斯那姆工藝的技術(shù)改造

李蘇軍

（重慶MDI一體化建峰項(xiàng)目部，重慶長(zhǎng)壽 401221）

尿素

斯那姆工藝的技術(shù)改造

李蘇軍

（重慶MDI一體化建峰項(xiàng)目部，重慶長(zhǎng)壽 401221）

通過(guò)技改技革，解決斯那姆氨汽提工藝生產(chǎn)中出現(xiàn)的設(shè)備腐蝕老化、管道結(jié)晶堵塞，生產(chǎn)成本高以及影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行等問(wèn)題。尤其面對(duì)三聚氰胺來(lái)料的影響。裝置做了大量改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的擴(kuò)容、優(yōu)化和穩(wěn)定運(yùn)行。

三聚氰胺；尿素；高壓甲銨泵；水解系統(tǒng)；中壓冷凝器

0 引言

重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司的第一套尿素裝置，采用意大利斯那姆氨汽提工藝，設(shè)計(jì)能力1750 t／d。自1993年建成投產(chǎn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)設(shè)備磨合，技術(shù)更新，人員技能提升。尤其是在面對(duì)后期出現(xiàn)的設(shè)備老化、三聚氰胺來(lái)料影響，裝置擴(kuò)容以及工藝設(shè)計(jì)缺陷等，建峰化工股份有限公司化肥分公司對(duì)這套裝置做了許多大膽的改進(jìn)。也使得這套裝置達(dá)到了良好的運(yùn)行狀態(tài)。

1 優(yōu)化、技改內(nèi)容及效果評(píng)估

1.1 甲胺分離器（V01）氣相管線技改

1.1.1 技改前狀況

甲胺分離器（V01）氣相管線的作用是將完成汽液分離后的V01中的氣相，減壓到中壓后進(jìn)行回收。原工藝是將約153℃含氨、甲胺氣相物料從甲胺分離器（V01）引入中壓分解塔受槽（V22），此氣相再在中壓分解塔受槽（V22）中吸熱后汽提至中壓分解塔分離器（V02）中，然后進(jìn)入中壓吸收塔、中壓冷凝器、中壓氨冷器，回收其中的氨，甲胺。再將其中的惰氣通過(guò)中壓洗滌塔洗滌后，排放大氣。

甲胺分離器（V01）氣相經(jīng)過(guò)PV9207A減壓后，溫度下降至100℃左右，進(jìn)入到中壓分解塔受槽（V22），然后此氣相再沿中壓分解塔換熱管中心上升至中壓分解塔分離器（V02）。上升過(guò)程中不能起到設(shè)計(jì)理論的汽提作用，反而要消耗蒸汽將其溫度提高到158℃，造成蒸汽消耗的增加。這一部分氣體，還要經(jīng)過(guò)E06冷凝降溫，又增加了中壓冷凝器的冷凝負(fù)荷。另一方面，這股低溫氣相在E02／V22對(duì)分解物料造成冷卻作用，使得中壓分解溫度提不起來(lái)，導(dǎo)致低壓分解負(fù)荷增大，使得低壓放空損失增加、蒸發(fā)系統(tǒng)控制困難。

1.1.2 技改思路

將甲胺分離器（V01）氣相經(jīng)過(guò)PV9207A減壓后直接引至中壓分解塔分離器（V02），（如圖1）這樣一方面避免這股冷的物料經(jīng)過(guò)中壓分解塔（E02），減少了裝置的蒸汽消耗，同時(shí)提高了中壓分解塔（E02）的溫度。另一方面，由于V01氣相未經(jīng)E02加熱，降低了中壓冷凝器的冷凝負(fù)荷。

1.1.3 技改效果

甲胺分離器（300V01）氣相管線技改項(xiàng)目于2010年8月Snam技術(shù)服務(wù)專家來(lái)我廠交流中正式提出，2010年9月6日獲得化肥分公司審批通過(guò)，并于2011年1月尿素裝置大修中實(shí)施改管。2011年3月14日正式投入運(yùn)行。

圖1 甲胺分離器技改流程

表1中反映尿素高壓汽提塔300E01工況前后存在較大變化，在2010年3－5月份300E01出液尿素濃度明顯高于2011年同期，而中壓分解溫度不但低于同期水平，且補(bǔ)充蒸汽閥HV9303開(kāi)度較大。

表1 2010年3－5月與2011年3－5月份相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表2 2010年與2011年相同負(fù)荷條件下各蒸汽單耗統(tǒng)計(jì)表

在蒸汽綜合成本上噸尿素節(jié)約蒸汽成本2.96元，按照2011年計(jì)劃生產(chǎn)尿素產(chǎn)量52萬(wàn)t計(jì)算，尿素系統(tǒng)為此在節(jié)約蒸汽消耗方面實(shí)現(xiàn)效益約150萬(wàn)元／a。300V01氣相管線技改后，減少蒸汽耗量節(jié)約了能源，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗；同時(shí)對(duì)降低尿素裝置中低壓放空氨損失有積極作用，減少了放空氣相中氨對(duì)大氣可能造成的污染；對(duì)尿素產(chǎn)品質(zhì)量控制起到積極作用。

上述兩點(diǎn)說(shuō)明該技改效果達(dá)到預(yù)想目標(biāo)。

1.2 中壓冷凝器的改造

1.2.1 技改前狀況

1.2.1.1 通過(guò)E06冷卻水溫度較高

中壓甲銨冷凝器300E06是冷凝與回收來(lái)自中壓分解器300E02氣相與來(lái)自低壓系統(tǒng)的碳銨液的重要設(shè)備，E06采用的是二次循環(huán)水，進(jìn)口設(shè)計(jì)為38℃的冷卻水，出口冷卻水的溫度達(dá)65℃，高于循環(huán)冷卻水的水穩(wěn)劑所要求的溫度（水穩(wěn)劑要求＜50℃）。水溫高，加速了水穩(wěn)劑中聚磷酸鹽的水解，造成磷酸鈣沉淀，加快了結(jié)垢速率.水溫高，也使E06出口中p H值升高，易使鋅離子產(chǎn)生氫氧化鋅沉淀，產(chǎn)生結(jié)垢。

1.2.1.2 通過(guò)E06的冷卻水流速低

E06是一臺(tái)雙管程換熱器，該設(shè)備位置高，距離地面20m。循環(huán)水上水壓力0.39 MPa，回水壓力0.25 MPa；由于該設(shè)備位置高，加之采用的是300E09的二次水。從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)查得E09冷卻水壓力損失為47 kPa，E06自身冷卻水壓力損失為32.3 kPa。則E06兩端壓差為0.39－0.2－0.047－0.0323＝0.1107 MPa，再減去回水壓力阻力降，計(jì)算為0.1107－（0.25－0.20）＝0.0607 MPa。顯然，300E06兩端壓差低，冷卻水流速慢，冷卻水在E06管程運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，致使水中的懸浮物和磷酸鋅等鹽類沉積造成結(jié)垢。

1.2.1.3 中壓系統(tǒng)A段壓力高，AB段壓差大

自從2007年11月25日三聚氰胺投產(chǎn)以來(lái)，尿素裝置一直受到來(lái)自三聚氰胺物料甲銨的困擾，致使尿素裝置系統(tǒng)負(fù)荷高，高壓系統(tǒng)H／C升高，轉(zhuǎn)化率降低。300E06設(shè)計(jì)流量為71.2 t／h，通過(guò)計(jì)算，在目前尿素負(fù)荷27 800 m3（標(biāo)）／h時(shí)，實(shí)際上從300P02送往高壓系統(tǒng)的甲銨液已經(jīng)超過(guò)80 t／h，所以導(dǎo)致300E06操作壓力的提高，中壓系統(tǒng)A段壓力高，AB段壓差大。

1.2.2 技改思路

針對(duì)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，首先在提高合成塔轉(zhuǎn)化率與汽提塔氣體效率等優(yōu)化操作的同時(shí)，2009年6月我廠對(duì)中壓段進(jìn)行了技術(shù)改造，即新增加了1臺(tái)300E06B；改二次水為一次循環(huán)水。為降低中壓前段壓力，提高中壓分解效率，同時(shí)也為避免操作不當(dāng)而造成中壓安全閥起跳，2010年4月20日將300E06A單獨(dú)運(yùn)行，改成了300E06A／B并聯(lián)運(yùn)行，如圖2。

圖2 中壓冷凝器并聯(lián)流程

1.2.3 技改效果

由表3可以看出，通過(guò)300E06A／B并聯(lián)，有效地降低了，中壓前段壓力，縮小了中壓前后段壓差。降低300T01頂?shù)诇囟雀?，SC6二氧化碳含量高，SC7氨損失高的諸多不利因素，說(shuō)明該技改達(dá)到了積極效果。（從TV315閥從80%關(guān)小至20%，說(shuō)明我們也有能力將TI315溫度降至設(shè)計(jì)溫度70－80℃，但基于中壓回收負(fù)荷高，含水量多的現(xiàn)象，為避免其對(duì)高壓圈的影響，所以并未降低TI315的控制溫度）。

表3 300E06A／B并聯(lián)投用前后參數(shù)對(duì)比表

1.3 解吸塔的改造

1.3.1 水解裝置工藝流程簡(jiǎn)介（見(jiàn)圖3）

來(lái)自尿素蒸發(fā)系統(tǒng)的工藝?yán)淠海∟H35%－7%，CO21%－2%，尿素1%－2%）經(jīng)解吸塔上塔處理后，其中大部分氨和二氧化碳被分離進(jìn)入氣相。上塔溶液經(jīng)泵送往水解器，在230℃、3.4 MPa的條件下，尿素水解被氨和二氧化碳，水解液再送入解吸塔下塔脫出殘留的氨和二氧化碳。塔頂氣相返回前系統(tǒng)再利用。塔底廢水（NH3、CO2、尿素均≤5mg／L）回收進(jìn)入退鹽水系統(tǒng)。

解析塔直徑1140mm，塔高約27m。內(nèi)置55層浮閥塔板，上塔20層、下塔35層；上下塔間氣相可以自由通過(guò)，操作中控制上塔液相不溢流進(jìn)入下塔。

1.3.2 技改前的狀況和面臨問(wèn)題

解析塔設(shè)計(jì)處理能力為43.7 t／h，實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷一般在47－51 t／h。經(jīng)多年使用塔盤浮閥出現(xiàn)變形、脫落、破損等問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，蒸汽消耗較高（每處理1 t工藝?yán)淠盒枰?35－250 kg的蒸汽）；同時(shí)由于三聚氰胺項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后將向尿素水解系統(tǒng)輸送約12t／h的工藝?yán)淠?，以目前解析塔的現(xiàn)狀顯然無(wú)法滿足要求，為此決定對(duì)解析塔進(jìn)行改造。

圖3 水解裝置工藝流程

1.3.3 改造方案

要求保持塔體外形尺寸，廢水電導(dǎo)小于20 us／cm。NH3、CO2、尿素均≤5 mg／L以下，處理1t工藝?yán)淠鹤畲笳羝男∮?25 kg，內(nèi)件材料采用耐腐蝕的304L不銹鋼要求前提下。經(jīng)過(guò)多方對(duì)比，最終決定采用河北工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的立體傳質(zhì)高效塔盤（CTST22）專利技術(shù)對(duì)解析塔進(jìn)行改造。

CTST塔盤有生產(chǎn)能力大、塔板效率高板間壓降低、能耗低）操作彈性大液體提升量大的特點(diǎn)。CTST塔盤為梯形立體傳質(zhì)塔板，塔板采用矩形開(kāi)孔，矩形開(kāi)孔上方設(shè)置帶篩孔的梯形噴射罩，罩的側(cè)面為帶篩孔的噴射板，兩端為梯形端板，上部為分離板，在噴射板與分離板間設(shè)氣液通道，如圖4。

圖4 解析塔改造圖

氣體自塔板孔進(jìn)入噴射罩中，在塔板的板孔形成縮流，在板孔附近形成低壓區(qū)；液體受罩體內(nèi)外差壓和板面液面高度靜壓強(qiáng)的作用自罩底間隙進(jìn)入罩內(nèi)；氣體、液體兩相的接觸、傳熱、傳質(zhì)。

1.3.4 技改效果考核

2006年7月20日至8月3日利用裝置大修機(jī)會(huì)完成施工改造。2006年8月16日，解析塔改造后首次投入運(yùn)行，2006年9月21日對(duì)解析塔進(jìn)行了性能考核，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 解析塔性能考核結(jié)果

從設(shè)備改造運(yùn)行至今，解吸塔設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)控制指標(biāo)及操作運(yùn)行參數(shù)在正常范圍內(nèi)。改造后，在現(xiàn)運(yùn)行負(fù)荷（80%）下，解吸塔蒸汽消耗從11.5 t／h下降到9.5 t／h；由于解吸塔工作狀況改善使水解器蒸汽消耗明顯下降，節(jié)能效果比較明顯。

1.4 高壓甲銨泵的改造

1.4.1 技改前的狀況

高壓甲銨泵P02出口壓力高電流高。下表是尿素高壓甲銨泵運(yùn)行電流和其他參數(shù)與設(shè)計(jì)值的比較：

表5 高壓甲銨泵運(yùn)行參數(shù)實(shí)際與設(shè)計(jì)值比對(duì)表

經(jīng)對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，在三胺滿負(fù)荷狀況下，高壓甲銨泵P02的負(fù)荷增加量在25 t／h左右，使得整個(gè)系統(tǒng)回收水量增大，正常操作無(wú)法降低低壓碳銨儲(chǔ)槽V06液位，工藝人員只有采用了提高中壓冷凝器TC09315溫度的方式減少高壓甲銨泵P02入口打量。即便如此，仍滿足不了系統(tǒng)的優(yōu)化控制，高壓甲銨泵P02長(zhǎng)期處于高電流、高壓力和入口超溫度運(yùn)行狀態(tài)。目前該泵運(yùn)行電流平均在68～70 A，而在三胺未投入運(yùn)行前，平均為55 A，兩相比較增加了13 A以上，泵額定電流62 A，長(zhǎng)期在額定電流之上運(yùn)行對(duì)泵電機(jī)的造成了較大安全隱患。亦成為目前尿素裝置高負(fù)荷裝置運(yùn)行的瓶頸問(wèn)題。

1.4.2 實(shí)施對(duì)高壓甲銨泵P02A／B泵的改造

經(jīng)過(guò)對(duì)高壓甲銨泵P02的安裝和泵各項(xiàng)設(shè)計(jì)尺寸、電氣配置等多方論證計(jì)算和反復(fù)研究，在不改變總變配電裝置的現(xiàn)有配置的情況下，電機(jī)從原來(lái)的560 kW更換到710 kW。同時(shí)，考慮由于高壓甲銨泵P02泵的最大打量不能滿足實(shí)際要求，設(shè)備上對(duì)葉輪及泵殼進(jìn)行改造以提升能力，使高壓甲銨泵P02輸出流量得以提高，經(jīng)過(guò)技改后的高壓甲銨泵運(yùn)行工況得到較好改善。

1.5 尿素二段真空V08的改造

1.5.1 V07／V08技改前狀況

尿液兩段蒸發(fā)分離器為旋風(fēng)式分離器，尿液以切線方向進(jìn)入分離器物料后，在旋風(fēng)分離器的擋圈內(nèi)成高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于離心力作用，液相被甩到塔壁進(jìn)后向下流，而高速旋轉(zhuǎn)的氣相則向上進(jìn)入分離器的氣相空間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣液分離。在氣相向上流動(dòng)的過(guò)程中，由于氣速較快存在少量氣液夾帶現(xiàn)象，少量液滴被氣相攜帶向上進(jìn)入氣相區(qū)。隨著上部空間加大，氣體流速降低，液相在重力作用下開(kāi)始下落到旋風(fēng)分離器的上擋板上面，在流動(dòng)過(guò)程中生成的縮二脲和尿液結(jié)晶粘接到擋板連接平臺(tái)處，久而久之就在擋板上形成了大量的縮二脲堆積層，縮二脲在上升氣流的沖擊或者自身重力下，就會(huì)不定期的剝離脫落掉入管道入口（見(jiàn)圖五），一段出現(xiàn)這種現(xiàn)象，會(huì)造成300E15入口流道局部堵塞，一段分離器積液，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，堵塞物被融解帶出，流道瞬間增大，一段積液在位差增加作用下迅速流入二段蒸發(fā)，導(dǎo)致二段蒸發(fā)溫度波動(dòng)、真空下降，這種現(xiàn)象在蒸發(fā)系統(tǒng)高負(fù)荷條件下愈加明顯。二段出現(xiàn)這種現(xiàn)象會(huì)造成尿素熔融泵入口管線堵塞，或少量縮二脲結(jié)晶物進(jìn)入泵體，造成泵汽化，嚴(yán)重的將引起系統(tǒng)停車。

圖5 尿素二段蒸發(fā)分離器改造

1.5.2 V07／V08技改

為防止V07／V08縮二脲剝落堵塞300E15和尿液熔融泵入口流道，我們?cè)谝欢握舭l(fā)分離器底部增加一圓形篩板（見(jiàn)圖五），篩板均勻開(kāi)布800個(gè)Φ10孔徑，裝置正常運(yùn)行時(shí)能較好地避免因縮二脲偶爾剝落造成300E15堵塞和尿液熔融泵汽化現(xiàn)象。

2 結(jié)束語(yǔ)

重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司的第一套尿素裝置，自1993年建設(shè)投產(chǎn)以來(lái)，歷時(shí)22a。從最初的試運(yùn)行到現(xiàn)在的超高負(fù)荷（113%）。從尤其面對(duì)三聚氰胺來(lái)料的影響。裝置不僅做了上述技改，其間還對(duì)汽提塔進(jìn)口流道與圍堰，甲胺噴射泵、E0109循環(huán)水管線，造粒塔風(fēng)窗等做了大膽改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的擴(kuò)容、優(yōu)化和穩(wěn)定。

[1]袁一編.尿素[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.50，139.

[2]陳觀平，趙元?jiǎng)P編著.尿素生產(chǎn)工藝與操作[M].北京：中國(guó)石化出版社，1993.01－05.

[3]蘇文才.采用CTST高效塔盤技術(shù)改造尿素解析塔[J].大氮肥料，2007，（4）.

[4]朱永忠，李蘇軍.三胺返甲銨液對(duì)尿素系統(tǒng)的影響與對(duì)策[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2011，37（1）：58－60.

Technical transformation of Snamprogetti process

Li Su-jun
（Chongqing MDI integrated construction project department，Chongqing longevity 401221，China）

Via the technical reformation，resolve some problems on the produce of the SNAM process.for example the equipment erode、piping jammed by crystallization、high cost、the influence on stability.Especially the influence by the material form melamine plant.because a lot of technical reformation，so the system can run on higher load and more optimize and more stability.

melamine；urea；high pressure ammonium pump；hydrolyze system；medium pressure condenser

TQ441.4l

B

1003-6490（2015）03-019-05

2015－03－10

李蘇軍（1967－），男，江蘇省寶應(yīng)縣人，礦石冶煉專業(yè)畢業(yè)，工程師，主要從事合成氨生產(chǎn)技術(shù)管理工作。