磷銨裝置氣氨供給改進與熱量利用

劉杰華，陸盛濤

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠 661600）

0 引言

云南云天化紅磷化工有限公司（以下簡稱公司）有4 套磷銨裝置，其中3 套為磷酸二銨（DAP）裝置，1 套為粉狀磷酸一銨（MAP）裝置，所使用的液氨或氣氨均由公司氨站供給。隨著公司30 kt/a、40 kt/a磷酸二氫鉀裝置先后建成投產，并逐步穩定運行，氣氨需求量增加，氨站氣氨供給量難以滿足全公司生產需求。

1 磷銨裝置生產中氣氨供給存在的問題

1.1 MAP裝置液氨蒸發器故障頻繁

公司MAP 裝置配有專用的液氨蒸發器，氨站供給的液氨（溫度15 ～25 ℃）與磷酸濃縮裝置的蒸汽冷凝水（溫度90 ～110 ℃）換熱后轉換成氣氨（溫度50 ～70 ℃）。液氨蒸發器為臥式直管列管式蒸發器，管程為冷凝水，殼程為液氨，由于冷凝水與液氨溫度差較大，液氨蒸發器管程與殼程膨脹量不同，產生熱應力，致使液氨蒸發器頻繁出現泄漏，不但增加了維修費用，縮短了裝置運行周期，而且因液氨蒸發器泄漏致使冷凝水呈堿性，影響后續系統冷凝水回收裝置的正常運行。

1.2 氣氨輸送管道熱損失大

磷銨生產中，為了控制造粒機出口物料水分，管式反應器內的反應溫度一般控制在130～150 ℃［1］，以利用自身反應熱將料漿中大部分水閃蒸掉，從而降低干燥工序的負荷。管式反應器內熱量來源主要為磷酸和氨的放熱反應，還有一部分為磷酸、液氨、氣氨等原料所帶入的熱量。

公司3 套DAP 裝置中有2 套裝置的氣氨是由氨站直接供給，氣氨輸送管道全長約550 m，氨站氣氨緩沖罐出口氣氨溫度為60 ℃，由于氣氨輸送管道未進行保溫，進入DAP 裝置后氣氨溫度僅有30 ℃，造成大量熱量流失。液氨溫度低，且汽化成氣氨時還要吸收大量熱量，為了保證管式反應器的反應熱，則需要加大氣氨用量、減小液氨用量，從而增加了氨站氣氨供給負荷。

2 解決措施

2.1 氨站供氨系統技術改造

氨站采用液氨泵供氨，并增大液氨泵進出口管徑。停用MAP 裝置內部液氨蒸發器，在氨站增加2 臺臥式U 型列管式蒸發器，每臺蒸發能力8 t/h，液氨蒸發器出口設置氣氨緩沖罐，用來穩定氣氨壓力。重新布置供氨管，采用一根總管、各個用氨點從總管上引出供氨。配套新建100 m3冷/熱水槽各一個，各配置2 臺水泵，均為一開一備。熱水從磷酸濃縮裝置送到熱水槽，通過熱水泵供給液氨蒸發器，換熱后的冷水回到冷水槽，再由冷水泵送到硫酸裝置，熱水槽加裝電導率在線監測儀，監測磷酸濃縮工序來冷凝水水質。冷/熱水泵的頻率、電流、停運狀態，液氨蒸發器和水槽的液位、溫度、電導率等信號引入氨站主控室。改造后工藝流程見圖1。

圖1 氨站供氨系統改造后工藝流程

2.2 對氣氨輸送管道進行保溫

對氨站至2套DAP裝置的氣氨輸送管道進行保溫，降低供氨過程中的熱損失，提高進入管式反應器的氣氨溫度，從而降低裝置氣氨用量。

保溫前2套DAP裝置氣氨消耗總量6 000 kg/h，液氨消耗總量4 000 kg/h。保溫前進DAP 裝置氣氨溫度30 ℃，比熱容3.308 kJ/（kg·℃）；液氨溫度20 ℃，比熱容4.773 kJ/（kg·℃）；20 ℃液氨汽化潛熱1 187.46 kJ/kg。保溫后進DAP 裝置氣氨溫度55 ℃，比熱容4.035 kJ/（kg·℃）［2］。

（1）保溫前氣、液氨帶入熱量：氣氨帶入熱量Q1=6 000×30×3.308 kJ/h=595 440 kJ/h；液氨帶入熱量Q2=4 000×20×4.773 kJ/h=381 840 kJ/h；20 ℃液氨汽化成20℃氣氨吸收熱量Q3=4 000 ×1 187.46 kJ/h=4 749 840 kJ/h。則保溫前氣、液氨帶入熱量∑Q前=Q1+Q2-Q3=-3 772 560 kJ/h。

（2）保溫后氣、液氨帶入熱量：氣氨帶入熱量Q4＝55 ℃×4.035 kJ/（kg·℃）·qm（氣氨）；液氨帶入熱量Q5＝20 ℃×4.773 kJ/（kg·℃）·qm（液氨）；20 ℃液氨汽化成20 ℃氣氨吸收熱量Q6＝1 187.46 kJ/kg·qm（液氨）。則保溫后氣、液氨帶入熱量∑Q后＝Q4+Q5-Q6。

（3）保溫后消耗氣氨、液氨量：為了不影響系統反應熱，保溫前后帶入系統的熱量需相同，即∑Q前=∑Q后；由于進入系統的氣、液氨總質量流量不變，即qm（氣氨）+qm（液氨）=10 000 kg/h。因此可計算出qm（氣氨）＝5 440 kg/h，qm（液氨）＝4 560 kg/h。

氣氨輸送管道保溫前后裝置氣氨用量見表1。

表1 氣氨輸送管道保溫前后裝置氣氨用量

氨站新增的2臺液氨蒸發器的設計能力合計為16 000 kg/h，實際效率約為85%，實際氣氨供給量為13 600 kg/h，氣氨輸送管道保溫前難以同時滿足5套裝置氣氨用量，保溫后由于氣氨溫度提高，氣氨帶入的熱量增加，在保證系統反應熱的前提下2套DAP裝置每小時氣氨用量可減少約560 kg，從而使氨站氣氨供給量可以滿足5套裝置同時使用。

3 結語

氨站供氨系統經過改造，公司統一調配各裝置氣氨用量，實現了精準控制，提高了各裝置應對突發事故的能力。同時，MAP 裝置液氨蒸發器使用頻率降低，減少了維修成本，達到了延長裝置運行周期、完善工藝控制的目的。

氣氨輸送管道保溫后氣氨熱量得到合理利用，氨站蒸發的氣氨不但能夠滿足原磷銨裝置的生產需求，同時也能夠保證新建裝置的氣氨用量，且氣氨實測溫度最高可達到65 ℃，能夠在降低氣氨用量的同時不影響產品質量。