蒸發(fā)造粒系統(tǒng)技改措施及效果

楊 紅

(錦西天然氣化工有限責(zé)任公司 遼寧葫蘆島 125001)

錦西天然氣化工有限責(zé)任公司(以下簡稱錦天化)尿素裝置采用斯那姆氨汽提工藝，自1993年8月28日生產(chǎn)出合格尿素以來，產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量基本上能達(dá)到優(yōu)級品指標(biāo)要求(總氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)46.6%，縮二脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.7%～0.9%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%～0.4%)，但外觀質(zhì)量不盡如人意，主要表現(xiàn)為粒度小、易破碎、粉塵含量大、成品尿素在儲運過程中易結(jié)塊和粉化等。為此，通過不斷對錦天化尿素裝置蒸發(fā)造粒系統(tǒng)的技術(shù)改造，尿素產(chǎn)品質(zhì)量逐年提高，優(yōu)級品率由1996年的90%提高至2008年的99.9%，近10年來一直保持在100%。

1 工藝流程

約85.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的尿素溶液由尿素溶液泵(P06)送入壓力0.033 0 MPa、溫度128 ℃的一段蒸發(fā)系統(tǒng)，尿液被蒸濃至約95.0%后在壓差的作用下進(jìn)入壓力為0.003 5 MPa(絕壓)、溫度為136 ℃的二段蒸發(fā)系統(tǒng)，尿液濃度達(dá)到99.7%后由熔融尿素泵(P08)將熔融尿素送入位于造粒塔頂部的造粒噴頭，熔融尿素被噴灑分散成液滴后在重力和浮力的作用下在造粒塔內(nèi)降落并與從塔下進(jìn)入的冷空氣流逆向接觸，彼此產(chǎn)生傳熱傳質(zhì)作用，經(jīng)降溫、凝固、冷卻3個階段，熔融尿素在塔底轉(zhuǎn)變?yōu)榻诔氐牧罟腆w。

2 主要技改措施及效果

2.1 造粒塔風(fēng)窗改造

錦天化尿素造粒塔風(fēng)窗分為塔底和塔頂2個部分，塔底共有16組風(fēng)窗并平均分為上下兩部分，每組風(fēng)窗長1 700 mm、高3 400 mm，風(fēng)窗窗葉寬為160 mm，可調(diào)角度為90°；塔頂設(shè)計風(fēng)窗窗葉寬為550 mm，2片窗葉間距為250 mm，實際窗葉間距只有110 mm，寬度僅為198 mm，不符合設(shè)計要求。上塔風(fēng)窗的安裝方式增大了阻力，降低了造粒塔內(nèi)的空氣流速，通風(fēng)量減少，粒子降落速度加快，熱交換不充分，造成塔底尿素溫度升高，平均在75 ℃左右；同時，尿素易破碎，粉塵量增加，隨空氣上升的粉塵掛在塔頂風(fēng)窗上，進(jìn)一步降低了塔內(nèi)的通風(fēng)量，形成惡性循環(huán)。另一方面，塔頂風(fēng)窗防雨水能力差，雨季易造成尿素水含量偏高。2005年8月利用大修機(jī)會，對塔頂風(fēng)窗進(jìn)行了徹底改造，制定了“隔一、除一、填一”的方案，即將現(xiàn)有的風(fēng)窗每隔一片割掉一片，然后將割下的風(fēng)窗葉片焊在其上部的葉片上，使葉片間距加大、寬度加寬，改善了造粒塔的通風(fēng)能力和防雨水能力。鑒于造粒塔塔底上層風(fēng)窗位置較高，調(diào)節(jié)不方便，2008年大修期間將塔底風(fēng)窗改為上下連動式，風(fēng)窗開度可同時進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便于依據(jù)天氣變化及時調(diào)節(jié)通風(fēng)量。另外，塔底風(fēng)窗窗臺上易積存少量尿素而遇潮結(jié)塊變黑，不僅影響風(fēng)窗開關(guān)角度，而且黑色塊狀尿素會墜落混入成品尿素中，從而影響尿素粒度及外觀質(zhì)量，故2013年利用停車機(jī)會，將所有風(fēng)窗底部最后一片葉片拆下并垂直焊在風(fēng)窗底部。

改造效果：造粒塔塔頂尿素粉塵排放量由改造前的150 mg/m3降至40 mg/m3，出塔成品尿素溫度由改造前的75 ℃降至60 ℃，產(chǎn)品的外觀質(zhì)量得到很大改善，破碎率明顯降低，黑塊現(xiàn)象基本消失，風(fēng)窗的調(diào)節(jié)彈性增大，成品尿素的水含量易于控制。

2.2 P06和P08的改進(jìn)

原設(shè)計蒸發(fā)系統(tǒng)主控CRT畫面上只顯示P08出口壓力，而P06既無壓力也無電流顯示，只能通過觀察現(xiàn)場壓力表來判斷上述2臺泵的運行狀況。由于現(xiàn)場的膜盒式壓力表頻繁損壞，使用周期極短，且指示經(jīng)常失真，基本上沒有參考價值，主控操作人員難以快速判斷P06和P08的運行狀況，一旦因泵的打量不穩(wěn)就會造成造粒系統(tǒng)負(fù)荷波動或斷料，如噴頭轉(zhuǎn)速不能及時進(jìn)行調(diào)節(jié)，將直接影響成品尿素的粒度。2008年5月將P06和P08的電流顯示接至主控DCS流程圖畫面上，投用后效果明顯，主控人員能及時依據(jù)電流的變化情況作出判斷并對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，保證了蒸發(fā)系統(tǒng)負(fù)荷與噴頭轉(zhuǎn)速相對應(yīng)，避免了成品尿素粒度的波動。

2.3 尿液上塔造粒管線夾套蒸汽的改進(jìn)

尿液上塔造粒管線夾套蒸汽原設(shè)計采用低壓蒸汽(0.34 MPa，147 ℃)，為避免尿液中縮二脲含量的升高，2003年8月曾在低壓蒸汽入口(P08至造粒噴頭)管線夾套蒸汽前增設(shè)1只壓力調(diào)節(jié)閥，將壓力控制在0.28 MPa左右。在實際運行過程中，由于蒸汽溫度低，管線預(yù)熱時間長，噴頭預(yù)熱后的溫度只能達(dá)到102 ℃左右。當(dāng)蒸發(fā)造粒時，噴頭前造粒管線溫度(TI09603)上升較慢，由于噴頭溫度低而造成尿液溢流，成品尿素時常出現(xiàn)小塊，待溫度上升以后才恢復(fù)正常，產(chǎn)品質(zhì)量不容易保證。2009年3月將低壓蒸汽改為增壓蒸汽(0.45 MPa，155 ℃)后，TI09603上升至115～120 ℃，預(yù)熱時間明顯縮短，避免了剛開始造粒時尿素出現(xiàn)小塊的現(xiàn)象。為避免尿液中縮二脲含量的升高，將原夾套保溫蒸汽的切斷閥關(guān)小。投入運行后的數(shù)據(jù)表明，正常生產(chǎn)時TI09603基本穩(wěn)定在136～137 ℃，產(chǎn)品中縮二脲質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在0.7%～0.9%，說明改造是成功的。

2.4 擋雨裙改造

原設(shè)計擋雨裙擋雨效果不理想，雨水易進(jìn)入塔內(nèi)，造成出塔尿素水分含量超標(biāo)；或因下雨而被迫關(guān)閉風(fēng)窗，塔底尿素因溫度過高(超過70 ℃)而出現(xiàn)粉化。2014年3月利用大修機(jī)會對擋雨裙進(jìn)行了改造(圖1)，改造后的進(jìn)塔空氣量及流速基本保持不變，但進(jìn)入塔內(nèi)的雨水量明顯減少，達(dá)到了預(yù)期效果。

圖1 擋雨裙改造示意

2.5 HV09601閥后管線增設(shè)過濾器

由于蒸發(fā)系統(tǒng)存在副產(chǎn)物縮二脲，造粒時易堵塞噴頭小孔而影響正常造粒。2004年在噴頭軟管前安裝1臺0.520 mm(60目)的圓筒狀過濾器，縮二脲被逐漸粉碎，避免了堵孔現(xiàn)象。

2.6 蒸發(fā)系統(tǒng)增設(shè)甲醛添加裝置

7月至9月是葫蘆島的高溫季節(jié)，由于塔下尿素溫度可高達(dá)75 ℃，造成尿素抗壓強(qiáng)度降低，極易粉化。2000年8月，尿素裝置增設(shè)了甲醛添加裝置，將一定量的甲醛溶液(甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)<2%，甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)36.5%)加入蒸發(fā)系統(tǒng)一、二段U形管的尿液中，使甲醛在尿液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.16%～0.20%，通過形成脲醛聚合物以提高尿素顆粒的強(qiáng)度。添加甲醛前后尿素顆粒抗壓強(qiáng)度對比如表1所示。

表1 添加甲醛前后尿素顆?？箟簭?qiáng)度對比

項 目未加甲醛加甲醛粒度分布/%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) >2．80mm0．00．0 2．80～2．00mm8．57．5 2．00～1．60mm41．440．5 1．60～1．43mm23．629．0 1．43～1．25mm8．011．0 1．25～0．85mm10．029．5 <0．85mm8．482．5w(H2O)/%0．330．38粒度合格率/%91．597．5平均強(qiáng)度/(N·顆-1)3．044．04

由表1可看出，加入甲醛后，尿素顆粒平均強(qiáng)度提高了1 N/顆，同時減少了粉塵量，解決了夏季尿素在儲運過程中易吸濕和脫水粉化的問題。

2.7 尿液貯槽增容并與原甲醛貯槽聯(lián)通

原甲醛貯槽(TK07)的容積為59 m3，2002年8月使之與尿液貯槽(TK01)聯(lián)通。同時，將TK01增高7 m，容積增大至314 m3；TK07增高9 m，容積增大至115 m3。TK07與TK01聯(lián)通后共同用作尿液貯槽。

尿液貯槽容積增大后，在滿負(fù)荷情況下，熱洗時間可延長3 h，熱洗效果更為徹底。若因蒸發(fā)或造粒系統(tǒng)出現(xiàn)故障停車，前系統(tǒng)可降負(fù)荷運行長達(dá)6～7 h，避免了不必要的停車。

2.8 1#皮帶至3#皮帶間增設(shè)轉(zhuǎn)動篩

由于各種因素的影響，造粒塔下有時會出現(xiàn)塊狀尿素，若塊狀尿素直接送至成品車間，將因成品尿素粒度不合格而出現(xiàn)質(zhì)量事故。2013年，在1#皮帶至3#皮帶間增設(shè)0.850 mm(20目)的轉(zhuǎn)動篩，適當(dāng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動篩的轉(zhuǎn)速，可實現(xiàn)塊狀尿素的連續(xù)分離，大大提高了尿素產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。

2.9 增設(shè)尿素溶液回收泵(P09)入系統(tǒng)流量計

2016年大修時，在P09入系統(tǒng)管線上增設(shè)流量計并將信號接入主控DCS流程圖畫面上，使P09加入量有了更精確的依據(jù)，可防止縮二脲含量超標(biāo)。

3 目前尚存在的問題

實踐證明，多年來的技術(shù)改造是成功的，尿素產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量都得到了很大的改善，優(yōu)級品率逐年提高。但由于縮二脲會堵塞P08入口或噴頭過濾網(wǎng)，造成蒸發(fā)系統(tǒng)打循環(huán)，因此考慮將二段真空分離器(V08)側(cè)部噴射器開口位置移至設(shè)備頂部，避免出現(xiàn)縮二脲在V08中上部積累過多而出現(xiàn)大片墜落的現(xiàn)象，同時可減少蒸發(fā)熱洗的次數(shù)。