我公司合成氨装置的气体精制工序采用铜氨液洗涤法脱除压缩机五段气体中的CO、CO2、O2和H2S。3 #精炼铜液再生系统原有1台换热面积为320 m2的喷淋式水冷器,其管外壁易结水垢、长青苔,传热效率低,造成水冷后的铜液温度高,氨冷器负荷重,增加了冰机冷冻功耗。在夏季,为保证铜液温度在指标范围内,只能依靠增加铜液氨冷器用氨量和降低合成用氨量的办法来维持系统不超压,造成氨冷器出口铜液超温和合成系统氨冷器出口温度高,进合成塔氨含量高,合成效率低。为了解决这些问题,将原铜液喷淋式水冷器改为铜液板式水冷器,并于2002年9月13日投入运行,至今运行效果良好。
1 性能特征
铜液板式水冷器是一种新型的节能热交换设备,主要由框架、板片、密封垫片、进出口法兰、夹紧螺栓等组成。该水冷器具有传热效率高、结构紧凑、重量轻、适用性强、热损失少、阻力损失少、冷却水用量少、装拆和维修方便等优点。
铜液板式水冷器选用型号为BR - 1. 3 - 0. 8- 160 - F ,主要工艺参数:单板公称换热面积为1. 3 m2 ;设计压力0. 8 MPa ;设计温度150℃;试验压力1. 0 MPa ;设备换热面积160 m2 ;流程组合1×61/ 1×61。
2 工艺流程
铜液由铜液换热器进入板式水冷器,经水冷却后送往氨冷器,铜液进一步由液氨冷却后送往铜泵进口,再由铜泵加压送至铜洗塔吸收原料气中CO、CO2、O2和H2S等有害成分。工艺流程示意见图1。
3 运行参数
喷淋式水冷器管外易结垢,需要经常清理污垢,不但耗费大量人力,而且结垢造成传热效率降低,导致铜液出喷淋式水冷器温度高(42℃)。使用铜液板式水冷器后,在同等负荷条件下温度降至29℃。
由于铜液喷淋式水冷器阻力损失大,造成铜泵进口压力低(0. 05 MPa) ,在铜泵加速时甚至降至0. 02 MPa ,远低于工艺指标(0. 07 MPa)。使用铜液板式水冷器铜泵进口压力上升至0. 09 MPa ,比铜液喷淋式水冷器上升了0. 04 MPa ,满足了工艺指标要求。铜液喷淋式水冷器与板式水冷器运行参数比较见表1。
4 运行效果
(1)节约冰机耗电使用铜液板式水冷器后,铜液出水冷器温度从42℃降至29℃,取铜液比热3. 78 kJ / kg·℃,比重1 200 kg/ m3 ,每小时可节约冷冻量2. 91 GJ (3. 78×49. 5×1 200×13 =2. 91 GJ ) ,相当于少开制冷量为1. 84 GJ的小型冰机(电机功率为180 kW) 1. 58台(2. 91÷1. 84 =1. 58台)。每年按330天计,可以节约电费34. 69万元(1. 58×180×330×24×0. 154 = 34.69万元)。
(2)节约清水泵及冷却风机耗电使用铜液板式水冷器后,可停用1台37 kW的清水泵和1台75 kW的冷却风机,每年可节约电费13. 66万元[ (37 + 75)×330×24×0. 154 = 13. 66万元]。
(3)总经济效益34. 69 + 13. 66 = 48. 35 (万元/年)
(4)节约占地面积原1台喷淋式水冷器占地68 m2 ,现1台板式水冷器仅占地6 m2 ,比改造前节约用地62 m2。
(5)提高铜泵进口压力铜液板式水冷器使用后,铜泵进口压力由原来的0. 05 MPa上升至0. 09 MPa。铜泵进口压力的提高避免了铜泵抽空或跳闸,消除了精炼气微量高,造成合成塔氨触媒中毒事故的发生。
(6)降低劳动强度铜液板式水冷器使用的是经过预处理的水质较好的循环水,在使用过程中又添加药剂控制水的结垢、腐蚀和微生物的生长,只需每半个月对水相侧进行空气鼓泡清洗即可,操作人员的劳动强度大为降低。
铜液板式水冷器在3 #精炼系统使用后,铜液温度明显降低,减轻了氨冷器冷却负荷,降低动力电消耗,起到了节能降耗,提高企业经济效益的作用。
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