汽提塔出液溫度低的原因分析

許昆嶺

(靈谷化工有限公司，江蘇 宜興 214213)

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汽提塔出液溫度低的原因分析

許昆嶺

(靈谷化工有限公司，江蘇 宜興 214213)

針對靈谷化工有限公司大化肥分公司二期尿素裝置CO2汽提塔出現的出液溫度低、汽提效率下降、低壓系統超壓、噸尿素氨耗高等問題，分析了其原因，通過排除法排除了本裝置內部可能出現的問題，再從整個系統考量，發現是公用系統相連部分的問題，在采取了相應的措施后，尿素裝置恢復正常。

尿素裝置；CO2汽提塔；低溫

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.03.010

靈谷化工有限公司大化肥分公司二期煤化工45萬t/a合成氨、80萬t/a大顆粒尿素裝置于2015年11月中旬正式建成投產。尿素裝置采用斯塔米卡邦2000+CO2汽提法尿素生產工藝、荷蘭荷豐冷料循環大顆粒造粒工藝(CRG技術)。在CO2汽提工藝高壓系統中，汽提塔是四大高壓設備(合成塔、池式冷凝器、汽提塔和高壓甲銨洗滌器)之一，是整個工藝的關鍵設備。汽提塔是利用CO2氣作為氣提氣，能有效降低氣相中的氨分壓，分解效果好，傳統CO2汽提工藝中汽提塔的汽提效率一般在80%左右(該廠此套工藝設計汽提效率為70%)，其運行指標的優劣是決定整個尿素系統能耗水平的關鍵。裝置自開車以來，汽提塔出液溫度一直維持在168～172℃，但在2016年4月10日一次高壓系統封塔后開車，出現汽提塔出液溫度緩慢降低的情況，造成汽提效率下降、中低壓系統超壓、噸尿素氨耗升高等問題，嚴重時系統無法正常運行，被迫停車。

1 CO2汽提塔簡介

汽提塔實際上是一個直立降膜式管殼換熱器，殼程走加熱蒸汽，管程內進行汽提分解。尿素合成塔生成的合成液順著管壁形成一層液膜，由于重力作用自上而下流動，汽提氣CO2以一定的速率逆流而上，兩相在管壁的液膜中進行傳質及傳熱過程。汽提塔從結構上分為高壓部分(管程)和低壓部分(殼程)，高壓部分中的主要部件包括液體分布器、氣提管、CO2分布器、管板等；低壓部分主要由殼體膨脹節、防爆板等組成。汽提塔內每根氣提管對應1個液體分布器，在液體分布器的液體分布頭部分，每間隔 120°有1個約2.5mm的小孔，其目的是保證將進入的合成液均勻分布于各氣提管，并使其呈膜狀沿管壁下流，如果因某種原因引起液體分布器不能均勻分布液體，不僅影響氣提效率，而且引起氣提管超溫，造成汽提管因腐蝕加劇而損壞。

汽提管、液體分布器及其余接觸工藝介質的材料均為safurex，與其他類型的雙相不銹鋼相比，此材質具有更高的強度、更好的抗點蝕和抗縫隙腐蝕及抗應力腐蝕的能力[1]。

2 汽提塔出液溫度偏低

2016年4月10日早班，因前系統原因，尿素系統保壓停車，晚班投三物料(甲胺、液氨、CO2)，但汽提塔出液溫度比正常操作溫度偏低。在維持運行期間至停車前的現象如下：①高壓系統。出汽提塔E201液體溫度TE2210由168℃逐漸降低到140℃，合成塔R201出氣溫度TE2111由181℃逐漸降低至175℃，高壓系統壓力PT2101由13.8MPa(g)降低至12.9MPa(g)，汽提塔E201出氣溫度TE2105由186℃降低至178℃；②中壓系統。負荷加重，中壓系統PT5103壓力由1.7MPa(g)逐漸升至2.0MPa(g)，中壓甲銨液位槽V501氣相去低壓吸收塔C201的調節閥PV5101由開始的20%逐漸全開至100%；③低壓系統。精餾塔循環加熱器蒸汽調節閥PV3102逐漸開大，精餾塔出液溫度TE3104由140℃降低至135℃，蒸汽疏水閥全開，基本處于無液位操作，低壓系統放空調節閥PV3201由30%逐漸全開至100%，常壓吸收塔負荷加重，常壓吸收塔氣相溫度最高至78℃，放空筒氨含量偏高；④蒸汽系統。高壓汽包V905的進蒸汽量逐漸由78t/h降至40t/h，到停車前汽提塔幾乎不耗蒸汽。

隨著汽提塔汽提效率的降低，裝置負荷降至50%，中低壓系統也無法維持生產。2016年4月30日，尿素系統停車檢修。2016年5月3日，停車檢修后尿素系統開車，汽提塔出液溫度仍偏低至163℃，經過調整，高壓蒸汽飽和器維持低液位操作，進蒸汽溫度至240℃，系統能維持70%負荷生產，但較高的進汽溫度對汽提塔列管的運行會產生不利的影響。2016年5月8日，合成氨和尿素系統停車檢修；2016年5月9日，晚班尿素開車，系統正常，汽提塔出液溫度170～172℃，高壓系統壓力13.9MPa(g)。

3 原因分析

(1)汽提塔汽提列管結垢，傳熱差。汽提列管結垢增加了換熱管管壁的傳熱熱阻，進而影響熱量的有效傳遞。一般而言，汽提塔列管結垢主要是由原料CO2、液氨中帶油引起。一方面，靈谷化工有限公司合成氨系統使用離心式壓縮機和干氣密封，液氨中存在油的概率很小；另一方面，尿素CO2壓縮機采用離心式壓縮機，密封采用自密封系統，高壓氨泵采用日本荏原生產的高速離心泵，帶油進去的概率也很小，并且由于尿素裝置開車至今才半年多，出現汽提列管結垢的可能性不大，故此原因可排除。

(2)汽提塔殼側加熱蒸汽壓力低。尿素裝置正常生產期間，汽提塔的不同負荷對應不同的加熱蒸汽壓力。在汽提塔負荷一定的條件下，加熱蒸汽壓力過低，將使汽提效率下降，進而使中、低壓系統負荷增大，系統氨耗增加。加熱蒸汽壓力過低一般是由送尿素界區的中壓蒸汽量減少所引起。2016年4月30日停車前，蒸汽壓力PT9102為2.0MPa(g)，蒸汽側指示溫度TE2118為209℃，因此排除加熱蒸汽壓力低的原因。

(3)汽提塔液位過低，造成CO2由出液管線竄至中低壓系統。如果發生此現象，汽提塔出液溫度將下降，中低壓系統壓力快速升高，嚴重時中低壓系統安全閥起跳。引起此現象的原因，一般是汽提塔液位計失準或出液調節閥故障。2016年4月10日，前汽提塔出液調節閥出現故障，調節閥只能關到90%。趁4月10日停車間隙，拆檢調節閥，發現閥芯處有2粒螺母，經對照汽提塔圖紙，確認此2粒螺母是CO2氣體分布器頂板與汽提塔下管板連接的定位螺栓固定螺母。4月30日停車前，初步懷疑是因此螺母的脫落，導致CO2進氣管在汽提塔下封頭內發生彎曲，進氣管浸入尿液中，造成一部分CO2隨著汽提液去中低壓系統。停車后檢修發現，氣體分布管的定位螺栓斷了，但分布管位置基本無變化，雖然會對CO2氣體分布產生影響，但不是引起出液溫度低的主要原因，這一點也可以從5月3日尿素開車后汽提塔出液溫度低的現象中得到驗證。

該廠汽提塔液位計采用雷達液位計，但若液位計失準，會造成汽提塔滿液至CO2氣體分布板上，也會引起汽提塔出液溫度偏低的現象。2016年5月3日開車期間，雷達液位計生產廠家通過遠程連接，對該廠雷達液位計的運行數據進行監控，通過反饋的信息確認雷達液位計沒有問題，因此也排除了液位計失準的因素。

(4)高壓汽包V905無液位。如果高壓汽包無液位，過熱蒸汽將直接進入汽提塔殼側，同等條件下過熱蒸汽通過顯熱放熱，其放熱量遠小于飽和蒸汽的相變放熱量，并且過熱蒸汽導熱系數很低，大大浪費了換熱器的換熱面積，使其效率降低。停車前的高壓汽包液位控制在50%，進汽提塔后蒸汽溫度為飽和蒸汽，溫度和壓力呈對應關系。停車后對高壓蒸汽飽和器進行檢查，確認設備是完好。

(5)蒸汽冷凝液淹沒部分換熱管。汽提塔的主要任務是把合成塔出來的合成液中游離氨蒸出，并分解未轉化為尿素的甲銨液，此過程需要外部提供熱量。當汽提塔殼程部分換熱管被冷凝液淹沒時，造成汽提塔換熱面積相應減少，從而減少了熱量的傳遞(甲胺分解是吸熱過程)，所以汽提塔出液溫度必然降低。一般情況下，引起蒸汽冷凝液淹沒部分列管的原因，包括高壓汽包滿液和汽提塔加熱側冷凝液不能排入高壓汽包(原因是出液閥開度小或閥頭脫落)兩方面。檢修期間發現出液閥是完好的，可排除出液閥問題。5月3日尿素裝置開車期間，尿素系統汽提塔出液溫度低至157℃，中低壓系統負荷較重，此時高壓汽包液位控制在30%，蒸汽溫度和壓力呈對應關系。經調整，使高壓汽包液位控制在0%，過熱蒸汽(2.0MPa(g)，溫度243℃)進入汽提塔殼程，汽提塔出液溫度(在70%負荷下)控制在165℃，從此點也可以排除高壓汽包滿液的問題。

(6)汽提塔加熱側惰性氣體積聚過多。加熱側過多的惰性氣體將導致蒸汽的分壓和冷凝溫度降低，隨著惰性氣體越積越多，殼側加熱蒸汽的分壓也越來越低，最終結果是蒸汽無法冷凝，僅靠顯熱加熱，熱傳遞效率大幅度降低，因此，出現了前述“汽提塔幾乎不耗蒸汽”、“出汽提塔E201液體溫度TE2210由168℃逐漸降低至140℃”的現象。由于甲銨分解是吸熱反應，加熱熱量的減少必然會引起汽提塔出液溫度的降低，同時引起汽提效率下降、中低壓系統負荷增加、高壓蒸汽消耗逐漸減少。汽提塔加熱側惰氣量的多少主要取決于加熱蒸汽的品質。影響加熱蒸汽品質的原因主要有外部和內部兩方面：外部原因是進入尿素界區的中壓蒸汽品質差，主要是前工段副產中壓蒸汽的設備泄漏而使 H2、N2、CO 等不凝氣進入中壓蒸汽；內部原因在于尿素裝置內部，當汽提塔列管存在泄漏時會使甲銨進入高壓蒸汽，甲胺分解產生的二氧化碳充當了惰性氣體。

(7)由于該廠汽提塔設備為新設備，使用才半年，可以排除汽提塔列管出現泄漏的問題。

4 解決問題

該廠進尿素裝置的中壓蒸汽主要有3.8MPa(g)蒸汽減壓和變換2.5MPa(g)廢鍋產蒸汽。5月3日尿素裝置開車后，由于汽提塔出液溫度低，蒸汽加不進去，取進界區2.5MPa(g)蒸汽氣體分析，檢測出蒸汽中含有氫氣、一氧化碳和硫化氫等。由此，確定引起汽提塔出液溫度低的原因是變換2.5MPa(g)廢鍋泄漏，使變換氣進入蒸汽系統，進而進入汽提塔殼程，由于惰氣量過大，造成汽提塔排惰氣口排氣不暢，惰氣積聚，不能把熱量有效地傳遞，從而減少了提供給甲胺分解的熱量，又由于汽提過程甲胺分解是吸熱過程，所以汽提塔出液溫度較低。5月4日，變換2.5MPa(g)廢鍋產蒸汽不進尿素系統，尿素裝置高壓蒸汽全部由3.8MPa(g)減壓至2.5MPa(g)，汽提塔出液溫度升高至169℃，合成系統壓力升至13.9MPa(g)，中低壓系統負荷減輕，尿素系統基本恢復正常。

2016年5月8日，合成系統和尿素系統停車檢修，變換2.5MPa(g)廢鍋有9根列管泄漏。5月9日尿素系統開車，汽提塔出液溫度為170℃，合成壓力為13.9MPa(g)，加熱蒸汽控制在1.8MPa(g)，汽包液位控制在50%，尿素系統恢復正常。

5 結語

汽提塔是二氧化塔汽提法尿素生產工藝中的關鍵設備之一，它的工作狀況直接影響整個裝置的消耗和設備的使用壽命。通過對此次不正常現象的分析，總結得出以后工作中應注意的兩方面：一方面，在生產中要密切關注工藝運行指標的變化；另一方面，對問題的分析不應簡單地局限于本裝置內部，還要從整個系統思考，特別是與公用系統相連的部分，比如蒸汽、水等，只有這樣才能更深入地了解本質，更好地指導生產實踐。

[1] 武志寬.Safurex材料在尿素裝置高壓圈的應用[J].化肥設計，2012，50(6)：29-31.

[2]邸彩霞，崔海生，李進.汽提塔帶油原因分析與對策[J].化肥設計，2006，42(5)：37-39.

修改稿日期： 2017-04-27

Analysis of Reasons for Lower Temperature of Urea Solution Leaving the Stripper Bottom

XU Kun-ling

(LingguChemicalCo.，Ltd.，YixingJiangsu214213，China)

In view of the problems that the effluent temperature of the CO2stripping tower of the second urea plant in Linggu Chemical Co.，Ltd. is low，the stripping efficiency is dropping，the over-pressure of the low pressure system and the ammonia consumption of the urea is high，this paper tries to analyze the reason. The internal problems have been eliminated by exclusive method. Considering the entire system，the public part of the system is connected to the problem. The urea device returned to normal after taking appropriate measures.

Urea plant；CO2stripping tower；low temperature

許昆嶺(1985年—)，男，河南商丘人，2011年畢業于南京工業大學化學工程專業，碩士，工程師，現從事尿素技術管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.03.010

TE962

B

1004-8901(2017)03-0039-03