shù)改造。

1 氨蒸發(fā)熱源選擇

1.1 氣氨需求量

根據(jù)理論計(jì)算和生產(chǎn)實(shí)踐，27 萬(wàn)t/a 磷銨裝置、18 萬(wàn)t/a 磷銨裝置、20 萬(wàn)t/a 粉狀磷酸一銨裝置最大氣氨用量分別為4 500、3 500、4 000 kg/h，合計(jì)12 000 kg/h。

為留有一定余量，通過(guò)討論，最終確定改造方案中氨蒸發(fā)量為16 000 kg/h。

1.2 氨蒸發(fā)器熱量衡算

計(jì)算條件：氨蒸發(fā)量（m（氨））為16 000 kg/h；進(jìn)氨蒸發(fā)器液氨溫度為15 ℃，15 ℃液氨焓值（H液氨）為489.10 kJ/kg［1］；出氨蒸發(fā)器氣氨溫度為50 ℃，50 ℃氣氨焓值（H氣氨）為1 713.50 kJ/kg［1］；熱損失以5%計(jì)。

液氨帶入熱量Q液氨：

Q液氨=m（氨）×H液氨=16 000×489.10 kJ/h=7 825 600 kJ/h。

氣氨帶出熱量Q氣氨：

液氨蒸發(fā)需要熱量Q：

1.3 熱源選擇

根據(jù)1.2 節(jié)計(jì)算結(jié)果，將16 000 kg/h 液氨蒸發(fā)為氣氨需要熱量20 569 920 kJ/h。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用蒸汽作為熱源加熱液氨，但存在幾個(gè)問(wèn)題，一是加熱介質(zhì)和被加熱介質(zhì)溫差過(guò)大，容易產(chǎn)生熱應(yīng)力導(dǎo)致氨蒸發(fā)器損壞；二是使用蒸汽成本較高。因此改造方案優(yōu)先選擇利用余熱作為氨蒸發(fā)的熱源，縱觀公司余熱資源，只有磷酸濃縮裝置蒸汽冷凝水較為合適。

磷酸濃縮裝置蒸汽冷凝水是公司利用蒸汽作為熱源，將磷酸從w（P2O5）約21%濃縮至w（P2O5）46%所產(chǎn)生的蒸汽冷凝水。該蒸汽冷凝水溫度約95 ℃，電導(dǎo)率在20 μS/cm 以下，原處理方式是回收到公司水處理裝置，通過(guò)循環(huán)水冷卻到50 ℃以下后進(jìn)入混床（裝有陽(yáng)、陰離子交換樹(shù)脂的交換裝置），最后作為鍋爐給水使用，該方式不僅不能回收這部分熱量，還需要消耗大量循環(huán)水來(lái)冷卻。公司現(xiàn)共有5套磷酸濃縮裝置，蒸汽冷凝水產(chǎn)生量分別為15 000、15 000、15 000、40 000、40 000 kg/h，共計(jì)125 000 kg/h。

根據(jù)液氨蒸發(fā)需要熱量推算蒸汽冷凝水需求量，確定現(xiàn)有磷酸濃縮裝置蒸汽冷凝水量是否滿足需求。

計(jì)算條件：進(jìn)氨蒸發(fā)器蒸汽冷凝水（簡(jiǎn)稱(chēng)熱水） 溫度為95 ℃，95 ℃冷凝水焓值（H熱） 為398.89 kJ/kg［1］；出氨蒸發(fā)器蒸汽冷凝水（簡(jiǎn)稱(chēng)冷水） 溫度為50 ℃，50 ℃冷凝水焓值（H冷） 為210.04 kJ/kg［1］；熱損失以5%計(jì)。

需要蒸汽冷凝水量m：

蒸發(fā)16 000 kg/h液氨，需要蒸汽冷凝水量114 368 kg/h，5 套磷酸濃縮裝置蒸汽冷凝水總量為125 000 kg/h，完全能滿足需求。因此，液氨蒸發(fā)熱源選擇磷酸濃縮裝置蒸汽冷凝水是完全可行的。

2 改造方案

通過(guò)各方面比較，本次改造選用U 型列管氨蒸發(fā)器。因公司裝置較為零散，各裝置檢修周期不一致，氨蒸發(fā)器設(shè)計(jì)余量較大，若采用1臺(tái)16 000 kg/h氨蒸發(fā)器運(yùn)行，容易出現(xiàn)氨蒸發(fā)器低負(fù)荷運(yùn)行而較難操作情況，同時(shí)為確保氨蒸發(fā)器出現(xiàn)故障時(shí)不需要大幅度減負(fù)荷，最終選用2 臺(tái)8 000 kg/h 氨蒸發(fā)器并聯(lián)運(yùn)行的方案。

本次改造熱源使用磷酸濃縮裝置蒸汽冷凝水，但磷酸濃縮裝置換熱器列管泄漏時(shí)導(dǎo)致磷酸串到蒸汽冷凝水中，存在腐蝕氨蒸發(fā)器列管的風(fēng)險(xiǎn)，因此裝置改造后設(shè)置了熱水槽、冷水槽作為緩沖，同時(shí)在熱水槽加裝電導(dǎo)率儀，用以檢測(cè)磷酸泄漏情況及水質(zhì)情況；在冷水槽加裝電導(dǎo)率儀，用于檢測(cè)氨蒸發(fā)器泄漏情況。液氨蒸發(fā)流程見(jiàn)圖1。

圖1 液氨蒸發(fā)流程

3 改造效果及效益

3.1 效果

本次改造投用初期，因操作不熟練，氣氨壓力時(shí)常出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索，氣氨壓力等工藝指標(biāo)不再出現(xiàn)波動(dòng)，裝置得以穩(wěn)定運(yùn)行。氨蒸發(fā)器所產(chǎn)氣氨量，完全能滿足3 套磷銨裝置的需求，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)因磷酸濃縮裝置蒸汽冷凝水量不足影響氨蒸發(fā)器運(yùn)行的情況，完全達(dá)到了改造預(yù)期目的。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)本次改造，回收利用余熱熱能20 569 920 kJ/h，折合公司目前使用的0.5 MPa、180 ℃低壓蒸汽約8.7 t/h。該品質(zhì)蒸汽價(jià)格以84.5 元/t 計(jì)，每小時(shí)可節(jié)約費(fèi)用735.15 元，以每年運(yùn)行7 000 h計(jì)算，每年可節(jié)約費(fèi)用514.61萬(wàn)元。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)裝置開(kāi)展深度挖潛，有效提高能源利用效率，不僅是響應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略需求，而且是增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。本次改造是將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢熱有效再利用的一起典型案例，改造實(shí)施后，給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來(lái)環(huán)境、社會(huì)效益，為公司綠色、高效發(fā)展提供了思路，并打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。