淺析尿素裝置滿負(fù)荷運(yùn)行存在的問題及處理措施

劉寧娟，劉萬斌，譚曉龍

（鹽湖股份有限公司化工分公司，青海格爾木 816000）

淺析尿素裝置滿負(fù)荷運(yùn)行存在的問題及處理措施

劉寧娟，劉萬斌，譚曉龍

（鹽湖股份有限公司化工分公司，青海格爾木 816000）

對尿素高負(fù)荷運(yùn)行期間出現(xiàn)問題進(jìn)行分析總結(jié)，找出制約尿素裝置高負(fù)荷運(yùn)行的問題，并提出相應(yīng)的對策和措施。

濃度；負(fù)荷；超壓；氨耗

青海鹽湖股份化工分公司化肥廠一期33萬t／a尿素裝置采用傳統(tǒng)的斯太米卡邦（Stamicarbon）二氧化碳汽提法工藝技術(shù)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為日產(chǎn)1 000 t小顆粒尿素。該工藝主要由高壓合成系統(tǒng)、低壓分解回收系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、高壓調(diào)溫水系統(tǒng)、低壓調(diào)溫水系統(tǒng)及水解解吸系統(tǒng)等幾個系統(tǒng)組成。于2007年10月開工建設(shè)。2012年12月4日尿素裝置化工投料原始開車，并產(chǎn)出合格尿素產(chǎn)品，并進(jìn)入試生產(chǎn)階段。通過一年多的試生產(chǎn)，各項(xiàng)（包括產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、消耗等）性能指標(biāo)基本運(yùn)轉(zhuǎn)正常，公用工程及外部條件基本滿足要求，2014年9月，實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)能力的110%左右。

1 滿負(fù)荷運(yùn)行出現(xiàn)的問題

2014年9月至2014年12月滿負(fù)荷運(yùn)行期間，主要存在以下幾個方面的問題：

1）系統(tǒng)噸尿素氨耗高，其月平均消耗參數(shù)見表1。

表1 噸尿素氨耗月平均參數(shù)值

2）低壓系統(tǒng)共計(jì)超壓運(yùn)行20余次，其中超壓嚴(yán)重時(shí)低壓系統(tǒng)壓力超過0.52 MPa（正常為0.25～0.3 MPa），迫使低壓放空閥、放空副線及其由低壓排放到放空筒的泄壓閥全開；低壓液位槽頻繁滿液；低壓調(diào)溫水溫度溫差?。ㄔO(shè)計(jì)低壓調(diào)溫水泵進(jìn)口溫度為65－75℃，通過低壓調(diào)溫水板式換熱器后溫度為55－65℃，即板式換熱器進(jìn)出口溫差在10℃左右），實(shí)際運(yùn)行中低壓調(diào)溫水系統(tǒng)溫差在3－4℃。

3）蒸汽消耗比較高，自產(chǎn)的0.44 MPa的低壓蒸汽現(xiàn)場放空，造成資源浪費(fèi)，同時(shí)也增加裝置的能耗。

4）一段蒸發(fā)真空度每個班均會發(fā)生瞬間從－40 kPa降到－5 kPa，蒸發(fā)被迫打循環(huán)，每次造成蒸發(fā)系統(tǒng)停止造粒3－5 h，高壓負(fù)荷減至最低（70%）運(yùn)行。不僅造成尿素成品中水分含量偏大，而且造成尿素產(chǎn)量下降，蒸發(fā)也不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

5）4巴吸收塔給料泵流量在20－21 t／h，低于設(shè)計(jì)值29－31 t／h，4巴吸收塔吸收效果差，4巴吸收塔放空閥開度超過70%；同時(shí)易造成蒸發(fā)背壓，真空度低，產(chǎn)品質(zhì)量下降。

6）蒸發(fā)系統(tǒng)流量（FT1134）超過63 t／h時(shí)，噴頭出現(xiàn)溢流現(xiàn)象，粒子有結(jié)塊，嚴(yán)重影響了尿素的產(chǎn)品質(zhì)量。

7）氨水槽濃度高，水解塔溫度提不到工藝指標(biāo)，導(dǎo)致水解解吸系統(tǒng)工藝廢液不合格。

2 原因分析

2.1 氨耗高

（1）高負(fù)荷運(yùn)行期間由于低壓系統(tǒng)組分存在問題及高壓甲銨泵的運(yùn)行泵自身原因致使泵打量效果差，且現(xiàn)場處理時(shí)間過長，為防止回流液濃度過高引起管道結(jié)晶堵塞及低壓系統(tǒng)操作條件惡化，解吸塔氣相部分切至工藝放空煙囪，致使氨耗增加。

（2）由于系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行，合成系統(tǒng)防腐空氣量增加，使得合成系統(tǒng)及4 bar吸收塔的尾氣放空量增加，氨耗也隨之所增加。同時(shí)4巴吸收塔給料泵打量不足，造成從高壓洗滌器放空的惰氣中的氨不能完全吸收，增大4巴吸收塔放空量，氨放空量也相應(yīng)增大。

（3）考慮到裝置的實(shí)際運(yùn)行情況及為了不使低壓系統(tǒng)超壓所造成蒸發(fā)系統(tǒng)真空度的影響，將常壓吸收塔的放空管線的管徑由原設(shè)計(jì)的DN50改為DN100，使得常壓吸收塔的尾氣放空量增加，致使氨耗也有所增加。

2.2 低壓超壓

（1）由于低壓氣相管線的伴熱管只有一根，致使伴熱效果差，低壓氣相管線常常出現(xiàn)結(jié)晶，低壓超壓。

（2）低壓甲銨冷凝器液位槽液位設(shè)計(jì)指標(biāo)為40%－60%，由于低壓系統(tǒng)組分不正常，低壓液位控制過高致使氣相夾帶液嚴(yán)重以及氣相管線保溫不符合設(shè)計(jì)要求，造成氣相夾帶甲銨液結(jié)晶堵塞管道。

（3）根據(jù)同類型裝置進(jìn)行比較，低壓調(diào)溫水系統(tǒng)中的板式換熱器設(shè)計(jì)換熱面積為103 m2，而我廠裝置板式化熱器換熱面積只有74.93 m2，由于板式換熱器換熱面積過小，不能將低壓系統(tǒng)的熱量移除，致使低壓系統(tǒng)不能將氨和二氧化碳完全吸收，致使低壓超壓。

2.3 蒸汽消耗高

（1）2.5 MPa蒸汽消耗高是由于合成氨一車間向尿素供應(yīng)的2.4 MPa（G）壓力在2.1～2.4 MPa之間波動造成。

（2）由于在試生產(chǎn)期間發(fā)現(xiàn)CO2壓縮機(jī)組的汽輪機(jī)功率偏小，為使之汽輪機(jī)功率與CO2壓縮機(jī)功率相匹配，對汽輪機(jī)進(jìn)行了二次擴(kuò)能，這是造成3.9 MPa（G）消耗高的主要原因。

（3）低壓蒸汽系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，造成低壓管網(wǎng)波動，公用工程系統(tǒng)不接收我裝置自產(chǎn)的的低壓蒸汽。致使直接放空，從而增加了蒸汽的消耗量，同時(shí)造成資源的浪費(fèi)。

2.4 蒸發(fā)真空度偏低

（1）由于一、二段蒸發(fā)有帶液現(xiàn)象，致使表冷器結(jié)晶，造成蒸發(fā)真空度低。

（2）由于低壓系統(tǒng)頻繁發(fā)生超壓，致使蒸發(fā)背壓，造成真空度偏低。

（3）一、二段蒸發(fā)之間壓差過小，造成一段分離器內(nèi)有尿素積存。同時(shí)蒸發(fā)沖洗時(shí)間過長。

2.5 氨水槽濃度偏高

（1）由于蒸發(fā)帶液比較嚴(yán)重，將部分尿素帶到氨水槽。

（2）由于氨泵在倒泵過程中，操作不當(dāng)，造成氨泵入口安全閥起跳，不能及時(shí)回座，大量氨內(nèi)漏到氨水槽。

3 采取改進(jìn)措施

3.1 氨含量高采取的措施

（1）優(yōu)化操作，控制加入系統(tǒng)防腐空氣的量，增加二氧化碳系統(tǒng)中氧含量分析的頻次，控制氧含量在工藝指標(biāo)內(nèi)。減少高壓洗滌器放空閥的開度，減少氨損失。

（2）禁止在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)將解吸切換至煙囪。低壓甲銨冷凝器液位槽的組分分析由2 h取一次樣改為1 h取一次樣，當(dāng)?shù)蛪杭卒@冷凝器內(nèi)組分發(fā)生改變及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

（3）加強(qiáng)低壓操作，當(dāng)?shù)蛪合到y(tǒng)超壓時(shí)，立即查找原因，嚴(yán)禁將低壓放空直接放到放空筒。

（4）在4巴吸收塔給料泵型號未更改前，采取雙泵運(yùn)行的方式，控制4巴吸收塔吸收量在工藝指標(biāo)，保證惰氣中帶出的氨被完全吸收，減少氨放空量，同時(shí)減少噸尿素耗氨量。

3.2 氨含量高采取的措施

（1）將低壓甲銨冷凝器液位槽液位控制在40%以下。

（2）2012年12月將低壓甲銨冷凝器液位槽氣相管線由伴熱管伴熱的方式改為由夾套保溫的方式，同時(shí)要求操作人員將該管線上的0.88 MPa吹掃蒸汽保持常開狀態(tài)。

（3）經(jīng)與設(shè)計(jì)院溝通，重新核算低壓調(diào)溫水系統(tǒng)板換，決定在原有的工藝流程及設(shè)備基礎(chǔ)上增加一臺面積、結(jié)構(gòu)、其他設(shè)計(jì)參數(shù)及其循環(huán)水冷卻方式與原設(shè)計(jì)相同的板式換熱器。

3.3 更換更大的泵

聯(lián)系設(shè)計(jì)院對該泵重新進(jìn)行核算，將原來的泵更換為揚(yáng)程及流量更大的泵。

3.4 更換產(chǎn)能更大的噴頭

3.5 對蒸發(fā)真空度采取的措施

（1）高負(fù)荷期間，將蒸發(fā)沖洗時(shí)間由兩小時(shí)沖洗一次改為一小時(shí)沖洗一次。

（2）將沖洗蒸發(fā)的沖洗液由工藝?yán)淠焊臑檎羝淠?，在蒸發(fā)正常運(yùn)行時(shí)，保證閃蒸槽氣相、一段蒸發(fā)氣相及升壓器氣相沖洗水有0.4－0.5 m3沖洗量。

（3）利用停車機(jī)會對蒸發(fā)系統(tǒng)加水進(jìn)行熱煮，徹底將蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)結(jié)晶的尿素清洗干凈。

3.6 低壓蒸汽全部回收利用

穩(wěn)定低壓蒸汽系統(tǒng)的壓力，將尿素所產(chǎn)的低壓蒸汽送至甲堿車間全部回收利用。

3.7 水解塔采取的措施

氨水槽濃度偏高，水解塔溫度提不到工藝指標(biāo)采取如下措施。

（1）保證一二段蒸發(fā)壓差在35 kPa以上，增加尿液在一、二段增發(fā)系統(tǒng)內(nèi)的流速，盡量減少尿液在一、二段蒸發(fā)分離器內(nèi)積存，從而防止一、二段蒸發(fā)帶液。

（2）加強(qiáng)操作人員的培訓(xùn)工作，制定氨泵倒泵措施。嚴(yán)禁倒泵過程中造成氨泵入口安全閥超壓，如果出現(xiàn)超壓，按照操作事故進(jìn)行處理。當(dāng)安全閥起跳后不回座，有停車機(jī)會及時(shí)將安全閥進(jìn)行校驗(yàn)，并計(jì)劃在2015年大檢修期間在該安全閥閥前增加一臺切斷閥，當(dāng)出現(xiàn)起跳不能回座時(shí)，能及時(shí)檢修該閥。

（3）加強(qiáng)對氨水槽的濃度監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)氨含量及尿素含量偏高，及時(shí)查找原因。

（4）將合成氨裝置4.0 MPa的中壓飽和蒸汽引一根DN50的管線至尿素裝置，將水解塔熱源由原來的2.5 MPa蒸汽加熱改為由4.0 MPa的蒸汽作為熱源進(jìn)行加熱。

4 采取改進(jìn)后的運(yùn)行的效果

采取改進(jìn)措施和加強(qiáng)工藝管理后，裝置噸尿素氨耗由原來的0.595－0.621 t降至0.575－0.580 t之間，噸尿素氨耗同比下降了20－41 kg，節(jié)約了尿素的生產(chǎn)成本，增加了我裝置產(chǎn)品在同行業(yè)中的競爭優(yōu)勢。同時(shí)徹底解決了低壓超壓問題，穩(wěn)定了尿素生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了工藝指標(biāo)事故率為零。將4巴泵雙泵運(yùn)行后，泵的流量達(dá)到了設(shè)計(jì)工藝指標(biāo)，4巴放空閥由原來的70%關(guān)50%，4巴吸收塔的吸收效果明顯增強(qiáng)。蒸發(fā)真空度低出現(xiàn)的頻率大大降低了；更換造粒噴頭后蒸發(fā)負(fù)荷能加到70t／h以上，成品尿素結(jié)塊現(xiàn)象消失，提高了尿素產(chǎn)品質(zhì)量。氨水槽濃度高的問題得以解決，水解塔溫度偏低這一制約生產(chǎn)的瓶頸也得到解決，工業(yè)廢液實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

5 結(jié)束語

通過對高壓系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行期間出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，找出限制尿素高負(fù)荷生產(chǎn)的瓶頸，有針對性地提出解決措施，實(shí)現(xiàn)尿素裝置達(dá)產(chǎn)、達(dá)標(biāo)及長期滿負(fù)荷運(yùn)行。

Urea plant at full capacity operation is analysed the existing problems and processing measures

Liu Ning-juan,Liu Wan-bing,Tan Xiao-long
（Qinghai Salt Lake Industry Group Co.，Ltd.Chemical Branch Qinghai Golmud 816000，china）

High load operation of urea analyzed problems appeared during the summary，find the urea unit high load operation of the problems，and puts forward corresponding countermeasures and measures.

concentration；load；the overpressure；ammonia consumption

TQ113.29

B

1003-6490（2015）03-0024-03

2015－03－20

劉寧娟（1983—），女，陜西戶縣人，助理工程師，2007畢業(yè)于青海大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，任職于青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司總工辦。