磷铵装置气氨供给改造实践

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。

图1 液氨蒸发流程

3 改造效果及效益

3.1 效果

本次改造投用初期，因操作不熟练，气氨压力时常出现大幅度波动，后经过一段时间的摸索，气氨压力等工艺指标不再出现波动，装置得以稳定运行。氨蒸发器所产气氨量，完全能满足3 套磷铵装置的需求，没有出现过因磷酸浓缩装置蒸汽冷凝水量不足影响氨蒸发器运行的情况，完全达到了改造预期目的。

3.2 经济效益

通过本次改造，回收利用余热热能20 569 920 kJ/h，折合公司目前使用的0.5 MPa、180 ℃低压蒸汽约8.7 t/h。该品质蒸汽价格以84.5 元/t 计，每小时可节约费用735.15 元，以每年运行7 000 h计算，每年可节约费用514.61万元。

4 结束语

对装置开展深度挖潜，有效提高能源利用效率，不仅是响应国家战略需求，而且是增强企业竞争力的有效手段。本次改造是将生产过程中产生的废热有效再利用的一起典型案例，改造实施后，给企业带来经济效益的同时，也带来环境、社会效益，为公司绿色、高效发展提供了思路，并打下坚实的基础。