低壓回收系統(tǒng)局部改造簡介

許明洪，楊德林，李 霞

（青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司，青海 格爾木 816000）

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司化肥廠一車間自開工建設(shè)以來，根據(jù)生產(chǎn)實際需要以及國內(nèi)相同工藝裝置生產(chǎn)過程出現(xiàn)的工藝問題，對尿素裝置低壓系統(tǒng)進行了一系列有針對性的工藝改造。下面詳細介紹。

1 流程敘述

精餾塔出氣與以下工藝液：從氨水槽經(jīng)解吸泵送來的稀氨水；從高壓氨泵進口總管來的液氨；從回流冷凝器液位槽經(jīng)回流泵送來的工藝冷凝液等工藝物流一起進入低壓甲銨冷凝器。在低壓甲銨冷凝器內(nèi)，冷凝吸收后的氣液相混合物流入液位槽，在液位槽中進行氣液兩相分離。液位槽中的甲銨溶液由高壓甲銨泵送入高壓洗滌器。通過SIC1091調(diào)節(jié)高壓甲銨泵的頻率來控制液位槽的液位LIC1091。

如果因某種原因引起本工序的壓力升高或調(diào)溫水的溫差減小，PV1094將開大，向常壓吸收塔排放。在低壓甲銨冷凝器中未冷凝的氣體被引到常壓吸收塔中，進一步吸收氣體中的氨、二氧化碳和水。

2 存在的問題分析

2.1 超壓放空不及時

若前系統(tǒng)生產(chǎn)不正常，如汽提塔液位控制不當，或指示不準，造成二氧化碳向低壓系統(tǒng)竄氣，以及汽提塔汽提效率低等一系列問題引起低壓系統(tǒng)超壓，當系統(tǒng)無法吸收的放空量大于調(diào)節(jié)閥（PV1094）的最大放空量時，造成系統(tǒng)超壓嚴重則需操作人員去現(xiàn)場操作，在此過程中設(shè)備可能因為超壓造成損壞，致使裝置停車。

2.2 高壓甲銨泵循環(huán)管線結(jié)晶堵塞

高壓甲銨泵循環(huán)管線將低壓甲銨冷凝器液位槽內(nèi)的甲銨液循環(huán)至低壓甲銨冷凝器內(nèi)，主要用于甲銨泵開車初期的升壓。當壓力達到指標后，打開泵的出口閥將甲銨液送入高壓洗滌器。此時關(guān)閉泵出口兩道循環(huán)閥，若閥門存在內(nèi)漏，致使甲銨液從低壓甲銨冷凝器倒入循環(huán)管線，此管道極易堵塞，且進低壓甲銨冷凝器切斷閥距樓面5m左右，現(xiàn)場操作十分困難。另外，若在開停泵后管線內(nèi)的甲銨液沖洗不凈而甲銨液是易結(jié)晶物質(zhì)，結(jié)晶后處理困難，這將給下次甲銨泵的開停帶來極大的麻煩。

2.3 液位自動控制

裝置水聯(lián)動試車期間，低壓甲銨冷凝器液位槽液位投自動控制后，經(jīng)常因后續(xù)工序供水量波動造成低壓甲銨冷凝器液位槽液位波動，從而導致泵頻繁改變電機頻率來控制泵向高壓合成系統(tǒng)輸送的量，相應引起送入高壓系統(tǒng)甲銨液量頻繁變化。如果是在裝置正常生產(chǎn)期間，這將打破高壓合成系統(tǒng)原有的平衡，造成系統(tǒng)紊亂，進一步影響高壓合成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率，對生產(chǎn)造成很大影響，嚴重時致使裝置無法進行生產(chǎn)。此外，高壓甲銨泵因液位槽的液位變換而頻繁加減速，對機泵自身也造成一定的損耗。所以液位的頻繁波動只能人為去調(diào)節(jié)高壓甲銨泵轉(zhuǎn)速，以達到后系統(tǒng)的平穩(wěn)控制，從而加大了操作人員工作強度，降低了裝置自動化程度。

3 處理措施

3.1 超壓放空不及時的處理

在原設(shè)計的截止閥后增加一臺遠程手動控制調(diào)節(jié)閥（HV1082），以及在閥后增加一條DN25的0.8MPa蒸汽管線，防堵。改造后的系統(tǒng)圖見圖1，所需材料見表1。

圖1 改造后系統(tǒng)流程圖

表1 處理超壓放空所需材料

增加調(diào)節(jié)閥后，可以及時有效地解決因系統(tǒng)超壓造成設(shè)備損壞的問題，降低了因設(shè)備損壞導致系統(tǒng)停車的風險以及因停車和設(shè)備損壞帶來的經(jīng)濟損失，同時也減輕了現(xiàn)場操作工的勞動強度。而通過增加0.8MPa的蒸汽管線，可以有效地解決因閥門泄漏和放空后冷凝形成的碳銨積液產(chǎn)生結(jié)晶造成管道閥門堵塞的問題。

3.2 高壓甲銨泵循環(huán)管線結(jié)晶堵的處理

改進的方法是借鑒水溶液全循環(huán)法工藝中二甲液的工藝流程。即從解吸塔給料泵至低壓甲銨冷凝器氨水管線閥門前配一路DN20管線至高壓甲銨泵循環(huán)管線臨時接管?″沖洗水閥處。具體見圖1，所需材料見表2。

表2 改造循環(huán)管線堵塞所需材料

改造后，正常生產(chǎn)時關(guān)閉第一道循環(huán)閥及解吸泵至精餾塔出氣的補液閥，打開第二道循環(huán)閥和兩道?″沖洗水閥，同時，循環(huán)液進低壓甲銨冷凝器切斷閥保持常開，從而保證循環(huán)管線內(nèi)有氨水流動。降低該管線發(fā)生結(jié)晶堵塞以及因該管線堵塞導致系統(tǒng)停車的風險，同時也減輕現(xiàn)場工人的勞動強度和因停車帶來的一系列經(jīng)濟損失。

3.3 低壓甲銨冷凝器液位槽液位控制改進

3.3.1 原因分析

低壓甲銨冷凝器液位槽液位控制原設(shè)計采取與高壓甲銨泵轉(zhuǎn)速串級線性控制。當與之相關(guān)的前系統(tǒng)和后系統(tǒng)不穩(wěn)定導致甲銨液位槽液位發(fā)生變化時，由于高壓甲銨泵轉(zhuǎn)速不變，其出口流量未發(fā)生變化，而此時甲銨液位槽的液位改變，故LIC1091根據(jù)液位的變化與給定值的偏差去改變SIC1091的給定值，副調(diào)節(jié)器接到指令后很快產(chǎn)生校正作用，改變高壓甲銨泵的頻率，使甲銨液位槽液位返回給定值。因此，只要液位槽的液位有波動，則串級控制的甲銨泵電機頻率變化，泵的輸送量隨之改變，這將直接導致前、后系統(tǒng)相關(guān)量連鎖波動，從而影響到裝置穩(wěn)定運行。

3.3.2 改進措施

工藝操作上要求低壓甲銨液位槽既不允許抽空也不許滿液，但允許液位在20%～70%范圍內(nèi)波動。為此，我們只需將高壓甲銨泵出口流量控制穩(wěn)定，而讓甲銨液位槽的液位在該范圍內(nèi)波動。因此，在改進的控制系統(tǒng)設(shè)計中仍選用一臺非線性液位調(diào)節(jié)器LIC1091與高壓甲銨泵頻率調(diào)節(jié)器SIC1091構(gòu)成串級控制系統(tǒng)。它根據(jù)液位的高度來改變高壓甲銨泵電機的頻率，從而通過變頻器來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。當液位在20%～70%范圍內(nèi)波動且處于非線性調(diào)節(jié)器的不靈敏區(qū)域時，高壓甲銨泵的轉(zhuǎn)速可以保持基本不變，使高壓甲銨泵出口流量波動較小，從而更好地實現(xiàn)勻速控制。具體的控制系統(tǒng)如圖2所示。

若使前述的不靈敏區(qū)域內(nèi)的衰減系數(shù)r＝0，即在某一個可調(diào)的不靈敏區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)器不工作，這樣，采用高選器、低選器與調(diào)節(jié)器組合在一起，就可以方便地組成一個非線性調(diào)節(jié)器，具體非線性調(diào)節(jié)器組成的方式與其特性表示在圖3中。圖中從變送器來的測量信號C直接送到調(diào)節(jié)器，作為測量值，測量信號C同時還經(jīng)過一個高選器和一個低選器后送到調(diào)節(jié)器，作為給定值。其中，高選器的設(shè)定值C1應小于低選器的設(shè)定值C2，這樣調(diào)節(jié)器的輸入偏差e與不同的測量值之間有如表3所示的關(guān)系，即在被控變量C小于設(shè)定值C1時，調(diào)節(jié)器給定值為C1；C大于設(shè)定值C2時，調(diào)節(jié)器給定值為C2；而C介于C1～C2之間時，調(diào)節(jié)器給定值為C。

表3 由選擇器組成非線性調(diào)節(jié)器時變送器輸出C與調(diào)節(jié)器輸入偏差e之間的關(guān)系（C1，C2）

根據(jù)上述關(guān)系還可以畫出相應的調(diào)節(jié)器輸入偏差e與變送器輸出即被控變量C之間的關(guān)系，見圖3。圖中在C1～C2的范圍內(nèi)，由于給定值與測量值相等，輸入偏差e等于0；其他兩條斜線的斜率為－1，相當于給定值分別為C1，C2的調(diào)節(jié)器。顯然，當C1＝C2＝A時，非線性調(diào)節(jié)器的特性就由折線變成直線，此時就變成一個給定值為A的線性調(diào)節(jié)器。從圖3可以看出，用非線性液位控制器來控制比線性控制好，非線性調(diào)節(jié)器能使高壓甲銨泵出口的流量更為平穩(wěn)。當液位測量值在C1～C2之間時，液位調(diào)節(jié)器LIC1091的輸入偏差為0，它的輸出保持不變，能使高壓甲銨泵出口流量穩(wěn)定；只有當液位到不靈敏區(qū)C1～C2范圍之外，液位調(diào)節(jié)器LIC1091才有輸入偏差，它將改變輸出，同時，保證變頻器的輸出增減必須在5Hz范圍內(nèi)。這樣，既使液位重新回到不靈敏區(qū)的范圍，又能夠盡可能地保持高壓甲銨泵出口流量不會產(chǎn)生大幅度變化，而讓低壓甲銨液位槽液位可以在20%～70%范圍內(nèi)作一些波動，改善裝置前后系統(tǒng)工藝的操作。

圖2 非線性控制系統(tǒng)流程

圖3 由高選器、低選器組成的非線性調(diào)節(jié)器及特性

3.3.3 效果

將前期串級控制改進為非線性控制后，有效地解決了因液位波動致使送入高壓合成系統(tǒng)流量頻繁變化帶來的問題。液位槽的液位在一定范圍內(nèi)波動，高壓甲銨泵變頻器輸出頻率保持不變，從而保證送入合成系統(tǒng)的甲銨液流量穩(wěn)定，維持整個尿素裝置系統(tǒng)平衡，實現(xiàn)了對工藝系統(tǒng)的平穩(wěn)控制，同時，也提高了裝置的自動化程度，降低了員工的勞動強度。

4 結(jié) 語

通過以上對二氧化碳汽提法尿素裝置低壓回收系統(tǒng)的改進，可以有效地降低因回收系統(tǒng)壓力、循環(huán)管線結(jié)晶堵塞和液位波動等帶來的一系列生產(chǎn)安全風險、經(jīng)濟財產(chǎn)損失和員工的勞動強度。同時，也提高了整個裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定性。