兖新煤化尿素板冷器装置投运与优化
摘 要: 兖矿新疆煤化工有限公司 60 万 t 醇氨联产项目于 2012 年竣工投产运营。其产能规模为 30 万 t /a 甲醇和 52 万 t /a 尿素，同时副产 2. 6 万 t /a 硫酸及 5 万 t /a 液氧。2020 年 4 月，对包装系统增设了尿素板冷器装置，将包装尿素颗粒温度降至 40 ～ 45 ℃，尿素粒度由 90. 25% 提升至 93. 32% ，满足 GB/T 2440—2017《尿素》成品质量要求。通过回收尿素粉尘，每年可增收 686 526 元。
关键词: 尿素板冷器装置; 粉尘回收; 包装系统; 尿素粒度; 温度
张东旭; 杨雪娇; 郑和虎; 高余力， 氮肥与合成气 发表时间：2021-11-09
兖矿新疆煤化工有限公司于 2012 年在新疆投资运营 60 万 t 醇氨联产项目。为提高产品质量，解决尿素包装存在尿素颗粒温度高、粉尘大、易结块等现象，公司新增尿素板冷器装置。
1 工艺简介
1. 1 物料流程
尿素颗粒经过 1#皮带传输到 1#转运站上部，沿下料管进入尿素板冷器上部的料仓中，尿素颗粒依次经过 1#和 2#换热板组，与其中的脱盐水进行换热降温后，进入板冷器下部的门式下料器，落至 4#皮带，送去包装工序( 见图 1) [1]。对应的设备见表 1。
1. 2 气体流程
尿素板冷器装置利用离心风机加快空气流动，以及时移除粉尘和水汽组分。从外界大气中抽吸的干燥空气经离心风机加压后，一路送至 2# 换热板组上部，空气体积流量约为2 000 m3 /h，可吹除尿素颗粒降温后产生的粉尘及水汽组分，防止尿素颗粒结块; 另一路送至 2#换热板组下部，空气体积流量约为 500 m3 /h，可吹除换热板组表面的杂质和水汽组分。进入板冷器的空气被抽至进料仓顶部出气口后送至除尘器，可吹除夹带的粉尘。
1. 3 冷却水流程
尿素板冷器装置采用脱盐水( 蒸汽冷凝液) 作为冷却水。从管网来的脱盐水进入脱盐水循环槽，经泵输送后与循环水在板式换热器中换热，冷却水进入换热板组后，与尿素颗粒进行换热，使其温度低于 50 ℃。
2 优化与调整
2020 年 5 月—7 月，逐步调整与优化尿素板冷器的工艺指标，取得了明显的效果。
2. 1 调整料位仓参数
装置投用初期，料位仓控制在 30% 左右，门式下料器自调开度波动很大，导致 4#皮带出现溢料现象。根据实际情况，逐步修正料位仓料位参数，最终将料位仓控制在 8% 至 14% 。此时门式下料器开度不会过快，溢料现象也明显改善，系统操作稳定[2-3]。
2. 2 优化出料温度
结合新疆昼夜温差大的实际情况，适时优化出料温度为 40 ～ 45 ℃，结果完全可行。当中央控制室( DCS) 界面上出料温度 < 40 ℃ 时，联系现场查看板冷器装置情况，及时调整循环水量或冷却水量至正常指标，维护系统正常运行。
2. 3 控制进料温度
由于条件限制，现阶段主要通过冲洗粉尘回收装置来控制进料温度。由于新疆季节性温差明显，夏季时进料温度易超标，一般巡检需测量尿素颗粒温度，进而判断冲洗粉尘的时间及次数，控制去进料仓的温度在正常范围内[4]。
3 质量改善
通过尿素板冷器提前除去部分粉尘，最终产品质量明显改善，相关数据见表 2。
由表 2 可见: 对比 2019 年与 2020 年同时期尿素 粒 度，夜 班 提 升 了 3. 53% ，白 班 提 升 了 3. 26% ; 2019 年 7 月，尿素平均粒度为 90. 25% ，至 2020 年 7 月提升为 93. 32% 。实际生产证明，增加尿素板冷器可改善尿素成品的尿素粒度。
按照 GB /T 2440—2017《尿素》标准，所制得的尿素为优等品，增强了产品竞争力。
4 经济效益
根据粉尘回收清理报告，整理尿素板冷器稳定运行时的数据( 见表 3) 。
由表 3 可知: 回收尿素粉尘的平均质量( 按 50 kg /袋计算) 为1. 94 t /d，按尿素粉尘的价格为 1 050 元/t 计算，可节约支出 2 037 元/d; 每吨尿素蒸 汽 消 耗 为1. 08 t，按 2. 5 MPa 蒸 汽 价 格 为 120 元/t 计算，可节约蒸汽消耗为 251. 42 元/d。一年按 300 d 计算，每年回收尿素粉尘与节约蒸行干燥，但原设计中没有相应的排放口，可将机冷却器出口处的漏点检测仪、温度测点的法兰接口作为排放口。此种方法通量有限且干燥效果较差，易造成氮气循环通道结冰堵塞。
在增压机水冷器后管线低点处设置排气口，选用通径为 DN100 的管道，并将排放口引到高点处。此种方法缩短了开车干燥所需的时间，保证干燥的效果，避免冷箱堵塞影响负荷。
4. 3 闪蒸气压缩机增加精滤除油器
LNG 储罐正常蒸发产生的闪蒸气经往复式压缩机提压到 0. 35 MPa 后进入液氮洗冷箱，经氮气冷却器、原料气冷却器降温，在甲烷精馏塔内液化为 LNG。
往复式压缩机为 DW-26. 5 /0. 2-3. 5 型，气缸采取无油润滑，但是活塞杆内刮油环出现磨损，曲轴箱内的润滑油被带入气缸一段时间后，堵塞冷箱内闪蒸气通道，造成闪蒸气无法回收[3]。为此在闪蒸气出口增加精滤除油器，通过高效除油滤芯将闪蒸气中夹带的油彻底除去。
4. 4 尾气压缩机自动调节回路
甲烷精馏塔顶部尾气中 CO、H2 等有效成分质量分数为 80% 以上，体积流量为 5 800 m3 /h，通过 MW-80 /0. 64-32 型往复式压缩机提压到 3. 2 MPa，返回到变换装置后回收利用。启动尾气压缩机回收尾气，但因尾气放空调节阀是气动蝶阀，调节线性差，造成甲烷回收塔压力波动幅度大。当压力低于 0. 13 MPa 时，造成甲烷回收塔底部 LNG 送不出去。实际运行中尾气放空调节阀必须保留 10% 的开度以保证甲烷精馏塔压力的稳定，但尾气不能被全部回收，造成能耗增高。 通过反复论证研究，将尾气压缩机一回一调节阀由手动调节改造为自动调节，保证甲烷精馏塔压力的稳定。同时，尾气放空阀只作为开关使用，不用于甲烷精馏塔压力的调节[4]。在保证压力稳定的前提下，通过改造将尾气全部回收。
4. 5 改造煤气冷却放空管线
液氮洗开车导气前先对原料气管道进行置换，置换介质为低温甲醇洗出来合格的净化气，温度为 - 45 ℃ 以下。置换排放位置在分子筛吸附器进口处，此段管线材质为碳钢，通径为 DN25，接入火炬总管。置换过程中低温净化气直接通过碳钢管线去火炬，火炬总管材质为碳钢，允许承受最低温度为 - 20 ℃。为防止碳钢管道在低温下冻裂，将置换管线更换为耐低温合金钢钢管，并接到水浴池的入口。置换时的低温气体，经水浴池复热后再送到火炬总管，消除安全隐患。
6 结语
针对副产 LNG 液氮洗装置采用氮气循环回路补充冷量运行中出现的问题进行相应解决，并在实际运行中进一步摸索经验，全方位实施精细化管理，保证装置安稳长满优运行。