王国栋 温福亚
山东省济宁市恒立化工有限公司
0前言
饱和塔是变换系统的主要传质设备，它的作用是用回收了变换气中热量的热水将半水煤气提高温度、增加其饱和度，清洗有害的灰尘和杂质，最终达到回收热能而节约蒸汽的目的。显然，饱和塔的传质性能的好坏直接关系到变换系统的汽耗，并且这主要取决于塔内件装置的结构形式与传质传热性能的优劣。早期的饱和热水塔曾分别使用过空塔、旋流板塔、泡罩板塔、散装填料塔，但其传质效果较差。随着技术发展，塔内件发展也较快，规整填料的应用使饱和塔的节能降耗作用大为提高，尤其是近几年的新型垂直筛板塔在饱和热水塔中的技术改造取得了重要进展，使变换系统的能耗大幅下降。 定位板1、中压变换饱和塔的基本情况
我厂的变换工序是配套96年投产的“8.13”工程项目，选用了2.5MPa级的中压变换，其比较常压变换来说节电13%~15%及反应速度提高4倍，但由于压力高，二氧化碳和硫化氢分压增大，导致中压变换的腐蚀和付面效应比常压变换也严重得多，所以我厂的饱和热水塔和一热循环系统管道及换热设备采用的均为不锈钢材料。饱和塔选用的是填料塔，其规格如下：直径Φ1844*22，塔高19650mm，塔内装填250Y不锈钢孔板波纹规整填料40m3，填料分两层，每层高5700mm；气体的分布采用进气管通至中间，通过Φ916*8的升气帽均匀上升；液体的分布采用耙式分布管、长短管式液体分布器、锥型环板式液体再分布器来确保液体的均匀分布；在塔顶距离耙式液体分布管400mm处设有Φ900的丝网除沫器来消除气体中的雾沫夹带。
2、饱和塔改造原因
随着企业扩能改造，我厂的生产能力逐步提高，98年年产合成氨达到10万吨以上，变换系统呈现出超负荷运行状态，突出表现在以下各方面： 2．1、正常生产运行状态下，饱和塔出现明显的带水现象，饱和塔后的蒸汽混合器导淋常开常流水，中压脱盐水补水阀要常开才能维持热水塔的液位正常，使中压脱盐水用量明显
增加；
2．2、蒸汽混合器排出的水呈酸性，经测试PH值在5~6左右，对热水系统管道和蒸汽混合器处的管道腐蚀严重，使其管道的年腐蚀率达3mm以上，多处焊口出现漏点，或带压堵漏花费很多精力和财力，或被迫全厂停车处理漏点；
2．3、饱和塔超负荷阻力大，一热循环量难以调至最佳范围内，水循环量加不上去，1999年和2000年热水循环泵被迫大量减电流，严重时电流由140A减至100A左右，饱和塔的传质传热效果差，系统的热回收利用差，蒸汽消耗量大；
2．4、由于饱和塔的严重液沫夹带，液滴被带至热交换器内，堵塞、腐蚀热交换器的列管，致使热交换器阻力大、内漏，变换系统超压、蒸汽消耗量大，平均每年要2~3次全厂停车处理，变换岗位成为生产中卡脖子的工序。1999年秋季大修对饱和塔内件液体分布器、再分布器、气体分布器等进行检修，更换了塔顶除沫器，2000年大修将全部磁化杯250Y不锈钢孔板波纹规整填料扒出冲洗清理，除掉填料中夹杂的脏物，又重新整理后装回塔内，花费了大量的人力、物力、财力，但仍没能解决饱和塔带水的问题，变换系统消耗猛升、开停车损失较大、已成为生产中长周期运转的一大障碍。
3、饱和塔改造依据和实况
针对饱和塔的实际情况，我们以长周期、低消耗、延长设备使用寿命为中心，以扩大生产能力和高效率为基准，经过多方研究考察、查询有关资料和结合兄弟厂家的经验，在2001年大修时与河北正元公司合作，将饱和塔改造为近几年较新型的垂直筛板塔。
3．1、新型垂直筛板塔工作原理
新型垂直筛板塔是由泡罩塔改进而成的，是一种喷射型的高效传质塔，其传质三步曲为：a、由下层塔板上升的气体经升气孔气流收缩静压降低，板上的液体靠本身的液柱静压及气流的吸力进入帽罩内与上升气流形成气流混合物进行本层塔板的第一次传质传热过程；b、气液混合物边进行传质传热边上升，升到罩顶后进行液体的表面更新，完成第二次传质；c、然后经帽罩筒壁上的斜开孔斜向下喷出，液体被分散成大量直径不等的液滴，形成大量的传质表面，在液层上部空间完成第三次传质过程后，液滴返回板上液层，气体继续上升至上层塔板。从上述工作原理可看出，本塔操作气速高、处理能力大，比浮阀、筛板塔高50%以上，比规整填料的处理能力也要大10～20%，其雾沫夹带量少，在参数与浮阀塔相同时，雾沫夹带是浮阀塔的1/40，所以饱和塔改造后彻底解决了我厂饱和塔超负荷带水问
题，体现了饱和塔的节能降耗作用。
3．2、饱和塔的改造情况
我厂饱和塔设计参数：塔板气体流速：3-4m/s，塔板压降：60mmH2O，出口汽气比：0.4，热水循环量：130-150m蛇形线3/h，降液管内液体停留时间：3-3.5s，降液管流速：0.1m/s，隙流速：<0.4m/s，堰上溢流强度：6-100m3/mh，板效率：60%，其设计操作范围为40%-120%，在1/5的负荷气量生产时，塔板上建立不起液位，1/2的负荷气量生产时，最大液量塔板也处于漏液操作，热水循环量实际操作最佳状态为120-140 m制作ic卡3/h，最大不能超过180 m3/h。我厂的饱和塔共装有15层筛板，各层筛板上装有数量不等的帽罩，依据气量的变化，帽罩由下向上依次增多，共装636个帽罩；而塔板间距500mm，其塔高远远低于填料塔，所以其进液管下降4.79m，相应增大了上部的分离空间；在原填料压板的位置上安装了旋流板分离器，旋流板罩筒上加锥形分气帽一个，利于气体的均匀分布；将原来的Φ900丝网除沫器检修更换内件，又在其筒体上开孔，开孔面积达0.66m2，外部缠丝网，增大除沫效果；在饱和塔出气管道上增装了管道分离器，分离掉的液滴通过溢流管回到饱和塔底部。这样在饱和塔自身操作不带液的情况下，又增加了三道防线来分离气相
中夹带的微小雾沫，彻底解决了饱和塔带水的问题，即保护了变换系统的设备，延长了设备的使用寿命，又提高了生产能力，确保了变换系统的安全生产。
附饱和塔改造前后的设计参数对比表
| 改造前 | 改造后 |
液体循环量（m3/h） | 220 | 120-140 |
出口汽气比 | 0.347 | 频偏0.4 |
塔板压降（mmH2O） | 84 | 60 |
空塔气速或塔板气速（m/s） | 0.361 | 3-4 |
板效率（%） | 70 | 60 |
操作弹性（%） | 53.3-110 | 40-120 |
设计塔高（mm） | 19650 | 14460 |
处理能力（tNH3/h） | 10.5 | 15 |
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4、改造前后变换系统运行比较
4．1、2001年10月以前因饱和塔带水，从混合器导淋处排，一热系统的中压脱盐水补水阀常开，脱盐水消耗量大，且循环水中固形物很难控制，一度高达1000ppm以上。改造后饱和塔不带水了，系统补水量明显减少，一班大约只补水一小时左右即可满足热水循环，节省了昂贵的脱盐水。而且排污只从固形物浓度最高、水温最低的饱和塔水封处排水置换，固形物含量也较容易控制在指标之内了体育场馆椅,固形物含量的指标合格率由改造前的53.7%提高到改造后的90.8%。改造前后脱盐水消耗量如表1。
表1：饱和塔改造前后脱盐水消耗量表
| 改造前 | 改造后 |
日期 | 2001.6 | 2001.7 | 2001.8 | 2001.9 | 2002.1 | 2002.2 | 2002.3 | 2002.4 |
脱盐水耗量m3 | 87042 | 88370 | 95602 | 91824 | 81773 | 80282 | 78985 | 81483 |
平均耗水m3/月 | 90709 | 80630 |
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4．2、由于饱和塔带水，加上固形物含量偏高，液滴被带入热交列管内，堵塞列管，系统阻力增大，变换系统因超压被迫减负荷生产，进口压力偏高，压缩机电耗也大幅上升，并且威胁了全厂的安全生产。改造后，饱和塔阻力和热交阻力降低了，系统压力也降低了，中压变换达到了自开车来连续运行时间最长、满负荷生产系统阻力最低的历史最好水平。改造前后变换系统的压力、压差见表2。改造前后超压影响生产台时见表3（我厂以45台机/时即相当45台L型17m3/min压缩机的气量为满负荷生产，每减一台机一小时既认为影响生产1台时）。
表2：改造前后变换系统压力、压差统计表(MPa)
日期 | 2001.3 | 2001.5 | 2001.8 | 2001.9 | 2002.1 | 2002.2 | 2002.3 | 2002.4 |
进口压力 | 2.33 | 2.30 | 2.20 | 2.26 | 2.15 | 2.15 | 2.16 | 2.13 |
系统阻力 | 0.21 | 0.25 | 0.21 | 0.20 | 0.15 | 0.16 | 0.15 | 0.13 |
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表3：正常生产中变换阻力大系统超压影响台时表
年份 | 1999 | 2000 | 2001 | 2002 |
影响台时数 | 1749.84 | 686.07 | 897.19 | 0 |
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4．3、饱和塔改为垂直筛板塔后，塔的处理能力和传质效率得以提高，杜绝了饱和塔的带水现象，使变换系统的超压、蒸汽消耗大等一系列的问题得到解决，整个系统的物料、热量平衡情况得到调整，确保了各项指标在较佳范围内运行，使变换系统基本达到了较好“中低低”工艺运行状态。
5、经济效益分析
5．1、节省脱盐水的效益
由表1可知，饱和塔改造后每月平均可节省脱盐水10079m3，按每立方脱盐水1.0元计算，则每年的效益为：1.0*10079*12=12.1万元
5．2、节约蒸汽的效益
由表4可看出，饱和塔改造前后吨氨蒸汽消耗约下降300kg，按每吨蒸汽成本50元计，则每年可节约的蒸汽效益为：50*0.3*10=150万元
5．3、降低电耗的效益
饱和塔改造后，热水循环量减少和变换系统阻力明显降低，热水泵和压缩机电耗大幅度下降，98年至2001年平均吨氨电耗为1585度，2002年平均吨氨电耗为1566度，平均吨氨电耗下降19度，按每度电费0.3元计，则每年的效益为：0.3*19*10=57万元
5．4、安全效益
饱和塔改造后，解决了饱和塔超负荷带水问题，增大了生产能力，变换系统压力和阻力控制在正常范围内，保证了各工艺条件的良好运行，使我们的一条龙生产达到了长周期、安全、高效、稳定的目的
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