大化肥尿素裝置出現的問題及解決辦法

陳海兵

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

寧夏石化公司大化肥尿素裝置是中國石油寰球工程公司采用二氧化碳汽提工藝，設計生產能力為80×104t/a 的自然通風塔式造粒尿素裝置，是國內首套具有自主知識產權的大化肥裝置。

新型二氧化碳汽提技術充分吸收了傳統二氧化碳汽提和氨汽提工藝技術的優點，結合生產實際運行研究而成，工藝由高壓圈、低壓分解回收、蒸發、造粒、工藝冷凝液處理等工序組成，具有能耗低，操作控制簡單，安全可靠等特點。其技術特點是：采用雙效蒸發技術，熱回收利用好，節省能源。采用高效浸沒式冷凝技術，冷凝與吸收結合為一體，能有效地將解吸氣相冷凝吸收下來，減少循環量，降低能耗。采用高壓甲氨噴射器提高了輸送效率，合成塔采用高效塔板進一步減少返混，減少了合成塔容積。汽提塔效率高，循環系統負荷低，工藝流程短[1]。

自2018 年投料試車以來，經過2019 年至2021 年的連續生產，暴露出一些設計缺陷和影響裝置安全穩定運行的不足，各級人員集思廣益大膽進行了技改，消除了設計缺陷和生產瓶頸，為裝置安全穩定長周期運行創造了條件。

1 出現的問題及實施的技改

1.1 高壓系統不穩定轉化率低

高壓系統不穩定主要表現在合成塔液位不穩定，通過查資料、對比其他同類型裝置及分析研究，認為造成這種現象的原因是原設計從合成塔至高壓噴射器管線上的限流孔板孔徑Ф6 mm 偏小，影響合成塔液位控制和高壓系統的穩定運行。針對此情況在2018 年利用檢修將孔徑由Ф6 mm 擴成Ф10 mm 后，在2019 年高壓系統運行穩定了很多，但高壓系統轉化率比較低，為此，經部門組織討論后，在2020 年冬季停車檢修期間將從合成塔至高壓噴射器管線上的限流孔板孔徑進一步擴至Ф20 mm。

實施技改后合成塔液位及高壓系統趨于穩定，轉化率由55%提高至60%，為裝置長周期穩定運行打下了堅實的基礎。

1.2 預濃縮器真空低

預濃縮器真空度設計值-45 kPa，而實際運行過程中真空度在-10 kPa 左右，與設計值相差較大，預濃縮真空度低帶來的后果就是尿液槽濃度降低、蒸發流量增大耗汽量增加、氨水槽氨濃度提高等。經過對比分析認為預濃縮冷凝器和最終冷凝器的換熱面積小冷凝量不足是造成預濃縮器真空偏低的原因，隨后利用停車檢修機會進行了技改，預濃縮冷凝器增加二級冷凝即增加蒸汽噴射器和冷凝器各一臺（見圖1）。

圖1 預濃縮冷凝器技改流程示意圖

實施技改后預濃縮器真空度提高至-35 kPa 左右，氨水槽氨濃度由15%降至9%，解吸水解系統運行逐步優化，蒸發耗汽量和解吸塔耗汽量都下降了2～3 t/h，從而使得整個裝置的控制更優化，成品質量也易于控制。

1.3 蒸發一段出液縮二脲含量高

設計上蒸發一段出液縮二脲含量為0.52%，2019年生產運行過程中縮二脲含量實際在0.97%～1.02%嚴重超標，自分析數據看前系統縮二脲基本正常，可以判斷問題就出在一段蒸發系統。通過查設計資料對比同類型裝置等手段最終確定造成一段縮二脲含量高的原因是一段蒸發器蒸汽冷凝液分離器液位測點設計存在問題，隨后進行了技改。由原設計測量分離罐罐底至罐頂的液位，技改為測量分離罐一段蒸發器蒸汽冷凝液分離器底部至換熱器頂部的液位，即將原測量距離由4.5 m提升至10.7 m（見圖2）。

圖2 一段蒸發器蒸汽冷凝液分離器（V3907）液位計技改前后對比圖

技改實施后蒸發一段出液縮二脲含量下降至0.72%，取得了非常好的效果，也為最終產品質量達到優級品創造了有利條件。

1.4 蒸發二段出液縮二脲含量高

設計上蒸發二段出液縮二脲含量為0.68%，2019年生產運行過程中縮二脲含量實際在1.03%～1.12%嚴重超標，自分析數據看前系統縮二脲基本正常，可以判斷問題就出在二段蒸發系統。通過查設計資料對比同類型裝置等手段最終確定造成二段縮二脲含量高的原因是二段蒸發器蒸汽冷凝液分離器液位測點設計存在問題，隨后進行了技改。由原設計測量分離罐罐底至罐頂的液位，技改為測量分離罐二段蒸發器蒸汽冷凝液分離器底部至換熱器頂部的液位，即將原測量距離4.4 m提升至8.2 m（見圖3）。

圖3 二段蒸發器蒸汽冷凝液分離器（V3908）液位計技改前后對比圖

實施技改后蒸發二段出液縮二脲含量下降至0.84%，取得了非常好的效果，也為最終產品質量達到優級品奠定了基礎。

1.5 低壓洗滌吸收系統洗滌吸收水量不足

低壓洗滌吸收系統洗滌吸收水是工藝冷凝液泵（P3705）送來的稀氨水，通過FV3302 閥位控制，在實際生產過程中發現，E3304 氣相管PV3307 閥后導淋大量帶水，這說明FV3302 來的洗滌吸收液大部分被氣相帶走，進入吸收塔（C3304）的水量就很少，從而導致C3304 內甲銨濃度較高，很容易導致吸收塔冷卻器（E3304）結晶，去低壓甲銨冷凝器（E3303）的洗滌吸收液量不足，從而導致低壓甲銨冷凝器冷凝吸收不好，表現為低調水溫差小，造成低壓系統超壓和波動。針對此情況增加一條50.8 mm 吸收水管線，具體技改（見圖4）。

圖4 低壓洗滌吸收系統流程圖

實施技改后保證C3304 有足夠的洗滌吸收液，從而降低甲銨濃度，避免了E3304 結晶，確保低壓不超壓易于控制。

1.6 低壓調溫水冷卻器E3306 主副線管線設計問題

低壓調溫水冷卻器E3306 主路管線是609.6 mm的管線，而原設計旁路管線是254 mm 的管線，主副線管線管徑相差太大，低壓調溫水冷卻器正常流量設計是1 400 m3/h 左右，由于主副線管徑不匹配，使得在正常生產操作中，對低壓調溫水的操作控制比較空難，特別是對其進出口溫度TI3315 和TI3316 的控制相當困難。因為旁路管線管徑太小，流量太低，要保證低壓調溫水流量在1 400 m3/h 左右，則必然通過開大主線閥TV3315 來控制，這樣一來就很容易造成低壓調溫水進E3303 的溫度低于設計值55 ℃，這樣就很容易造成E3303 局部結晶，使得其冷凝效果變差，表現為其低調水進出口溫差（即TI3316 和TI3315 的差值）減小，通常只有4～5 ℃，從而導致低壓系統超壓和波動。針對此情況通過技改又增加了一條355.6 mm 旁路管線和調節閥HV3311，具體（見圖5）。

圖5 低調水系統流程簡圖

實施技改后可通過原旁路管線調節閥和新增旁路管線調節閥的配合調節即能很好的控制低調水冷卻器（E3306）出口溫度，也使得低調水進出口溫差達到了設計值10 ℃左右，從而消除了由于低壓調溫水溫度及流量不易控制造成的低壓系統不穩定的因素。

1.7 包裝成品尿素粒度低

國產化大化肥尿素裝置2019 年4 月開車以來，造粒塔塔底2#皮帶處的粒度為97%～98%，經散庫到包裝機前9#皮帶末端處粒度為90%～93%。達不到尿素產品優等品國標的要求。主要原因是尿素粒子強度不夠，皮帶運輸距離長、兩條皮帶銜接處落差大等。一方面優化調整前系統，選用高強度造粒噴頭增加粒子強度，另一方面在原8#皮帶和9#皮帶之間新增一套篩分系統，具體流程（見圖6）。

圖6 篩分系統流程簡圖

實施技改后最終將成品尿素粒度由之前的90%～93%提高到了95%～96%，達到了尿素粒度優等品的國標指標。

1.8 環保方面出現的問題及技改

（1）為防止系統異常、氨系統安全閥起跳、甲銨泵安全閥起跳導致泄放介質直接進入放空筒放空造成環境污染，在放空筒增加蒸汽冷凝液噴淋吸收。

（2）為防止含有工藝介質的設備管線直排導淋CY直接排放造成裝置外排水環保超標，將所有含有工藝介質的設備管線直排導淋CY 與密閉排放CD 管線連通，進行回收處理。

2 結語

國產化大化肥尿素裝置經過3 年多的運行各項指標均處于較好水平，廢水已實現全部回收，產品質量全優、消耗指標接近設計值。通過總結分析并實施技改不斷提高裝置運行質量。