尿素裝置低壓洗滌系統改造

孫振唐，王 強

(中海石油化學股份有限公司， 海南東方 572600)

中海石油化學股份有限公司富島一期尿素裝置采用意大利斯納姆氨汽提法尿素生產工藝，配套挪威海德魯公司流化床造粒工藝生產大顆粒尿素。該套30萬t/a合成氨、52萬t/a尿素[1]裝置，以天然氣為原料，于1996年10月投產。

因本裝置常年處于高溫悶熱環境，循環冷卻水供水溫度偏高。為了控制低壓系統放空，低壓系統洗滌水流量調節閥(FV41014)處于較大開度或全開狀態，嚴重時需要打開旁路增加洗滌水流量。過多的洗滌水加入不僅破壞了工藝系統的水平衡，同時增加了系統回收負荷和能耗[2]。

1 低壓系統工藝原理

離開尿素中壓分解塔貯槽(L-102)底部的尿液進入低壓分離器(V-103)，釋放出的閃蒸氣在溶液進入加熱器前被分離，未被分解的甲銨在低壓分解塔(E-103)管側被加熱分解。離開V-103頂部的氣體與來自解吸塔(C-102)的氣體匯入氨預熱器(E-107)殼側，進行部分冷凝，反應熱用來加熱管側來自高壓氨泵(P-101A/B)的氨。出E-107的氣液混合物進入低壓甲銨冷凝器(E-108)殼側被冷凝吸收，管側冷卻水帶走冷凝熱，離開E-108的碳銨液進入低壓碳銨液收集槽(V-106)，從V-106中逸出的含NH3惰氣進入低壓氨吸收塔(E-112)冷凝吸收，殼側冷卻水帶走熱量。不凝氣進入低壓惰氣洗滌塔(C-104)用蒸汽冷凝液洗滌吸收，后少量惰氣經低壓系統壓力調節閥(PV41033)放空。低壓系統流程圖見圖1。

C-101—中壓吸收塔；C-102—解吸塔；C-104—低壓惰氣洗滌塔；L-102—中壓分解塔貯槽；L-103—低壓分解塔儲；V-103—低壓分解塔分離器；E-103—低壓分解塔；E-107—氨預熱器；E-108—低壓甲銨冷凝器；E-110—沖洗冷凝液冷卻器；E-112—低壓氨吸收塔；E-113—真空預濃縮器；P-101—高壓氨泵；P-103A/B—中壓碳銨液泵；V-104—真空預濃縮分離器；V-106—低壓碳銨液收集槽。圖1 低壓系統流程圖

2 洗滌水用量增加原因

2.1 裝置生產負荷高

尿素裝置以CO2壓縮機入口流量表作為生產負荷控制調整依據。2019年1月—2020年6月生產負荷數據表見表1。

表1 尿素裝置生產負荷 km3/h

由表1可知：裝置生產負荷基本保持平穩，平均負荷未達到滿負荷(28.1 km3/h)生產，故裝置負荷不是洗滌水量增加的影響因素。

2.2 高壓系統合成轉化率低

高壓系統合成轉化率低、汽提效率低將導致系統負荷后移，加重中低壓吸收系統分解回收負荷，從而引起低壓洗滌系統洗滌水用量的增加[3]。2019年1月—2020年6月CO2轉化率數據見表2。

表2 高壓系統合成轉化率 %

由表2可知：高壓系統CO2轉化率較為平穩，故合成轉化率不是洗滌水量增加的影響因素。

2.3 中壓分解塔分解效率低

中壓分解塔(E-102A/B)分解效率低，系統負荷產生后移，增加了低壓系統分解回收負荷，從而引起低壓洗滌系統洗滌水用量的增加。2019年1月—2020年6月E-102A/B出料組分數據見表3。

表3 E-102A/B出料尿素組分 %

由表3可知：E-102A/B分解效率較為平穩，故其分解效率不是洗滌水量增加的影響因素。

2.4 E-103分解效率高

E-103分解效率高，可以減少蒸發系統負荷，同時增加了低壓回收系統負荷，從而引起低壓洗滌系統洗滌水用量的增加。2019年1月—2020年6月E-103出料組分數據見表4。

表4 E-103出料尿素組分 %

由表4可知：E-103分解效率較為平穩，其分解效率不是洗滌水量增加的影響因素。

2.5 L-102液位低

L-102液位過低，導致中壓系統向低壓系統竄氣，引起低壓系統壓力升高，從而引起低壓洗滌系統洗滌水用量增加。2019年1月—2020年6月L-102液位控制數據見表5。

由表5運行數據并結合L-102現場視鏡觀察液位情況可知：L-102液位低不是洗滌水量增加的影響因素。

表5 L-102液位控制 %

2.6 循環冷卻水壓力低、溫度高

E-108為管殼式換熱器，換熱介質為循環冷卻水。當循環水壓力低、溫度高時，換熱效果變差，E-108冷凝不好，部分氣相組分進入低壓洗滌系統，從而引起低壓洗滌系統洗滌水用量的增加。2019年1月—2020年6月循環冷卻水上水壓力、溫度數據分別見表6和表7。

表6 循環冷卻水上水壓力 MPa

表7 循環冷卻水上水溫度 ℃

由表6和表7可知：循環冷卻水壓力低、溫度高不是洗滌水量增加的影響因素。

2.7 E-108結垢，換熱效率差

E-108換熱效率的高低直接影響冷凝吸收效果，進而影響到低壓洗滌系統洗滌水用量[4]。基于這一問題，歷年大修時均將E-108列入換熱器高壓水射流清洗項目，但實際上，E-108結垢情況并不嚴重，不是洗滌水量增加的影響因素。

2.8 低壓系統洗滌水儀表故障顯示流量偏高

經儀表檢查校對，低壓系統洗滌水流量計(FV41014)儀表工作狀態正常。由此可知低壓系統洗滌水儀表故障顯示偏高不是影響其溫度超標主要因素。

2.9 其他因素

E-112、C-104經檢查未見異常，低壓冷凝器溫度調節閥(TV41048)開度正常，中壓吸收塔(C-101)排放至V-106的儀表閥門(HV41012)無內漏現象。

3 改造措施

通過以上低壓洗滌水加入量影響因素分析判斷，如按照原先運行方式，現狀將無法改變。同時，其受季節、環境溫度、白天與夜間的變化、有無日光直射的影響，洗滌水量有所變化是客觀存在，也無法改變。

通過對其工藝流程及原理分析，原設計中E-108入口前有來自中壓碳銨液泵(P-103A/B)出口的甲銨溶液作為吸收液，因其組分中NH3(質量分數為43.57%)和CO2(質量分數為10.22%)導致吸收效果差而一直未投用。考慮到裝置送水解解吸系統處理的工藝冷凝液，因其組分中NH3質量分數為6.32%、CO2質量分數為1.17%、Ur質量分數為0.42%、H2O質量分數為92.09%，可以作為吸收液使用。目前最新的氨汽提尿素裝置設計均新增一根工藝冷凝液至E-108入口的洗滌吸收水管線，達到洗滌吸收的目的，從而減少外來低壓洗滌水流量，同時可減少水解解吸系統負荷，增加操作彈性，降低耗汽量。

2020年6月，停車大修時實施改造，將工藝冷凝液泵(P-114A/B)出口至真空分離器(V-107)管線位于造粒給料泵(P-108A/B)平臺南側處開孔，引一根管線從P-103A/B出口至E-108管線上,以吸收部分氣體而達到設計目的。改造后低壓系統流程圖見圖2。

C-101—中壓吸收塔；C-102—解吸塔；C-104—低壓惰氣洗滌塔；L-102—中壓分解塔儲槽；L-103—低壓分解塔儲；V-103—低壓分解塔；V-104—真空預濃縮分離器；V-107—真空分離器；V-106—低壓碳銨液收集槽；E-103—低壓分解塔；E-107—氨預熱器；E-108—低壓甲銨冷凝器；E-110—沖洗冷凝液冷卻器；E-112—低壓氨吸收塔；E-113—真空預濃縮器；P-101—高壓氨泵；P-103A/B—中壓碳銨液泵；P-114A/B—工藝冷凝液泵。圖2 改造后低壓系統流程圖

對比改造前后低壓洗滌水FIC41014流量(見圖3和圖4)，改造后低壓洗滌水流量明顯降低。

圖3 改造前低壓洗滌水FIC41014流量

圖4 改造后低壓洗滌水FIC41014流量

4 結語

分析影響低壓系統洗滌水流量的所有因素，結合裝置實際運行情況，通過技改實施，節約能耗，保證了生產的穩定運行。