尿素裝置蒸發系統聯產改造總結

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(河南晉開化工投資控股集團有限責任公司 ， 河南 開封 475000)

?生產與實踐?

尿素裝置蒸發系統聯產改造總結

張帥，霍睿

(河南晉開化工投資控股集團有限責任公司 ， 河南 開封 475000)

將C套尿素裝置尿液改造分流至兩套中顆粒尿素尿液槽，滿足中顆粒蒸發高負荷運行，降低中顆粒尿素產品縮二脲含量，并使尿素硝銨裝置滿負荷生產，進而增加C套裝置高壓運行負荷，提高整體效益。

尿液槽 ； 尿液濃度 ； 聯通 ； 縮二脲含量高

河南晉開化工投資控股集團有限責任公司3套年產40萬t尿素裝置均采用二氧化碳汽提法，C套裝置是大顆粒尿素裝置，采用荷蘭荷豐技術公司的大顆粒造粒技術，A套、B套裝置為中顆粒尿素裝置，共用一個直徑為25 m的造粒塔。裝置運行期間，在蒸發造粒工段出現問題，2013年又新上一套年產45萬t尿素硝銨溶液(UAN)裝置，蒸發工段尿液更加難以平衡，通過分析改造，消除了不穩定因素，使裝置運行穩定，產品質量得到提升。

1 裝置運行現存問題

1.1C套裝置尿液量不平衡

尿液槽內有隔板，分為大小兩個槽，外部有聯通閥聯通。尿液經過閃蒸后進入尿液槽小槽，控制小槽液位≤5%，以減少停留時間。大顆粒工序設有尾氣洗滌器，將尾氣中的尿素粉塵洗滌吸收，保證尾氣排放顆粒物達標。洗滌液的尿素濃度達到40%～45%后，排出一部分進入回收槽，再補充一部分脫鹽水。正常生產時，回收槽內稀尿液通過回收泵送入尿液槽大槽，通過聯通閥進入小槽。混合后尿液濃度為69%，加上高壓合成系統的尿液量，進入尿液槽的量達到83 m3/h，大顆粒的8組噴頭全部運行也難以消化如此大量的尿液，造成尿液槽液位緩慢上漲。為平衡尿液槽液位，高壓系統被迫減負荷運行。

1.2大顆粒裝置運行周期短

大顆粒造粒工藝設計為：尿液槽內71%的尿素經尿液泵送入一段蒸發加熱器加熱至126 ℃，出一段蒸發分離器后濃度為95%尿素溶液進熔融泵，進泵前加入適量甲醛，熔融泵加壓送至大顆粒造粒室造粒，造粒室內共有8組噴頭，每組9～10個噴頭，在霧化風和流化風作用下溶液從噴頭噴出形成小液滴，與晶種接觸黏連，形成顆粒。因為只有一段蒸發器，大顆粒產品質量縮二脲基本保持在0.9%以下，每月優等品率在90%以上，一等品率達到100%，但裝置運行中，噴頭壓力、造粒室料位、返料比等指標直接影響到造粒的好壞，工藝指標控制好，造粒室內粉塵產生少，工藝指標波動大，造粒室內粉塵量大，造粒室內粉塵雖然有引風機將其帶走，但仍有部分粉塵在造粒室四壁和頂部聚集，在高溫環境下形成粉塊。長時間運行，粉塊會掉落到底部造粒噴頭上，造成局部噴頭堵塞，噴出來的溶液不能被霧化，而是直接流出來結晶，形成“坐床”。如果不處理，“坐床”面積會越來越大，最后造粒室的噴頭全部結晶，系統被迫停車。大顆粒裝置自開車以來短則半個月，長則一個月就會出現噴頭堵塞，造粒室出料帶塊，裝置運行周期縮短。一旦停車檢修，少則24 h，多則36 h。

1.3中顆粒產品縮二脲含量高

原設計裝置滿負荷時進入尿液槽的尿液量為68 m3/h，產固體尿素為55 t/h。高壓系統滿負荷運行時，不論是單套還是雙套運行，成品縮二脲含量仍然為1.15%～1.2%。每月統計中顆粒產品質量優等品率為0，一等品率≤5%，在合格品中，90%都是因為縮二脲含量超標。為此，從溫度控制和停留時間去調節指標，但效果不佳。雖然一等品率有所提高，但仍未超過10%，產品質量達不到一等品，市場競爭力低，造成銷售壓力大，產品價格偏低，與周邊企業相比，每噸尿素的價格要便宜40元左右。

1.4UAN生產與產品質量存在矛盾

2013年建成投產的尿素硝銨溶液設計尿素用量為6～25 m3/h，尿液來自尿液槽。3套尿素裝置各有1臺離心泵，向UAN裝置提供71%的尿液，由于C套裝置尿液濃度偏低不能滿足生產需要。兩套中顆粒裝置高壓合成系統最大負荷可生產尿液72 m3/h，如果從一套裝置尿液槽抽取溶液，則這套裝置蒸發系統只有50 m3/h左右溶液，中顆粒產品質量將更難以保證。當蒸發系統在50 m3/h負荷運行時，實測尿素成品縮二脲含量為1.25%～1.3%，這將更加難以提升尿素成品質量。

2 改造設想

①大顆粒裝置一旦停車檢修，高壓負荷雖減至70%(主要考慮高壓設備腐蝕)，但仍有48 m3/h尿液進入尿液槽，大顆粒停車置換、清洗管道設備產生的約90 m3的低濃度尿液，尿液槽只能緩沖8～10 h，最后在大顆粒裝置檢修工作完成前系統被迫封塔停車，若一年檢修12次，裝置至少封塔12次，這將對設備造成嚴重腐蝕，消耗升高。如果將C套裝置尿液送中顆粒裝置尿液槽，生產中顆粒尿素。避免大顆粒裝置檢修時高壓系統裝置封塔停車。在大顆粒裝置檢修時，A套、C套裝置高壓系統負荷可減至70%，C套裝置尿液槽尿液送往A套裝置尿液槽，這樣進入A套裝置尿液槽約為96 m3/h，A套裝置蒸發系統加負荷至80 m3/h，剩余16 m3/h可送至UAN裝置。

②當尿液濃度及溫度一定時，停留時間越長，縮二脲含量越高。在系統穩定運行時，進入尿液槽的尿液保持在92～93 ℃，分析取樣尿液槽尿液濃度A套裝置約為71.7%，B套裝置約為71.3%。中顆粒裝置在操作過程中，一、二段溫度指標控制在下限124、134 ℃運行。但縮二脲含量仍然高。通過對比一分廠尿素設備，發現日產600 t尿素裝置一段蒸發器換熱面積為195 m2，二段蒸發器換熱面積為18.7 m2。而一段蒸發器換熱面積為514.3 m2，二段蒸發器換熱面積為45.3 m2，相比之下噸尿素換熱面積較大。初步判斷一、二段蒸發器選型偏大，導致尿液在設備內停留時間過長，縮二脲含量高。蒸發系統應采取高負荷、低液位操作，減少停留時間。

③UAN要求N含量≥32%，這就要求生產原料尿液和硝酸銨溶液本身氮含量必須>32%，通過計算可知尿素濃度為68.55%，如果尿液尿素含量<68.55%，導致UAN氮含量不合格，尿素含量低，只有添加固體尿素來調整UAN氮含量，提高了生產成本。正常生產時，C套裝置尿液濃度偏低，不能直接用于生產UAN，如果將C套裝置尿液槽尿液送至A套裝置，再和A套裝置尿液混合，A套裝置尿液濃度仍然保持在70%以上，對于生產UAN不會有任何影響。通過計算，C套送A套尿液量≤30 m3/h，A套裝置尿液濃度能夠保持在70%以上。

3 改造措施

3.1第一次改造

C套裝置尿液泵出口增加一條DN80管線，將尿液送至A套裝置尿液槽大槽，進槽前管線安裝視鏡，便于觀察。再通過大小槽聯通閥進入小槽。C套裝置將尿液送至A套裝置，通過視鏡觀察，從開閥門到進入A套尿液槽時間≤80 s，在輸送過程中對縮二脲含量影響很小。正常生產時，C套裝置可輸送15 m3/h，A套裝置蒸發系統蒸發量可加至80 m3/h，UAN保持在10 m3/h生產。C套裝置尿液槽液位降低后，高壓合成系統負荷增加，系統用氨量由原來的32 t/h增加至35 t/h。在大顆粒工序檢修時，系統置換清洗的溶液進入C套裝置尿液槽大槽，此時關閉大小槽聯通閥，高壓系統進入小槽的溶液送至A套生產尿素。待大顆粒置換清洗完后，大槽液位約為19%，稍開大小槽聯通閥，控制液位下降速度，每小時降1%，保證尿液濃度。A套裝置尿液在80 m3/h運行時，統計中顆粒產品質量一等品率上升至55%左右，縮二脲含量基本降至1.08%以下。

3.2第二次改造

①利用系統大修時間，將A套、B套裝置一、二段蒸發器列管各堵10%，從管束最外側開始環形堵管，以減少換熱面積，縮短停留時間。②在正常生產時，一、二段蒸發分離器壓差保持在30 kPa，兩個設備之間有“U”形管液封防止竄氣。一段出液尿素濃度約為95%，溫度為125 ℃，經查密度ρ為1.214 kg/m3。根據P=ρgh，得兩設備之間“U”形管垂直液封高度為2.6 m，只要>2.6 m即可保持液封不被沖破。經測量實際高度為6.3 m，造成管道阻力增大，尿液停留時間過長，故將A套、B套裝置一、二段“U”形管垂直高度降低1 m。③C套原用于向UAN裝置供料的泵，將出口管線改至B裝置，使尿液進入B裝置尿液槽大槽，使C裝置尿液也能送至B裝置。如果A裝置停車，系統沖洗管道的水進入A裝置尿液槽，降低尿液濃度，此時C裝置尿液可送至B裝置尿液槽，從B裝置尿液槽向UAN裝置供料。④兩套中顆粒裝置設計生產能力為2 700 t/d，經過調整，蒸發負荷加至3 000 t/d，原來的造粒噴頭已不能滿足生產需要，需要重新訂購1臺造粒噴頭，設計生產能力為3 100 t/d，以免蒸發加負荷后出現粘塔。

4 改造效果

通過對比，改造后產量增加，產品質量也得到提升，裝置之間生產調度更加靈活。

注：根據UAN訂單，可增減C套裝置蒸發負荷。

表2 改造后中顆粒產品縮二脲含量對比情況 %

①改造后避免了大顆粒裝置檢修時C套裝置高壓系統封塔停車的情況。2015年C套裝置僅因為“晃電”停車兩次。因尿液槽液位低，高壓系統負荷增加，用氨量增加3 t/h，按每噸尿素用耗氨578 kg計算，多生產尿素124 t/d，年產量增加37 370 t，經濟效益顯著。②經過兩次改造，A套、B套裝置蒸發系統高負荷運行時，中顆粒尿素產量達到3 100 t/d，兩套中顆粒蒸發系統超負荷運行，產品縮二脲含量降至1.0%左右，每月統計產品一等品率均在93%以上。③UAN生產更加合理穩定，從A套或B套裝置進料，均可保證尿液濃度合格，負荷也可隨時加減。

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