0前言

原平吳華化工有限公司(以下簡稱原平吳華公司）尿素裝置采用意大利斯耐姆公司的氨汽提工藝，在2009年DCS系統升級改造后，尿素產量不斷提高，曾創造了年產150kt尿素的記錄。但在高負荷生產的同時，中壓甲銨冷凝器(冷凝器）的換熱效果變差，出口甲銨液溫度無法達到控制指標要求，嚴重影響中壓吸收塔(Cl01）塔底溫度的控制，致使氨耗增大、產品質量合格率降低，制約了生產系統的長周期穩定運行。為此，分析了冷凝器換熱效果變差的原因并采取相應措施，取得了滿意的效果。

1存在的問題

2010年春季，冷凝器出口甲銨液溫度偏高，采取加大循環冷卻水流量的措施后，出口甲銨液溫度才趨于正常，在此工況下維持運行了2個月。2010年夏季，冷凝器出口甲銨液溫度又有上升趨勢，于是將冷卻水閥門全部開大，但效果不明顯。

利用大修機會打開冷凝器檢查，發現半數以上的換熱管被污垢堵塞，垢層平均厚度在1.5mm，較厚處達2.3mm，大量的污垢堆積在換熱管第3管程出口和第4管程管端，且垢層堅硬。為此，先采用特制的鉆頭鉆垢、高壓水槍沖洗等措施清垢，然后再進行24h化學清洗。清理完畢后，冷凝器投入系統繼續運行，但運行6個月后，其換熱效果再次開始下降。

2冷凝器結垢原因分析

2.1循環水流速偏低

循環水走的是冷凝器上、下管箱之間的管程，來回走2次，即四管程。設備簡體內有Φ19.05mm×1.65mm不銹鋼管252根，單管程管數63根，原設計冷卻水流速1m/s，按此值計算，該設備設計過水量為53.9m3／h。設計進口水溫36℃，而冷凝器循環水實際進口水溫≤30℃，因此上水閥門開度很小，尤其是冬季，DN100mm的上水閘閥僅開2圈，水量經常低至35m3／h。由于換熱管內水的流速遠小于設計值，致使水在冷凝器中的停留時間過長，導致水中懸浮物和磷酸鹽沉積，造成管內結垢。

2.2通過第3和第4管程的冷卻水溫度偏高

原平吳華公司循環水的水質情況為：懸浮物質量濃度≤50mg/L，pH在8.5~9.5，堿度為400~900mg/L，鈣離子質量濃度約為550mg/L。循環水經過第1和第2管程的過程中，吸收了甲銨液的熱量，水溫升高至48℃左右，再經過第3和第4管程的換熱，溫度升高至65—70℃。由于第3和第4管程水溫較高，因而易結垢。此分析結果也與打開設備檢查時發現第3和第4管程換熱管污垢較多的現象相吻合。

3改造方案

借鑒同類企業的經驗，從設備入手尋找解決方案。冷凝器的筒體直徑僅500mm，而內部列管卻多達252根，且分四管程過水，因此，過水截面較小，阻力較大。在日常生產中，進口水壓在0.5MPa左右，出口水壓卻不到0.3MPa，不僅限制了冷凝器循環水的流量和流速，同時也給后續水系統的正常運作帶來了很大的不便。

改造方案：將冷凝器下管箱的1室和3室用Φ159mm管道連通，從2室直接另接1根Φ159mm管道至循環水出口。改造前、后冷凝器結構見圖1。

由圖1可得知：改造后，循環水進入后由下管箱的1室和3室同時通過部分列管上升至上管箱，然后再由上管箱通過另外一部分列管下降至2室；在循環水上升和下降過程中，循環水通過列管管壁與甲銨液換熱，較后從2室流出設備。即通過改造，循環水流程由四管程變成了雙管程，流通截面增大了1倍，阻力大大減小，有利于增大循環水量、提高流速，且循環水的流程縮短，出口水溫也不會太高。

4改造效果

2011年大修期間，原平吳華公司按上述方案對冷凝器實施了改造。改造后，冷凝器換熱效果良好，系統運行穩定。改造后冷凝器運行工藝參數見表1。

實際生產中，甲銨液和循環水的進、出口溫度一直穩定在指標范圍內，系統較易控制。

改造后，因管程阻力降低，循環水流量由改造前的35t/h增加至約53t/h，流速也基本達到了設計值，系統運行穩定，達到一次改造而長期受益的目的。

5結語

(1)改造前，需經常調節循環水流量，所以閥門易損壞，檢修、更換頻繁；改造后，系統穩定，操作彈性大，除開、停車外，幾乎無需進行任何調節，節約了檢修費用。

(2)改造后的2年運行期間內，曾多次打開冷凝器進行檢查，列管內壁基本沒有結垢現象。

(3)改造后，Cl01負荷大幅降低，減小了回流氨流量，噸尿素氨耗由改造前的594kg降至588kg，年節氨效益約132萬元。

(4)改造后，尿素產量由400t/d增加至435t/d，年增經濟效益約380萬元。