蒸發系統縮二脲積存原因分析及處理

王 晨

蒸發系統縮二脲積存原因分析及處理

王 晨

（黑龍江建龍化工有限公司，黑龍江 雙鴨山 155100 ）

縮二脲是尿素生產過程中不可避免的副產物，在整個尿素生產過程中都伴隨縮二脲的生成，其中蒸發系統是縮二脲產生最多的系統。縮二脲的存在不僅會影響產品質量，而且會附著在蒸發系統設備、管線內壁，嚴重影響產品質量及裝置的安全穩定運行。本文主要闡述了經過對設備的整改及系統的優化，最終解決了蒸發分離器內縮二脲積存的問題，為裝置的長周期穩定運行奠定了基礎。

蒸發； 縮二脲； 沖洗

縮二脲是尿素生產過程中的副產物，對農作物生長不利，并且縮二脲的生成存在于整個尿素生產過程中，其反應方程式如下：

2(NH)2CO=NH2CONHCONH2+NH3

該反應為吸熱反應，即溫度升高會加劇縮二脲的生成；其次氨分壓低時對縮二脲生成有利；停留時間的增加也會產生更多的縮二脲。物料在進入蒸發系統提濃的過程中，同時具備了氨分壓低、操作溫度高、停留時間長的特點[1]，因此在尿素生產過程中50%~70%的縮二脲在蒸發系統產生，所以蒸發系統各工藝參數及操作工況直接影響著產品質量的優劣[2]。

1 工藝流程

蒸發系統是將前系統產生的濃度為73%的尿素溶液經過加熱、分離將濃度提高到99.7%，然后通過尿素熔融泵輸送至造粒塔進行造粒，提濃過程中分離的水、氨、二氧化碳被冷凝后進入氨水槽回收。考慮到投資及工藝的可行性，蒸發系統為兩段式蒸發，設計一、二段操作壓力分別為0.032、0.004 MPa，在蒸發一、二段間采用“U”型管連接來維持壓差。蒸發系統一段將尿素濃度由73%提高至97%，即有24%（約40 t）的水汽混合物被蒸發，水分蒸發過程中將攜帶尿素至氨水槽，為了防止大量尿素進入氨水槽，在一段蒸發分離器頂部設置了百葉窗，水汽混合物經過百葉窗溫度降低后部分尿素會冷凝析出附著在百葉窗上，未被冷凝的水汽混合物將會夾雜少量的尿素進入氨水槽，為了保證百葉窗不被尿素晶體堵塞，設計百葉窗用稀氨水進行沖洗。蒸發系統二段將尿素濃度由97%提高至99.7%，即有2.7%（約7.6 t）的水汽混合物被蒸發，該過程中產生的水量較少，不會有大量尿素被帶入氨水槽，所以二段分離器頂部未設置百葉窗，僅有四根利用熔融尿液沖洗分離器內壁的管線。

2 存在問題

尿素裝置檢修期間，打開蒸發系統設備檢查，發現二段分離器及氣相管線內部積存較多的縮二脲（如圖1），而蒸發一段分離器內基本無縮二脲積存。縮二脲在設備內積存較多后，將對裝置的運行將造成很大的影響，主要會引起以下幾個方面的問題：

圖1 蒸發二段分離器內積存的縮二脲

（1）蒸發分離器內壁積存大量的縮二脲后，若長期不進行清理，將會在縮二脲積存的位置產生垢而損壞設備。

（2）蒸發分離器氣相管線內縮二脲積存較多后，將會導致管道的流通直徑減小，最終影響蒸發系統真空度。

（3）裝置停車后打開二段分離器人孔，設備內部縮二脲積存嚴重，每次清理縮二脲量為1 t左右，清理難度大、工作量大。

（4）裝置運行2~3個月，因設備內縮二脲積存較多影響蒸發真空度，必須停車進行清理，這將影響裝置長周期運行。在清理時需要切除蒸發夾套蒸汽、分離器盤管蒸汽、各管線的伴熱蒸汽及吹掃蒸汽，并且需要加裝盲板進行置換隔離，施工量較大，且冬季基本無法實施。

（5）分離器內壁及氣相管線縮二脲積存較多，掉落后會堵塞尿素熔融泵吸入口，導致泵抽空容易損壞設備，并影響蒸發系統穩定運行。

（6）分離器內壁縮二脲結塊掉落至設備內，在高溫熔融尿液的浸泡下不斷溶解，最終導致一段時間內尿素產品縮二脲含量高，影響產品質量。

（7）分離器頂部縮二脲結塊掉落，會損壞設備內氣液分離擋板（如圖2），若該擋板損壞，高速流動的尿液會經過分離器氣相管線直接進入稀氨水槽，裝置必須停車才能進行處理。

圖2 蒸發分離器內氣液分離擋板

3 原因分析

3.1 蒸發分離器

由于一段蒸發分離器內部有百葉窗，并且百葉窗有稀氨水作為沖洗水，開車期間對百葉窗進行沖洗，一段分離器開人孔檢查未發現縮二脲積存。二段蒸發分離器內部無百葉窗，原設計尿素熔融泵出口設置回流管線對二段分離器內壁進行沖洗，但由于該管線規格小距離長，極易結晶堵塞，并且若利用高濃度尿液進行沖洗，尿液經過噴嘴后霧化，將會有大量的尿素隨氣相進入稀氨水中，解吸水解系統無法處理高濃度的尿素，所以蒸發二段分離器無法進行沖洗。

3.2 蒸發系統沖洗頻率

蒸發系統沖洗頻率為每天一次，沖洗頻率較低時，每次積存在設備、管道的縮二脲量較大，需要將一、二段溫度提高并進行長時間沖洗才能達到預期的效果，提高溫度沖洗的同時縮二脲的生成也會增多，所以蒸發系統沖洗頻率及溫度的控制對縮二脲的生成有很大的影響。

3.3 設備內氣液分離擋板

蒸發一、二段分離器內換熱器上方均設有氣液分離擋板，作用是換熱后高速流動的尿素溶液經過擋板后，液相從分離器底部離開、氣相從分離器頂部進入氣相管線，該擋板為凹槽型，底部有排放管線。裝置長周期運行后，設備內掉落的縮二脲會在凹槽型擋板上累積。

4 整改措施

4.1 二段分離器氣相管線增加沖洗水

二段分離器容易積存縮二脲的氣相管線處增加兩個沖洗水點（如圖3），該沖洗水為環形，在環形管線外壁開?2的小孔共48個，以保證沖洗氣相管線時沖洗水可以直接對管線內壁進行徹底沖洗；并根據設備內縮二脲的積存位置，在每一個環形沖洗水管線上增加一個噴嘴，可以對氣相管線低點積存的縮二脲進行沖洗。

圖3 二段分離器氣相管線增加的環形沖洗水

4.2 二段分離器內壁增加吹掃蒸汽及沖洗水

由于尿素熔融泵出口至設備內壁的沖洗點噴嘴不能投用，造成二段分離器設備內壁附著較多的縮二脲。檢修期間對噴嘴清理并加固后復位，在沖洗點處增加0.9 MPa吹掃蒸汽及冷凝液，蒸發系統運行時打開吹掃蒸汽，一方面蒸汽吹掃過程中可以清除設備內壁積存的縮二脲，另一方面保證噴嘴不被高濃度尿液堵塞。由于該沖洗水沖洗時冷凝液會直接進入熔融泵入口而導致二段溫度下降，所以只有當二段真空異常波動或蒸發打循環時才進行長時間的沖洗，平時只投用吹掃蒸汽

4.3 沖洗頻率調整

為了及時沖洗分離器內積存的縮二脲，首先對分離器及氣相管線的沖洗頻率進行調整，由最初的每24 h一次，調整為每4 h一次。目前裝置運行過程中一、二段蒸發溫度控制為124、135 ℃，由于蒸發系統沖洗過程中，部分冷凝液會進入尿液中導致溫度下降，所以在沖洗前先需要將一、二段溫度提至126、138 ℃左右，控制每次整個沖洗時間在20 min以內（包括提高溫度及降低溫度），通過沖洗頻率及方式的優化，解決了蒸發分離器縮二脲積存的現象。

4.4 分離器內氣液分離擋板整改

圖4 二段分離器氣相管線增加的環形沖洗水

為了防止縮二脲在分離器擋板上積存，將分離器內氣液分離擋板的凹槽改為圖4所示的凸型擋板，并對支架進行加固，整改后縮二脲掉落至擋板上時不會累積，也不會損壞擋板。

4.5 蒸發系統熱煮

蒸發系統設備經過長期運行后，設備內一些死角積存的縮二脲僅僅通過定期沖洗不能完全清除，所以當裝置停車時間較長時（超過6 h），將對蒸發系統加水進行熱煮，通過熱煮可以清除掉設備內死角積存的縮二脲。

通過以上幾個方面的整改及優化操作，減少了蒸發系統縮二脲的積存量。最初每次清理1 t左右的縮二脲，經過各項整改后，現在設備內部基本無縮二脲的積存。

5 結束語

蒸發系統內縮二脲的積存對裝置的運行帶來較大的隱患，針對該問題主要從分離器氣相管線增加沖洗點、分離器內壁增加吹掃蒸汽及冷凝液沖洗管道，同時不斷地優化工藝操作、控制蒸發沖洗時間等幾個方面進行整改，最終解決了蒸發系統縮二脲積存的問題。該問題的解決，既提高了產品質量，又保證了裝置的長周期安全穩定運行。

［1］錢鏡清，朱俊彪，陳英明，等.尿素生產工藝與操作問答[M].北京：化學工業出版社，1988.

［2］呼倫貝爾金新化工有限公司尿素車間.日產 2860 噸尿素裝置工藝手冊[S].2010．

Reason Analysis and Treatment of Biuret Accumulation in Evaporation System

（Heilongjiang Jianlong Chemical Co., Ltd., Heilongjiang Shuangyashan 155100, China）

Biuret is an inevitable by-product in urea production, and the formation of biuret is accompanied in the whole process of urea production, the formation of biuret is the most in the evaporation system.The existence of biuret can not only affect the quality of the product, but also adhere to the evaporation system equipment, pipeline wall, which will seriously affect safe and stable operation of the device.In this paper, the improvement of the equipment and the optimization of the system were mainly expounded to solve the problem of the accumulation of biuret in the evaporative separator, which could lay a foundation for the long-term stable operation of the device.

evaporation; biuret; washing

2020-01-14

王晨（1982-），男，碩士，黑龍江省齊齊哈爾市人，2010年畢業于遼寧石油化工大學工業催化專業，現從事化工工藝技術管理。

TQ441.41

A

1004-0935（2020）05-0514-03