尿素水解裝置問題分析

劉云剛 李曉音

（河南能源化工中原大化公司，河南濮陽，457004）

1 引言

中原大化2003年再建第三套三胺裝置，同時(shí)配套建小尿素、高壓廢水及水解裝置，其中，水解裝置是將要排放的工藝?yán)淠褐械哪蛩胤纸獬砂焙虲O2，再進(jìn)行解吸，將氨和CO2從工藝?yán)淠褐蟹蛛x出來，回收至生產(chǎn)系統(tǒng)，使處理后的水中氨氮值低于環(huán)保規(guī)定值，并且可送往鍋爐作為給水或送往三胺裝置的氨洗滌塔C8105。提高了裝置的生產(chǎn)能力和技術(shù)水平，達(dá)到安全穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保運(yùn)行的目的。

2 工藝流程介紹

如圖1所示，界區(qū)尿液送至一、二、三套三胺濃縮一、二段進(jìn)行濃縮產(chǎn)生水含量小于0.05%的尿素溶液作為三胺產(chǎn)生的原料，而真空系統(tǒng)冷凝的含尿素2%、NH36%、CO23%的工藝?yán)淠罕凰屯に嚴(yán)淠簝?chǔ)槽V8501（工藝?yán)淠喊∧蛩氐念A(yù)濃縮的工藝?yán)淠海?，通過解吸塔給料泵P8501A/B送至解吸塔C8501，進(jìn)入C8501之前先在解吸塔預(yù)熱器E8501里與C8501底部排出液換熱，被加熱到120℃，流量由FIC80905控制，滿負(fù)荷時(shí)30t/h。

圖1 水解裝置工藝流程圖

解吸塔分上下兩段，上塔頂部操作溫度125℃，工藝?yán)淠鹤陨隙屡c底部蒸汽逆流接觸，NH3和CO2被解吸出來，解吸塔操作壓力由PV80914控制，壓力為0.48MPa，解吸塔溫度通過蒸汽調(diào)節(jié)閥FV80934控制，上塔液位由LV80926控制，下塔液位由LV80923控制.從上塔出來的溶液被水解器給料泵 P8502A/B送至水解器 R8501，在水解器R8501中，通入5.2MPa的高壓蒸汽，尿素在3.45MPa、233℃的條件下水解成 NH3和CO2，氣相與解吸塔氣相混合后，送入塔頂冷凝器冷凝E8504，然后被收集在碳銨液儲(chǔ)槽V8502，通過碳銨液泵P8503A/B送往新尿素裝置（或大尿素裝置）；另有一部分作為回流液被送往解吸塔頂部以控制塔頂溫度，水解器操作壓力由PV80955控制，溫度通過FV80951加入蒸汽量來控制。出水解器的不含尿素的溶液與水解器換熱器E8503換熱后在LV80953控制下被送往解吸塔下段進(jìn)一步被解吸，從塔底排出溫度為153℃不含NH3、尿素的工藝廢水經(jīng)E8501和E8502換熱后降至50℃送往鍋爐作為給水或送往三胺裝置的氨洗滌塔C8105。

解吸塔操作壓力由PV80914控制，壓力為0.38MPa，解吸塔溫度通過蒸汽調(diào)節(jié)閥FV80934控制，上塔液位由LV80926控制，下塔液位由LV80923控制［1］。

3 存在問題及分析

3.1 系統(tǒng)壓力不易控制

在歷來運(yùn)行中，經(jīng)常出現(xiàn)PI80914壓力過高，壓力波動(dòng)較大給操作帶來很多的困難，也給設(shè)備造成了極大的威脅，PV80914控制已無法保證水解塔C8501、V8502、E8504正常運(yùn)行。

（1）原料尿液不合格，斯納姆尿素生產(chǎn)裝置送至三胺裝置的尿液濃度達(dá)不到設(shè)計(jì)值，界區(qū)尿液濃度不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致工藝?yán)淠褐邪焙砍^原設(shè)計(jì)值。

表1 工藝?yán)淠撼煞直?/p>

（2）小尿素裝置中壓、低壓分解系統(tǒng)分析回收不達(dá)標(biāo)，中壓分解器E3803因長(zhǎng)年運(yùn)行結(jié)垢嚴(yán)重如圖2，在E8303管側(cè)經(jīng)過2011－2014年的三次大修之后，還有7根有不同程度的堵或不暢，經(jīng)過工藝檢查有60%管徑有不同程度的減小，這對(duì)于換熱效果有著極其大的不利，進(jìn)一步增加了熱阻，使得中壓分解不夠完全，增加了低壓系統(tǒng)的負(fù)荷。

圖2 E8303清洗前后對(duì)比

低壓系統(tǒng)因?yàn)槎焕鋼Q熱器E8305的結(jié)垢換熱效果不佳，導(dǎo)致低壓放空閥位過大。為提高二循一冷E8305、二循二冷E8306的冷凝吸收效果，在設(shè)備工藝條件允許的情況下，經(jīng)過一系列的研究、試驗(yàn)后，將低壓壓力由原來的0.25MPa提高至0.35MPa［2］，這給低壓分解器E8304的分解回收氨、二氧化碳增加負(fù)擔(dān)，使預(yù)濃縮的尿液中含有的氨、二氧化碳增加。

對(duì)中、低壓分解器結(jié)垢問題，總結(jié)過去，以前的大修對(duì)E8303、E8304的重視程度不夠，很少對(duì)其進(jìn)行清洗，我們制定了大修檢修制度，保證每次大修都對(duì)其進(jìn)行打開清理，從這幾次大修的效果來看，正在逐漸向好的方向發(fā)展。

3.2 管線設(shè)計(jì)不合理

PV80914放空至V8501原設(shè)計(jì)管線為2寸，其管道走向有較多的直角拐彎，并且調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)在管中平臺(tái)，其兩端成水平狀，不利于冷凝液的流出，會(huì)造成碳銨液結(jié)晶堵塞管線。并且其伴熱使用二套三胺的LS管網(wǎng)，水解系統(tǒng)處于二套三胺低壓蒸汽管網(wǎng)尾端，其溫度受壓力影響較大；原伴熱疏水器因常年運(yùn)行，導(dǎo)致其疏水效果不佳。

對(duì)此我們給V8502加裝了管徑較大的3寸放空管線，用于在原PIC80914無法正常調(diào)節(jié)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)可通過此管線控制壓力；對(duì)伴熱疏水器定期檢查更換維修，以保證其壓力調(diào)節(jié)正常。

3.3 水解裝置超負(fù)荷運(yùn)行

（1）負(fù)荷已到達(dá)原設(shè)計(jì)負(fù)荷的110%，一、二、三套三胺裝置反應(yīng)器負(fù)荷均由原來的設(shè)計(jì)值100%負(fù)荷，通過擴(kuò)能改造提升至120%；三套三胺裝置反應(yīng)器更換反應(yīng)器刺刀管后，將負(fù)荷提至105%。

（2）近年因國內(nèi)對(duì)環(huán)保的不斷重視，環(huán)保政策的不斷變化，對(duì)于化工企業(yè)的綠色生產(chǎn)提出了更高要求。我們將小尿素生產(chǎn)裝置原有就低排放CY改為CD排放收集密閉地下槽內(nèi)，地下槽內(nèi)含有少量氨、甲銨等的廢水，最終送至水解的V8501內(nèi)，通過水解裝置處理合格后外送。

3.4 氣溫影響

夏季到來時(shí)，冷卻水溫度可達(dá)到33℃，較原設(shè)計(jì)值30高出3℃，這給三胺裝置濃縮一、二段真空帶來一定的困難。與此同時(shí)，界區(qū)循環(huán)水溫度影響C8501頂部冷凝器E8504的冷卻效果，導(dǎo)致較多的氣態(tài)介質(zhì)無法冷凝，進(jìn)而影響PIC80914對(duì)解析塔壓力的控制。

3.5 外送精制水電導(dǎo)不合格

（1）工藝?yán)淠褐心蛩睾砍^原設(shè)計(jì)值

三套三胺裝置濃縮系統(tǒng)一、二段出現(xiàn)漫液、帶液現(xiàn)象，濃縮系統(tǒng)的V101、V102液位計(jì)采用隔膜壓差式液位計(jì)，在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)隔膜上結(jié)晶等問題，均會(huì)出現(xiàn)液位指示漂移，導(dǎo)致液位過高，出現(xiàn)漫液、帶液。

經(jīng)過研究和各方面溝通，我們?cè)诳偨Y(jié)以往操作經(jīng)驗(yàn)，參照二段設(shè)計(jì)理念。我們對(duì)三胺裝置濃縮現(xiàn)場(chǎng)視鏡加裝攝像頭，將信號(hào)傳送至主控，以便于主控對(duì)一段液位做出正確判斷和處理。

（2）小尿素五臺(tái)大泵填料漏

小尿素高壓機(jī)泵P8302ABC、P8301AB，這五臺(tái)大泵填料沖洗水是由P8104出口提供，經(jīng)過五臺(tái)大泵之后送至水解裝置區(qū)。在這一過程中必定的會(huì)存在機(jī)泵填料微漏或者突然泄露的情況，這會(huì)使送往V8501的工藝?yán)淠褐邪?、二氧化碳超?biāo)，導(dǎo)致水解系統(tǒng)無法正常合格操作。

針對(duì)這一問題，我們總結(jié)五臺(tái)大泵填料泄露的現(xiàn)象、出現(xiàn)的問題，我們隊(duì)工藝操作人員進(jìn)行了培訓(xùn)，制訂了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問題，為保證五臺(tái)大泵填料正常運(yùn)行，我們還每隔1小時(shí)對(duì)其填料溫度進(jìn)行測(cè)量。

（3）二套高壓廢水的精制水的回收

2011年11月因環(huán)保壓力，將二套三胺高壓廢水精制水改造至C8501下塔及高速泵P8502入口，使精制水在解析塔下部進(jìn)一步的水解解析，保證外送水的合格，每小時(shí)約8－10噸。在二套高壓廢水工況異常時(shí)，少量的聚合物OAT進(jìn)入解析系統(tǒng)，解析系統(tǒng)無法對(duì)OTA進(jìn)行有效的分解，會(huì)導(dǎo)致外送電導(dǎo)高［3］。

（4）界區(qū)尿液中含有甲醇等有機(jī)物

在斯納姆尿素生產(chǎn)裝置中，為擴(kuò)能保證二氧化碳的供量，將煤化工項(xiàng)目的4000－6000標(biāo)方二氧化碳引用至天然氣化工裝置。在引用初期，小水解的精制水電導(dǎo) AI80930由70As/us漲至120As/us，經(jīng)過取樣分析與反復(fù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其工藝?yán)淠褐泻猩倭康募状?。少量甲醇?jīng)過合成塔，以尿素的形式通過三胺的一、二段真空系統(tǒng)，帶至小水解系統(tǒng)，而甲醇無法在水解系統(tǒng)中分解，導(dǎo)致外送精制水電導(dǎo)上漲。

（5）尿素分解不完全

從歷次的經(jīng)驗(yàn)來看，每當(dāng)三胺裝置停車熱洗濃縮一、二段時(shí)，會(huì)有大量的尿素、部分縮二脲通過工藝?yán)淠哼M(jìn)入水解系統(tǒng)。

針對(duì)這一問題我們吸取同行的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，采取將R8501的壓力由原來的3.35MPa提高至3.7MPa，以保證尿素在水解器內(nèi)盡可能的水解。同時(shí)，如果出現(xiàn)上述情況，工藝將水解負(fù)荷降至最低，將工藝?yán)淠簳簳r(shí)存放在V8501，等工況好轉(zhuǎn)后再增加負(fù)荷拉低液位。

3.6 C8501上塔填料容易損壞

2008年、2011年均出現(xiàn)上塔填料腐蝕嚴(yán)重如圖3所示，其上塔頂層分布器、填料均不腐蝕，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，存在以下原因：

（1）R8501進(jìn)C8501氣相無分布器，溫度過高，R8501操作溫度TI80952指標(biāo)為220－240℃，為節(jié)能其氣相走C8501上塔，溫度相對(duì)較高，上塔溫度測(cè)量TI80925位于塔的東南面，進(jìn)料管線則是在西北方向并且只有一根簡(jiǎn)單的管子，沒有氣相分布器，測(cè)溫點(diǎn)無法正確指示其真實(shí)溫度。

圖3 C8501上塔填料腐蝕對(duì)比

（2）P8503回流分布器腐蝕導(dǎo)致回流跑偏，水解超負(fù)荷運(yùn)行，P8503回流至C8501頂部的的碳銨液濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過程中，回流分布器腐蝕脫落，導(dǎo)致碳銨液回流跑偏，在上層填料上部無法正常分布，同時(shí)，也給壓力控制帶來困難，壓力的大幅度波動(dòng)，將填料層吹翻，加劇了腐蝕。經(jīng)過反復(fù)的理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)水模擬實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)，其回流分布器由于開孔過大，孔數(shù)過多，使P8503在最小流量時(shí)會(huì)出現(xiàn)回流分布器處于半空狀態(tài)，碳銨液因受熱快速分解對(duì)分布器造成極其嚴(yán)重局部應(yīng)力腐蝕［4］。

（3）解吸塔填料材質(zhì)無法滿足要求

水解裝置原設(shè)計(jì)負(fù)荷為28t/h，而現(xiàn)在的運(yùn)行負(fù)荷為33t/h，上塔直接接觸濃碳銨液的316填料無法滿足正常的要求。

在2011年冬季大修時(shí)我們與解析塔廠家聯(lián)系溝通，將上塔填料提高了一個(gè)等級(jí)，更換為316L，以保證超負(fù)荷下的填料需要；與此同時(shí)，對(duì)R8501進(jìn)C8501氣相管線加裝分布器，以保證高溫氣相能均勻的分布。

4 結(jié)論

在尿素水解裝置中，我們經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，通過技術(shù)創(chuàng)新，積累經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化分析操作中的各項(xiàng)疑難問題，積極吸收目前先進(jìn)的回收和生產(chǎn)技術(shù)，充分實(shí)現(xiàn)了氨、二氧化碳回收再利用，降低了生產(chǎn)成本，切實(shí)做到了節(jié)能環(huán)保，產(chǎn)生了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］汪志宏，孫建堂，劉艷飛，等.三聚氰胺裝置操作手冊(cè)［Z］.河南：河南煤化集團(tuán)中原大化公司，2010.

［2］汪志宏，趙立新，劉彥偉，等.三聚氰胺裝置設(shè)備手冊(cè)［Z］.河南：河南煤化集團(tuán)中原大化公司，2010.

［3］馮敏﹒現(xiàn)代水處理技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［4］黃興軍.淺析化工設(shè)備的防腐管理［C］.2004年全國化工、石化裝備國產(chǎn)化暨設(shè)備管理技術(shù)交流會(huì)會(huì)議論文集，2004：61－63.