大型國(guó)產(chǎn)化二氧化碳汽提法尿素裝置運(yùn)行總結(jié)

張成勝，臧傳國(guó)，何樹文

(瑞星集團(tuán)有限公司 山東東平 271509)

大型國(guó)產(chǎn)化二氧化碳汽提法尿素裝置運(yùn)行總結(jié)

張成勝，臧傳國(guó)，何樹文

(瑞星集團(tuán)有限公司 山東東平 271509)

介紹了大型國(guó)產(chǎn)化二氧化碳汽提法尿素裝置的系統(tǒng)配置和工藝特點(diǎn)，總結(jié)了其設(shè)計(jì)中存在的問題和開車后采取的改進(jìn)措施。實(shí)際運(yùn)行情況表明，大型國(guó)產(chǎn)化二氧化碳汽提法尿素裝置操作運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，噸尿素氨耗和蒸汽耗分別為569 kg和870 kg，尿素產(chǎn)品一等品率達(dá)到100%。

尿素 二氧化碳汽提法 國(guó)產(chǎn)化

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步、單套設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度的提高以及裝置投資和生產(chǎn)成本最優(yōu)化的要求，尿素裝置不斷向單系列大型化方向發(fā)展。目前，世界上單套尿素裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能已達(dá)4 000 t/d。近年來，我國(guó)開車和在建的520 kt/a以上規(guī)模的尿素裝置已達(dá)20余套，其中800 kt/a以上的有8套，1 200 kt/a的有2套。這些大型尿素裝置采用的工藝路線以二氧化碳汽提法為主，氨汽提法有3套(設(shè)計(jì)產(chǎn)能為520 kt/a)。隨著大型尿素裝置的逐漸建成投產(chǎn)，大型尿素裝置產(chǎn)能占尿素總產(chǎn)能的比例不斷上升，500 kt/a以上尿素裝置產(chǎn)能占尿素總產(chǎn)能的60%以上。

近年來，為適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展、進(jìn)一步降低消耗及提升效益，瑞星集團(tuán)有限公司加大了新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料的應(yīng)用和淘汰落后工藝的力度，2013年建成1套大型二氧化碳汽提法尿素裝置替代傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)法尿素生產(chǎn)裝置。

1 裝置概況

1.1 工藝流程

瑞星集團(tuán)有限公司大型尿素裝置采用國(guó)內(nèi)改進(jìn)型二氧化碳汽提工藝路線，并結(jié)合近年來國(guó)內(nèi)、外先進(jìn)技術(shù)在尿素裝置中的應(yīng)用成果，在確保國(guó)內(nèi)設(shè)備、電器、儀表制造技術(shù)最先進(jìn)的基礎(chǔ)上，力求達(dá)到裝置的能耗最低、投資最省。改進(jìn)型二氧化碳汽提尿素裝置工藝流程如圖1所示。

1.2 主機(jī)設(shè)備

1.2.1 二氧化碳?jí)嚎s機(jī)

離心式壓縮機(jī)理論輸氣量為45 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，轉(zhuǎn)速8 600～13 846 r/min，采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。

圖1 改進(jìn)型二氧化碳汽提法尿素裝置工藝流程

汽輪機(jī)、壓縮機(jī)低壓缸、增速機(jī)和壓縮機(jī)高壓缸采用公用底座，壓縮機(jī)高壓缸和低壓缸形式為垂直剖分6級(jí)離心壓縮。

1.2.2 氨泵和甲銨泵

氨泵和甲銨泵全部選用中速多級(jí)離心式，為首次應(yīng)用于國(guó)內(nèi)大型化二氧化碳汽提法尿素裝置的國(guó)產(chǎn)化設(shè)備。氨泵1開1備，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)并通過增速齒輪箱提速；軸承采用稀油強(qiáng)制潤(rùn)滑，配套專用的潤(rùn)滑油站。甲銨泵1開1備，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為臥式雙殼體、首級(jí)單吸、內(nèi)芯節(jié)段式的高壓多級(jí)離心泵，葉輪采用背靠背對(duì)稱布置結(jié)構(gòu)，采用集裝式機(jī)械密封，配置沖洗水和冷卻水；設(shè)計(jì)流量為68 m3/h，揚(yáng)程1 178 m，轉(zhuǎn)速2 980 r/min，額定功率630 kW。

1.3 高壓圈設(shè)備

高壓圈設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 高壓圈設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

設(shè)備名稱設(shè)備參數(shù)尿素合成塔Φ3200mm×42000mm,V=300m3二氧化碳汽提塔Φ2700mm×13016mm高壓洗滌器上部球型筒體Φ2835/Φ1050mm高壓甲銨冷凝器Φ2500mm×17361mm,立式

設(shè)備位差布置情況：二氧化碳汽提法尿素裝置框架高度為76.0 m，高壓洗滌器上封頭位于70.0 m平面處，尿素合成塔上封頭位于62.0 m平面處，高壓甲銨冷凝器上封頭位于38.0 m平面處，二氧化碳汽提塔上封頭位于13.5 m平面處。

1.4 水解系統(tǒng)

尿素水解采用中壓深度水解技術(shù)，水解塔操作壓力2.00 MPa,解吸塔操作壓力0.28 MPa。水解系統(tǒng)采用2.50 MPa蒸汽直接加熱，解吸采用高壓甲銨冷凝器副產(chǎn)的0.35 MPa蒸汽直接加熱，水解、解吸后的廢液中含氨和尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)計(jì)值均為≤5×10-6，設(shè)計(jì)水解量為100 m3/h。水解塔采用立式結(jié)構(gòu)，水解液與蒸汽在塔內(nèi)逆流接觸，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易的特點(diǎn)。解吸塔內(nèi)裝填無壁流規(guī)整填料，水解塔塔盤采用槽式無限點(diǎn)液體分布器。水解系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

2 存在的問題及改造措施

瑞星集團(tuán)有限公司大型尿素裝置于2013年8月建成，9月1日進(jìn)行水聯(lián)動(dòng)試車，9月25日試車成功，9月29日進(jìn)行化工投料。開車后，經(jīng)過1周生產(chǎn)調(diào)試，對(duì)部分運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備存在的設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行調(diào)整并對(duì)系統(tǒng)物料進(jìn)行合理配置，10月4日起系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)

圖2 水解系統(tǒng)工藝流程

要求，各項(xiàng)消耗達(dá)到先進(jìn)水平。

2.1 氨泵、甲銨泵存在的問題及改進(jìn)措施

2.1.1 增設(shè)氨泵密封水站

氨泵未設(shè)置密封水站，利用來自發(fā)電系統(tǒng)的鍋爐給水經(jīng)冷卻后對(duì)密封進(jìn)行冷卻。運(yùn)行一段時(shí)間后，由于密封水壓力不穩(wěn)定，密封水壓力低于泵內(nèi)壓力，進(jìn)而造成密封處泄漏。為此，增設(shè)密封水站，密封水泵1開1備，實(shí)行閉路循環(huán)。密封水站投運(yùn)后，確保了密封效果，氨泵運(yùn)行較穩(wěn)定。

2.1.2 提高甲銨泵揚(yáng)程

開車初期甲銨泵運(yùn)行不穩(wěn)定，甲銨液不能穩(wěn)定進(jìn)入高壓圈，造成高壓系統(tǒng)壓力波動(dòng)。其原因是國(guó)外同類型甲銨泵設(shè)有前置泵，最后確定重新設(shè)計(jì)葉輪，改造為A字輪，揚(yáng)程達(dá)到使用要求。

2.1.3 改造氨泵和甲銨泵出口管路

通過運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，由于設(shè)計(jì)中氨泵和甲銨泵出口未設(shè)置單臺(tái)泵的流量調(diào)節(jié)裝置和止逆閥，導(dǎo)致倒泵和日常操作困難。為此，增設(shè)了單臺(tái)泵的流量調(diào)節(jié)裝置和出口止逆閥，穩(wěn)定了操作。

2.2 蒸發(fā)系統(tǒng)增設(shè)最終冷凝器

蒸發(fā)系統(tǒng)全部采用蒸汽噴射器抽真空，二段設(shè)有升壓器，噴射器動(dòng)力蒸汽全部采用尿素系統(tǒng)自產(chǎn)的低壓蒸汽。一段蒸發(fā)表面冷凝器的氣體由一段噴射器抽入放空總管，造成放空總管蒸汽量較大。在開車初期，由于低壓系統(tǒng)放空量大、常壓吸收塔內(nèi)部壓力高，造成二段蒸發(fā)中間冷凝器未冷凝的氣體經(jīng)由噴射器抽入常壓吸收塔的阻力較大，導(dǎo)致二段真空度低，尿素產(chǎn)品水分含量高。后新增1臺(tái)最終冷凝器，將一段蒸發(fā)表面冷凝器抽出的氣體和中間冷凝器抽出的氣體混合后送入最終冷凝器，冷凝后再送入放空總管。改造后，尿素產(chǎn)品質(zhì)量好轉(zhuǎn)，系統(tǒng)放空量降低。

2.3 高壓噴射器存在的問題及調(diào)整措施

開車初期，當(dāng)高壓噴射器氨噴入口流量低于45 t/h時(shí)，氨噴出口溫度下降且壓力上升，高壓洗滌器出現(xiàn)帶液現(xiàn)象，此時(shí)即使將高壓噴射器的噴針全部關(guān)閉，高壓噴射器前后壓差達(dá)到2.5 MPa以上也不能解決問題。后經(jīng)加量生產(chǎn)，當(dāng)氨流量達(dá)到50 t/h以上生產(chǎn)才穩(wěn)定，其主要原因是高壓噴射器抽吸能力差、彈性小，擬更換噴針。

2.4 尿素合成塔氣相安全閥不正常起跳

尿素合成塔氣相管道上并排安裝了3只氣相安全閥(DN 100 mm，起跳壓力為15.3 MPa)。開車期間，多次出現(xiàn)未達(dá)到起跳壓力安全閥即起跳的現(xiàn)象，且起跳后安全閥不能復(fù)位，必須關(guān)閉根部閥門才能復(fù)位。為此，更換安全閥供應(yīng)商并重新設(shè)計(jì)，安裝后運(yùn)行正常。

3 結(jié)語

(1)大型國(guó)產(chǎn)化尿素裝置采用改進(jìn)型二氧化碳汽提工藝路線，技術(shù)可靠，生產(chǎn)操作穩(wěn)定，各項(xiàng)能耗達(dá)到先進(jìn)水平(噸尿素氨耗和蒸汽消耗分別為569 kg和870 kg)，產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，尿素產(chǎn)品一等品率達(dá)到100%。

(2)裝置開車以來，高壓設(shè)備工藝運(yùn)行正常，各項(xiàng)指標(biāo)完全受控。運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備因大型化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，尤其在氨泵和甲銨泵大型化設(shè)計(jì)上，國(guó)內(nèi)技術(shù)應(yīng)用時(shí)間短，應(yīng)該吸收國(guó)外設(shè)計(jì)長(zhǎng)處、消除缺陷、提高性能，以確保裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)大型尿素裝置全部國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)可節(jié)省軟件費(fèi)50%以上、硬件費(fèi)20%；國(guó)產(chǎn)設(shè)備制造周期短，從開始設(shè)計(jì)到建成投產(chǎn)只需12個(gè)月，可大大縮短建設(shè)周期。

Sum- Up of Operation of Large Scale Domestic Carbon Dioxide Stripping Process Urea Plant

ZHANG Chengsheng, ZANG Chuanguo, HE Shuwen

(Ruixing Group Co., Ltd. Shandong Dongping 271509)

The system configuration and process features of large scale domestic carbon dioxide stripping process urea plant are introduced, and problems in design and countermeasures taken after restart up are summed-up. Actual operation situation shows that the operation of the large scale domestic carbon dioxide stripping process urea plant is stable, all indices reach the design requirements, ammonia consumption and steam consumption per ton of urea are 569 kg and 870 kg, respectively, first- rate urea product reaches 100%.

urea carbon dioxide stripping process localization

TQ441.41

B

1006- 7779(2016)06- 0039- 03

2014- 06- 05)

本文作者的聯(lián)系方式：heshuw@tom.com。