磷铵装置气氨供给改造实践

2023-12-01石春发

磷肥与复肥 2023年10期

石春发

（云南云天化红磷化工有限公司，云南开远 661600）

0 前言

云南云天化红磷化工有限公司（以下简称公司）现拥有27 万t/a 磷铵装置、18 万t/a 磷铵装置、30 万t/a 磷铵装置、20 万t/a 粉状磷酸一铵装置各一套，4套装置配套有40万t/a磷酸装置、107万t/a硫酸装置。4套磷铵装置均采用传统法工艺生产，27万t/a磷铵装置、18 万t/a 磷铵装置、20 万t/a 粉状磷酸一铵装置所使用气氨为8万t/a合成氨装置冷冻工序副产气氨。公司根据发展需求，决定将8万t/a合成氨装置停运，上述3 套磷铵装置将无气氨供给，这将极大地影响装置的产能及产品质量。为此，公司开展了磷铵装置气氨供给技术改造。

1 氨蒸发热源选择

1.1 气氨需求量

根据理论计算和生产实践，27 万t/a 磷铵装置、18 万t/a 磷铵装置、20 万t/a 粉状磷酸一铵装置最大气氨用量分别为4 500、3 500、4 000 kg/h，合计12 000 kg/h。

为留有一定余量，通过讨论，最终确定改造方案中氨蒸发量为16 000 kg/h。

1.2 氨蒸发器热量衡算

计算条件：氨蒸发量（m（氨））为16 000 kg/h；进氨蒸发器液氨温度为15 ℃，15 ℃液氨焓值（H液氨）为489.10 kJ/kg［1］；出氨蒸发器气氨温度为50 ℃，50 ℃气氨焓值（H气氨）为1 713.50 kJ/kg［1］；热损失以5%计。

液氨带入热量Q液氨：

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

气氨带出热量Q气氨：

液氨蒸发需要热量Q：

1.3 热源选择

根据1.2 节计算结果，将16 000 kg/h 液氨蒸发为气氨需要热量20 569 920 kJ/h。传统设计采用蒸汽作为热源加热液氨，但存在几个问题，一是加热介质和被加热介质温差过大，容易产生热应力导致氨蒸发器损坏；二是使用蒸汽成本较高。因此改造方案优先选择利用余热作为氨蒸发的热源，纵观公司余热资源，只有磷酸浓缩装置蒸汽冷凝水较为合适。

磷酸浓缩装置蒸汽冷凝水是公司利用蒸汽作为热源，将磷酸从w（P2O5）约21%浓缩至w（P2O5）46%所产生的蒸汽冷凝水。该蒸汽冷凝水温度约95 ℃，电导率在20 μS/cm 以下，原处理方式是回收到公司水处理装置，通过循环水冷却到50 ℃以下后进入混床（装有阳、阴离子交换树脂的交换装置），最后作为锅炉给水使用，该方式不仅不能回收这部分热量，还需要消耗大量循环水来冷却。公司现共有5套磷酸浓缩装置，蒸汽冷凝水产生量分别为15 000、15 000、15 000、40 000、40 000 kg/h，共计125 000 kg/h。

根据液氨蒸发需要热量推算蒸汽冷凝水需求量，确定现有磷酸浓缩装置蒸汽冷凝水量是否满足需求。

计算条件：进氨蒸发器蒸汽冷凝水（简称热水）温度为95 ℃，95 ℃冷凝水焓值（H热）为398.89 kJ/kg［1］；出氨蒸发器蒸汽冷凝水（简称冷水）温度为50 ℃，50 ℃冷凝水焓值（H冷）为210.04 kJ/kg［1］；热损失以5%计。

需要蒸汽冷凝水量m：

蒸发16 000 kg/h液氨，需要蒸汽冷凝水量114 368 kg/h，5 套磷酸浓缩装置蒸汽冷凝水总量为125 000 kg/h，完全能满足需求。因此，液氨蒸发热源选择磷酸浓缩装置蒸汽冷凝水是完全可行的。

2 改造方案

通过各方面比较，本次改造选用U 型列管氨蒸发器。因公司装置较为零散，各装置检修周期不一致，氨蒸发器设计余量较大，若采用1台16 000 kg/h氨蒸发器运行，容易出现氨蒸发器低负荷运行而较难操作情况，同时为确保氨蒸发器出现故障时不需要大幅度减负荷，最终选用2 台8 000 kg/h 氨蒸发器并联运行的方案。

本次改造热源使用磷酸浓缩装置蒸汽冷凝水，但磷酸浓缩装置换热器列管泄漏时导致磷酸串到蒸汽冷凝水中，存在腐蚀氨蒸发器列管的风险，因此装置改造后设置了热水槽、冷水槽作为缓冲，同时在热水槽加装电导率仪，用以检测磷酸泄漏情况及水质情况；在冷水槽加装电导率仪，用于检测氨蒸发器泄漏情况。液氨蒸发流程见图1。