新建的400 kt/a尿素裝置運(yùn)行總結(jié)

萬(wàn) 宏

(河南駿化發(fā)展股份有限公司 河南駐馬店463003)

隨著河南駿化發(fā)展股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱駿化公司)年產(chǎn)300 kt合成氨項(xiàng)目于2013年順利投產(chǎn)，目前合成氨年總生產(chǎn)能力已達(dá)600 kt，生產(chǎn)系統(tǒng)的合成氨產(chǎn)耗難以達(dá)到平衡。2012年，駿化公司從湖南岳陽(yáng)天潤(rùn)化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱天潤(rùn)公司)購(gòu)置拆遷的整套年產(chǎn)200 kt尿素裝置，后因所需擴(kuò)大設(shè)計(jì)產(chǎn)能，拆遷裝置只保留了可合理利用的61 m3合成塔及配套設(shè)備(3臺(tái)氨冷器、2臺(tái)二循一冷、1臺(tái)二循二冷、2臺(tái)二循一冷分離器，1臺(tái)一吸外冷卻器、3臺(tái)一甲泵、3臺(tái)氨泵及部分管線換熱器)外，新增多臺(tái)傳動(dòng)設(shè)備和靜止設(shè)備。新建的400 kt/a尿素裝置主要設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 新建的400 kt/a尿素裝置主要設(shè)備參數(shù)

為了再次提高裝置產(chǎn)能，在設(shè)計(jì)完成后又增加了少量設(shè)備。設(shè)備定位后，部分工藝管線安裝由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)。裝置主流程及主要輔助流程設(shè)備安裝完畢后，由于在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中存在大量設(shè)計(jì)問(wèn)題，試車前提出多項(xiàng)整改意見，并對(duì)裝置進(jìn)行了工藝流程查漏補(bǔ)缺和修正。經(jīng)設(shè)備檢查、檢修、吹凈、試壓及冷熱水聯(lián)動(dòng)試車后，裝置于2013年11月26日一次順利開車成功，尿素產(chǎn)品質(zhì)量完全達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。裝置正式運(yùn)行后，出現(xiàn)了各種問(wèn)題，僅靠?jī)?yōu)化操作方法無(wú)法根本解決存在的問(wèn)題。現(xiàn)將運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案進(jìn)行總結(jié)。

1 二分塔氣相夾帶尿液

現(xiàn)采用的二分塔是原尿素裝置退役的一段汽提分解塔，工藝流程為水解氣相直接加入二分塔。運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)二分塔液位波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成蒸發(fā)系統(tǒng)斷料。經(jīng)多次取樣分析：二循一冷二甲液中尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%～25%，二分塔尿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)在47%～57%。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行現(xiàn)象，認(rèn)為導(dǎo)致二分塔氣相夾帶尿液的原因是：水解氣相及未分離的低濃度尿液進(jìn)入二分塔內(nèi)，由于尿液溫度升高，形成了二次解吸，使大量的解吸氣相夾帶部分尿液。

在問(wèn)題未完全暴露前，只采取關(guān)閉二段壓力截止閥，避免尿素進(jìn)入二段吸收以及尾吸至碳銨液槽中，依靠提高二段壓力使夾帶的大量未分解物進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)過(guò)料的連續(xù)性。改造后，將水解氣相管直接接至二甲液換熱器進(jìn)口與二分塔氣相管連通，經(jīng)換熱后進(jìn)入二循一冷吸收，二分塔氣相夾帶尿液現(xiàn)象消除。

2 閃蒸氣相夾帶尿液

由于僅靠關(guān)閉二段壓力截止閥來(lái)實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)過(guò)料的連續(xù)性，導(dǎo)致閃蒸壓力升高(最高時(shí)可達(dá)300 kPa)，閃蒸濃縮器氣相夾帶尿液至抽真空水槽溢流入碳銨液槽。閃蒸冷凝器下液取樣分析結(jié)果：NH3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%～35%，CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～25%，尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%左右；碳銨液槽中尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。此現(xiàn)象連續(xù)發(fā)生，導(dǎo)致一段蒸發(fā)溫度及真空度偏低，水解溫度提不起來(lái)，廢液不合格。停車改造時(shí)，打開閃蒸濃縮器人孔發(fā)現(xiàn)氣相擋液板帽被沖掉。經(jīng)焊接固定牢固后重新開車，再無(wú)此現(xiàn)象出現(xiàn)。

3 造粒塔上部黏塔嚴(yán)重

造粒塔直徑Φ19 m、高100 m，造粒塔塔底裝有刮料機(jī)，造粒噴頭系帶壓噴頭，噴頭噴撒量正常，噴頭進(jìn)口前無(wú)緩沖器，保溫及吹除蒸汽壓力0.28 MPa；蒸發(fā)系統(tǒng)采用大循環(huán)工藝，即兩段蒸發(fā)后的99.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的尿液通過(guò)熔融泵送至造粒塔操作間的尿液三通閥，尿液三通閥關(guān)閉即蒸發(fā)尿液打循環(huán)，尿液三通閥開啟即蒸發(fā)尿液進(jìn)行造粒。尿液三通閥旁邊安裝有吹除蒸汽三通閥，與尿液三通閥實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖，即尿液三通閥開啟，蒸發(fā)造粒，吹除蒸汽三通閥關(guān)閉，蒸汽吹除尿液循環(huán)管線；尿液三通閥關(guān)閉，蒸發(fā)尿液轉(zhuǎn)入打循環(huán)狀態(tài)，將尿液送至尿液槽，蒸汽三通閥開啟，蒸汽吹除造粒噴頭。造粒工藝流程見圖1。

圖1 造粒工藝流程

此造粒工藝因設(shè)備配置缺陷，易造成造粒塔上部有黏塔現(xiàn)象。其原因：①由于吹除蒸汽吹除至噴頭，而造粒塔操作間尿液三通閥至噴頭管線物料無(wú)法排盡，造成吹除蒸汽夾帶的尿液吹到造粒塔壁；②因尿液三通閥至噴頭管線沒有設(shè)置夾套保溫，進(jìn)入噴頭的尿液比二段蒸發(fā)溫度低10 ℃左右，出現(xiàn)部分孔眼堵塞，造成噴頭內(nèi)部帶壓，部分尿液進(jìn)入造粒機(jī)內(nèi)部，從造粒機(jī)油封下端蓋噴到塔壁，造成黏塔。大修時(shí)，更換造粒機(jī)，噴頭改為常壓噴頭，在噴頭前加裝液尿緩沖罐，消除了噴頭帶壓現(xiàn)象；操作中，保溫蒸汽提壓至0.3 MPa，消除了噴頭溫度與二段蒸發(fā)溫度的溫差，噴頭孔眼不再出現(xiàn)結(jié)晶，黏塔現(xiàn)象不再發(fā)生。

4 中壓分解吸收段嚴(yán)重超壓

在工藝管線安裝過(guò)程中，由于氨冷凝器下液管及一吸塔頂?shù)谆亓靼惫芫€彎管較多，造成氨冷凝器冷凝的液氨流入液氨緩沖槽，液氨緩沖槽的回流氨流入一吸塔體系的位能降低。一吸塔頂部升溫速度快，氨水流不進(jìn)一吸塔，一吸塔上部過(guò)剩氣氨未經(jīng)氣相管進(jìn)入氨冷凝器內(nèi)冷凝，而直接通過(guò)氨水管線走近路進(jìn)入惰洗器，導(dǎo)致氣氨大量放空和一段嚴(yán)重超壓，還造成氨冷凝器出現(xiàn)結(jié)晶堵塞。部分氨庫(kù)來(lái)的原料液氨經(jīng)氨冷凝器與氨蒸發(fā)冷凝器分離器相連的平衡管倒流至氨蒸發(fā)冷凝器分離器，再通過(guò)氨蒸發(fā)冷凝器分離器頂部氣相管流進(jìn)惰洗器。氨庫(kù)原料液氨進(jìn)入液氨緩沖槽液位時(shí)高時(shí)低，造成原料液氨不能連續(xù)進(jìn)入氨泵，氨泵無(wú)法正常運(yùn)行。停車改造時(shí)，將氨水加入一吸塔U形彎管線高度由原來(lái)的5.2 m提高至7.7 m。再次開車后，此類現(xiàn)象不再出現(xiàn)。

5 一甲液循環(huán)泵密封使用周期短

新建的400 kt/a尿素裝置中壓吸收系統(tǒng)采用一吸塔及一甲液分離器工藝。一甲液循環(huán)泵運(yùn)行不佳，一吸塔液位極易上竄，造成氨冷凝器出現(xiàn)結(jié)晶堵塞，嚴(yán)重時(shí)甚至被迫停車用熱水進(jìn)行沖洗。中壓吸收系統(tǒng)使用的一甲液循環(huán)泵密封采用一甲液自密封形式，因一甲液濃度高、熔點(diǎn)溫度高，因外部溫度降低造成結(jié)晶堵塞，使一甲液循環(huán)泵無(wú)密封液，導(dǎo)致機(jī)械密封燒壞使密封處甲胺液大量泄漏。后改用低壓吸收二循二冷的氨水作為一甲液循環(huán)泵密封液，再無(wú)出現(xiàn)因密封液結(jié)晶斷流而燒壞機(jī)械密封的情況。

6 各沖洗水接入水解廢液管線

在倒泵置換過(guò)程中，易造成甲銨液或液氨竄入蒸汽冷凝液沖洗水管線，使蒸汽冷凝液系統(tǒng)送至鍋爐的水出現(xiàn)帶氨現(xiàn)象。制定改造方案時(shí)，將水解廢液接入尿素沖洗水系統(tǒng)中，與蒸汽冷凝液管線設(shè)置連通閥門。正常倒泵沖洗置換時(shí)，將水解廢液、蒸汽冷凝液直接送至鍋爐。如果水解系統(tǒng)沒開車時(shí)，也可用蒸汽冷凝液進(jìn)行沖洗置換，不

僅水解廢液得到充分利用，而且減少了蒸汽冷凝液的使用量，鍋爐回水帶氨現(xiàn)象也從根本上得到治理。各沖洗水接入水解廢液管線改造前、后工藝流程(虛線為新增部分)如圖2所示。

圖2 各沖洗水接入水解廢液管線改造前、后工藝流程

7 一甲泵循環(huán)管線經(jīng)常甲銨結(jié)晶堵塞

新建的400 kt/a尿素裝置一甲泵副線管線由一甲泵下側(cè)向上與二甲泵出口主線管進(jìn)行連接，自下而上走向的管道容易出現(xiàn)甲胺結(jié)晶堵塞盲腸管線，且這段副線管線很長(zhǎng)。每次倒開一甲泵前需使用熱水對(duì)此副線管線進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間外澆消除結(jié)晶，不僅不利環(huán)保，而且影響生產(chǎn)的穩(wěn)定性。改造時(shí)，將二甲泵出口主線管線繞至各臺(tái)一甲泵下側(cè)，一甲泵副線向下與二甲泵主線匯合，再進(jìn)入閃蒸熱能回收段吸收汽提一分塔氣相，可使工藝管線內(nèi)的介質(zhì)始終保持在流動(dòng)狀態(tài)，一甲泵副線再無(wú)堵塞現(xiàn)象出現(xiàn)。

8 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述一系列技術(shù)改造及工藝優(yōu)化，河南駿化發(fā)展股份有限公司新建的400 kt/a尿素裝置在穩(wěn)定生產(chǎn)、降低消耗及產(chǎn)品質(zhì)量上均有了很大的改觀。目前，噸尿素蒸汽消耗1 100 kg左右、氨耗575 kg左右，產(chǎn)品質(zhì)量一級(jí)品率達(dá)99%以上。由于受CO2供氣緊張制約，該套裝置目前僅能實(shí)現(xiàn)單套61 m3合成塔下運(yùn)行，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能。為此，正在著手進(jìn)行合成氨原料路線改造，以此實(shí)現(xiàn)該尿素裝置CO2氣量平衡，有進(jìn)一步降低消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的空間。