低壓回收系統局部改造簡介

許明洪，楊德林，李 霞

（青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司，青海 格爾木 816000）

青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司化肥廠一車間自開工建設以來，根據生產實際需要以及國內相同工藝裝置生產過程出現的工藝問題，對尿素裝置低壓系統進行了一系列有針對性的工藝改造。下面詳細介紹。

1 流程敘述

精餾塔出氣與以下工藝液：從氨水槽經解吸泵送來的稀氨水；從高壓氨泵進口總管來的液氨；從回流冷凝器液位槽經回流泵送來的工藝冷凝液等工藝物流一起進入低壓甲銨冷凝器。在低壓甲銨冷凝器內，冷凝吸收后的氣液相混合物流入液位槽，在液位槽中進行氣液兩相分離。液位槽中的甲銨溶液由高壓甲銨泵送入高壓洗滌器。通過SIC1091調節高壓甲銨泵的頻率來控制液位槽的液位LIC1091。

如果因某種原因引起本工序的壓力升高或調溫水的溫差減小，PV1094將開大，向常壓吸收塔排放。在低壓甲銨冷凝器中未冷凝的氣體被引到常壓吸收塔中，進一步吸收氣體中的氨、二氧化碳和水。

2 存在的問題分析

2.1 超壓放空不及時

若前系統生產不正常，如汽提塔液位控制不當，或指示不準，造成二氧化碳向低壓系統竄氣，以及汽提塔汽提效率低等一系列問題引起低壓系統超壓，當系統無法吸收的放空量大于調節閥（PV1094）的最大放空量時，造成系統超壓嚴重則需操作人員去現場操作，在此過程中設備可能因為超壓造成損壞，致使裝置停車。

2.2 高壓甲銨泵循環管線結晶堵塞

高壓甲銨泵循環管線將低壓甲銨冷凝器液位槽內的甲銨液循環至低壓甲銨冷凝器內，主要用于甲銨泵開車初期的升壓。當壓力達到指標后，打開泵的出口閥將甲銨液送入高壓洗滌器。此時關閉泵出口兩道循環閥，若閥門存在內漏，致使甲銨液從低壓甲銨冷凝器倒入循環管線，此管道極易堵塞，且進低壓甲銨冷凝器切斷閥距樓面5m左右，現場操作十分困難。另外，若在開停泵后管線內的甲銨液沖洗不凈而甲銨液是易結晶物質，結晶后處理困難，這將給下次甲銨泵的開停帶來極大的麻煩。

2.3 液位自動控制

裝置水聯動試車期間，低壓甲銨冷凝器液位槽液位投自動控制后，經常因后續工序供水量波動造成低壓甲銨冷凝器液位槽液位波動，從而導致泵頻繁改變電機頻率來控制泵向高壓合成系統輸送的量，相應引起送入高壓系統甲銨液量頻繁變化。如果是在裝置正常生產期間，這將打破高壓合成系統原有的平衡，造成系統紊亂，進一步影響高壓合成系統的轉化率，對生產造成很大影響，嚴重時致使裝置無法進行生產。此外，高壓甲銨泵因液位槽的液位變換而頻繁加減速，對機泵自身也造成一定的損耗。所以液位的頻繁波動只能人為去調節高壓甲銨泵轉速，以達到后系統的平穩控制，從而加大了操作人員工作強度，降低了裝置自動化程度。

3 處理措施

3.1 超壓放空不及時的處理

在原設計的截止閥后增加一臺遠程手動控制調節閥（HV1082），以及在閥后增加一條DN25的0.8MPa蒸汽管線，防堵。改造后的系統圖見圖1，所需材料見表1。

圖1 改造后系統流程圖

表1 處理超壓放空所需材料

增加調節閥后，可以及時有效地解決因系統超壓造成設備損壞的問題，降低了因設備損壞導致系統停車的風險以及因停車和設備損壞帶來的經濟損失，同時也減輕了現場操作工的勞動強度。而通過增加0.8MPa的蒸汽管線，可以有效地解決因閥門泄漏和放空后冷凝形成的碳銨積液產生結晶造成管道閥門堵塞的問題。

3.2 高壓甲銨泵循環管線結晶堵的處理

改進的方法是借鑒水溶液全循環法工藝中二甲液的工藝流程。即從解吸塔給料泵至低壓甲銨冷凝器氨水管線閥門前配一路DN20管線至高壓甲銨泵循環管線臨時接管?″沖洗水閥處。具體見圖1，所需材料見表2。

表2 改造循環管線堵塞所需材料

改造后，正常生產時關閉第一道循環閥及解吸泵至精餾塔出氣的補液閥，打開第二道循環閥和兩道?″沖洗水閥，同時，循環液進低壓甲銨冷凝器切斷閥保持常開，從而保證循環管線內有氨水流動。降低該管線發生結晶堵塞以及因該管線堵塞導致系統停車的風險，同時也減輕現場工人的勞動強度和因停車帶來的一系列經濟損失。

3.3 低壓甲銨冷凝器液位槽液位控制改進

3.3.1 原因分析

低壓甲銨冷凝器液位槽液位控制原設計采取與高壓甲銨泵轉速串級線性控制。當與之相關的前系統和后系統不穩定導致甲銨液位槽液位發生變化時，由于高壓甲銨泵轉速不變，其出口流量未發生變化，而此時甲銨液位槽的液位改變，故LIC1091根據液位的變化與給定值的偏差去改變SIC1091的給定值，副調節器接到指令后很快產生校正作用，改變高壓甲銨泵的頻率，使甲銨液位槽液位返回給定值。因此，只要液位槽的液位有波動，則串級控制的甲銨泵電機頻率變化，泵的輸送量隨之改變，這將直接導致前、后系統相關量連鎖波動，從而影響到裝置穩定運行。

3.3.2 改進措施

工藝操作上要求低壓甲銨液位槽既不允許抽空也不許滿液，但允許液位在20%～70%范圍內波動。為此，我們只需將高壓甲銨泵出口流量控制穩定，而讓甲銨液位槽的液位在該范圍內波動。因此，在改進的控制系統設計中仍選用一臺非線性液位調節器LIC1091與高壓甲銨泵頻率調節器SIC1091構成串級控制系統。它根據液位的高度來改變高壓甲銨泵電機的頻率，從而通過變頻器來調節電機轉速。當液位在20%～70%范圍內波動且處于非線性調節器的不靈敏區域時，高壓甲銨泵的轉速可以保持基本不變，使高壓甲銨泵出口流量波動較小，從而更好地實現勻速控制。具體的控制系統如圖2所示。

若使前述的不靈敏區域內的衰減系數r＝0，即在某一個可調的不靈敏區域內調節器不工作，這樣，采用高選器、低選器與調節器組合在一起，就可以方便地組成一個非線性調節器，具體非線性調節器組成的方式與其特性表示在圖3中。圖中從變送器來的測量信號C直接送到調節器，作為測量值，測量信號C同時還經過一個高選器和一個低選器后送到調節器，作為給定值。其中，高選器的設定值C1應小于低選器的設定值C2，這樣調節器的輸入偏差e與不同的測量值之間有如表3所示的關系，即在被控變量C小于設定值C1時，調節器給定值為C1；C大于設定值C2時，調節器給定值為C2；而C介于C1～C2之間時，調節器給定值為C。

表3 由選擇器組成非線性調節器時變送器輸出C與調節器輸入偏差e之間的關系（C1，C2）

根據上述關系還可以畫出相應的調節器輸入偏差e與變送器輸出即被控變量C之間的關系，見圖3。圖中在C1～C2的范圍內，由于給定值與測量值相等，輸入偏差e等于0；其他兩條斜線的斜率為－1，相當于給定值分別為C1，C2的調節器。顯然，當C1＝C2＝A時，非線性調節器的特性就由折線變成直線，此時就變成一個給定值為A的線性調節器。從圖3可以看出，用非線性液位控制器來控制比線性控制好，非線性調節器能使高壓甲銨泵出口的流量更為平穩。當液位測量值在C1～C2之間時，液位調節器LIC1091的輸入偏差為0，它的輸出保持不變，能使高壓甲銨泵出口流量穩定；只有當液位到不靈敏區C1～C2范圍之外，液位調節器LIC1091才有輸入偏差，它將改變輸出，同時，保證變頻器的輸出增減必須在5Hz范圍內。這樣，既使液位重新回到不靈敏區的范圍，又能夠盡可能地保持高壓甲銨泵出口流量不會產生大幅度變化，而讓低壓甲銨液位槽液位可以在20%～70%范圍內作一些波動，改善裝置前后系統工藝的操作。

圖2 非線性控制系統流程

圖3 由高選器、低選器組成的非線性調節器及特性

3.3.3 效果

將前期串級控制改進為非線性控制后，有效地解決了因液位波動致使送入高壓合成系統流量頻繁變化帶來的問題。液位槽的液位在一定范圍內波動，高壓甲銨泵變頻器輸出頻率保持不變，從而保證送入合成系統的甲銨液流量穩定，維持整個尿素裝置系統平衡，實現了對工藝系統的平穩控制，同時，也提高了裝置的自動化程度，降低了員工的勞動強度。

4 結 語

通過以上對二氧化碳汽提法尿素裝置低壓回收系統的改進，可以有效地降低因回收系統壓力、循環管線結晶堵塞和液位波動等帶來的一系列生產安全風險、經濟財產損失和員工的勞動強度。同時，也提高了整個裝置生產的穩定性。