CO2汽提塔液體分布器堵塞的處理與預(yù)防

王付生

（安徽六國(guó)化工股份有限公司，安徽銅陵 244021）

在CO2汽提法尿素裝置中，CO2汽提塔擔(dān)負(fù)著尿素合成塔出料中80%未反應(yīng)物的分離回收任務(wù)，是CO2汽提法尿素裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，其汽提效率的高低直接關(guān)系著整個(gè)尿素裝置的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。而CO2汽提塔運(yùn)行過程中，進(jìn)液分布器堵塞是造成其汽提效率降低的原因之一，需高度重視，一旦發(fā)現(xiàn)CO2汽提塔液體分布器堵塞，應(yīng)根據(jù)問題原因及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。以下?lián)不樟鶉?guó)化工股份有限公司 （簡(jiǎn)稱安徽六國(guó)化工）的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)CO2汽提塔液體分布器小孔堵塞問題的2種不同原因提出相應(yīng)的解決辦法，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行管理方面提出一些相關(guān)建議和預(yù)防措施

1 CO2汽提塔工作原理及液體分布器堵塞現(xiàn)象

1.1 CO2汽提塔的工作原理

來自尿素合成塔的合成液，經(jīng)合成塔出液調(diào)節(jié)閥 （HV4201）控制合成塔液位 （LI4201）后進(jìn)入汽提塔的上花板，并在上花板上形成液位，然后經(jīng)液體分布器下端φ3mm的小孔進(jìn)入汽提塔的換熱列管；在換熱列管內(nèi)，合成液沿?fù)Q熱列管內(nèi)壁呈膜狀自上而下流動(dòng)，而來自CO2壓縮機(jī)的原料氣從換熱列管中間空腔自下而上流動(dòng)；由于原料CO2氣大大降低了下降液膜表面的氨分壓，促使液體中的游離態(tài)氨首先被驅(qū)離出來，其次甲銨開始分解，分解出的NH3、CO2隨同原料CO2氣一同進(jìn)入高壓甲銨冷凝器作為原料予以回收利用。氨逃逸和甲銨分解所需的熱量由汽提塔換熱列管殼側(cè)的高壓蒸汽提供。

1.2 CO2汽提塔液體分布器的工作原理

實(shí)際生產(chǎn)中，要保證汽提塔的汽提效率，首先必須保證來自尿素合成塔的合成液均勻地分配到汽提塔的每一根換熱列管。那么如何保證合成液均勻地進(jìn)入汽提塔的每根換熱列管內(nèi)呢？這需要保證以下兩個(gè)條件。

一是尿素裝置負(fù)荷不低于70%。只有當(dāng)尿素裝置的負(fù)荷不低于70%時(shí)，合成塔出液才能在汽提塔花板上形成足夠的液位，才能淹沒每一根汽提塔液體分布器下端進(jìn)液小孔，而只有合成液完全淹沒每一根進(jìn)液分布器下端分配頭，才能確保每一根液體分布器下端進(jìn)液小孔獲得相同的進(jìn)液量。

二是每一根汽提塔液體分布器下端φ3mm的進(jìn)液小孔必須保證無堵塞，即保持暢通。

1.3 CO2汽提塔液體分布器堵塞的現(xiàn)象

當(dāng)CO2汽提塔液體分布器發(fā)生堵塞時(shí)，通常系統(tǒng)表現(xiàn)出如下現(xiàn)象：①汽提塔汽提效率下降，出液中氨含量高；② 低壓系統(tǒng)負(fù)荷重，低壓系統(tǒng)超壓；③汽提塔出液溫度超標(biāo)；④高壓系統(tǒng)紊亂，稍不注意整個(gè)尿素裝置就被迫停車。

以安徽六國(guó)化工CO2汽提法尿素裝置中的CO2汽提塔為例來談?wù)勔后w分布器堵塞的現(xiàn)象。安徽六國(guó)化工尿素裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能1000t／d，汽提塔共計(jì)有1733根完全相同的液體分布器，這些分布器都安裝在汽提塔水平度很高的換熱列管上花板上，每根分布器下方都有3個(gè)完全相同的φ3mm進(jìn)液小孔以互成120°地分布在同一截面上，即整臺(tái)汽提塔有5199個(gè)進(jìn)液小孔分部在汽提塔上花板同一水平度很高的截面上。在尿素裝置負(fù)荷≥70%的條件下，來自合成塔的合成液在汽提塔上部花板形成足以淹沒進(jìn)液小孔截面的液位，然后合成液就能均勻地進(jìn)入每一個(gè)進(jìn)液小孔，從而均勻地進(jìn)入每一根換熱列管，而若任何一根液體分布器上的進(jìn)液小孔被堵塞，那么進(jìn)入這根換熱列管的合成液就會(huì)減少，合成液在換熱列管內(nèi)壁形成的液膜就會(huì)減薄，換熱列管內(nèi)空腔就會(huì)增大，進(jìn)入的CO2氣就會(huì)增多，也就會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入其他換熱列管的CO2氣量減少，繼而造成氣液比升高，汽提效率下降。

2 CO2汽提塔液體分布器堵塞的處理

CO2汽提塔液體分布器堵塞主要有2種情況：一是油污堵塞，二是機(jī)械雜質(zhì)堵塞。針對(duì)此2種堵塞問題，所采取的處理方法是不同的。

2.1 油污堵塞的處理方法

2.1.1 CO2反吹法

當(dāng)判定汽提塔工作不正常是由汽提塔液體分布器堵塞引起的時(shí)，一般首先選用CO2反吹法來清理汽提塔。在 CO2汽提法尿素裝置中，出尿素合成塔的合成液通過液位調(diào)節(jié)閥 （HV4201）進(jìn)入CO2汽提塔上部，經(jīng)由升氣管下端的液體分配頭進(jìn)入各汽提管，每個(gè)分配頭上有3個(gè)φ3 mm的進(jìn)液小孔。實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)液小孔常常會(huì)被合成液中夾帶的油污堵塞，使合成液不能均勻地進(jìn)入每根汽提管，導(dǎo)致汽提塔出液溫度升高乃至超溫、設(shè)備腐蝕加劇、汽提效率嚴(yán)重下降等現(xiàn)象出現(xiàn)，同時(shí)分解回收系統(tǒng)負(fù)荷增加乃至超壓，噸尿素消耗明顯升高。出現(xiàn)這種情況時(shí)，若采用停車打開汽提塔實(shí)施人工清理，不僅費(fèi)工耗時(shí)，而且頻繁地泄壓、升壓會(huì)加劇設(shè)備的疲勞損壞，直接影響整個(gè)高壓系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。實(shí)踐表明，堵在分配頭進(jìn)液小孔的油污一般呈膜狀，采用CO2反吹法可有效清理。

CO2反吹法的工作原理：尿素裝置停車后，將系統(tǒng)壓力降至8.0MPa，將壓力為14.0MPa的CO2快速通入CO2汽提塔，同時(shí)迅速全開HV4201，讓CO2氣體通過合成塔出料管直接進(jìn)入高壓洗滌器放空，以減小CO2氣體上升的阻力。在CO2氣體瞬間進(jìn)入汽提塔的過程中，進(jìn)液分配頭內(nèi)會(huì)短時(shí)形成一股壓力高于外部壓力的CO2氣流，將分配頭小孔上附著的油膜吹破，并隨CO2氣被吹出至合成塔液面上，從而達(dá)到清理油污堵塞的目的。

CO2反吹法的具體操作步驟：按計(jì)劃停車或系統(tǒng)停運(yùn)后，全開高壓洗滌器出氣調(diào)節(jié)閥（HV4202），將系統(tǒng)壓力 （PV4201）降至 8.0 MPa，泵房操作人員用放空切斷閥 （PV4204）將入塔前CO2氣的壓力提升至14.0MPa，然后快速打開CO2氣入汽提塔切斷閥，隨后關(guān)閉放空閥；在PV4204壓力下降后，總控操作人員迅速全開合成塔出料調(diào)節(jié)閥 （HV4201），直至PV4204降至接近于PV4201時(shí)，關(guān)閉 HV4201，通知泵房人員切斷入塔CO2氣。如此連續(xù)操作3～5次即可收到明顯的效果，而且由于整個(gè)吹除過程中CO2氣的壓力始終略高于系統(tǒng)壓力，因而不會(huì)發(fā)生合成塔 “倒液”事故。

2.1.2 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”清洗法

汽提塔液體分布器油污堵塞后，若采用CO2反吹法效果不理想時(shí)，則可采用 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”清洗法。

“蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”清洗法的工作原理：據(jù)雜質(zhì)油密度小于水和現(xiàn)有高壓系統(tǒng)停車排放流程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在尿素裝置短停期間將汽提塔列管內(nèi)加滿蒸汽冷凝液，列管殼側(cè)則用1.5～1.8MPa蒸汽加熱熱煮，之后再通入CO2氣體鼓泡清洗，以將汽提塔上部油泥狀雜質(zhì)打散，利用高壓系統(tǒng)停車排放流程，通過開合成塔出液閥及高壓系統(tǒng)排放管線將這些雜質(zhì)排出或部分排出，達(dá)到清除汽提塔上部液體分布器小孔油污堵塞物的目的。

“蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”清洗法的具體操作步驟：尿素裝置停車后，啟動(dòng)高壓沖洗水泵，從汽提塔底部CO2管線進(jìn)水，進(jìn)水時(shí)間控制為1.4h，殼側(cè)同時(shí)通入1.5～1.8MPa的蒸汽，使列管內(nèi)水達(dá)到沸騰狀態(tài)，觀察汽提塔氣相溫度 （TR4211）、尿素合成塔出液溫度（TR4209）的變化情況，當(dāng)TR4211溫度指示不再變化時(shí)，即可認(rèn)為水已至沸騰狀態(tài)，待水沸騰0.5h后，降低加熱蒸汽壓力至1.2MPa，此時(shí)聯(lián)系調(diào)度和壓縮崗位開啟1臺(tái)CO2壓縮機(jī)，緩慢提高CO2氣的壓力，CO2壓縮機(jī)出口壓力一般高于高壓系統(tǒng)0.5MPa后，將CO2氣體通入汽提塔進(jìn)行鼓泡清洗。CO2氣體在汽提塔換熱列管內(nèi)形成一定的流動(dòng)和擾動(dòng)，從而松動(dòng)、分離、清除汽提塔換熱列管內(nèi)壁和升氣管下部液體分配器上附著的油污，清除掉的油污漂浮在液面上，此時(shí)即可全開合成塔出液閥及高壓系統(tǒng)排放閥，將漂浮在液面上的油污隨蒸汽冷凝液從高壓系統(tǒng)排放管線排出，達(dá)到 “清洗”的目的。

2.1.3 清洗操作的注意事項(xiàng)

（1）汽提塔列管加水時(shí)長(zhǎng)的選擇。由于尿液和水的密度不同，因此不能用汽提塔的液位計(jì)來判斷蒸汽冷凝液是否加滿。簡(jiǎn)單估算加水時(shí)長(zhǎng)的方法如下。

汽提塔列管需加水總量等于列管內(nèi)容積與上下封頭容積之和。汽提塔共計(jì)有1733根換熱列管，每根換熱列管外徑31mm、內(nèi)徑25mm，列管長(zhǎng)度6000mm，則汽提塔列管總?cè)莘e為5.1 m3，加上上、下封頭約3m3的容積，汽提塔內(nèi)加水總量約為8.1m3。高壓沖洗水泵的輸送能力為6m3／h，即估算加水時(shí)長(zhǎng)約為1.4h。

（2）在對(duì)汽提塔加熱的過程中，應(yīng)注意控制殼側(cè)加熱蒸汽的壓力和流量，需在現(xiàn)場(chǎng)檢查汽提塔有無振動(dòng)情況，防止汽提塔內(nèi)發(fā)生液擊或振動(dòng)過大。

2.2 機(jī)械雜質(zhì)堵塞的處理方法

如果在尿素裝置高壓系統(tǒng)不排塔的情況下清理汽提塔液體分布器，效果不理想，那么就有可能是機(jī)械雜質(zhì)堵塞了液體分布器小孔。而液體分布器上的機(jī)械雜質(zhì)采用 “CO2反吹法”和 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”清洗是無效的。此種情況下一定要排空尿素合成塔，泄盡高壓系統(tǒng)的壓力并置換高壓系統(tǒng)，之后再人工拆開汽提塔進(jìn)行清理。

3 CO2汽提塔液體分布器堵塞的預(yù)防措施

3.1 減少進(jìn)入尿素裝置的油污

如果系統(tǒng)進(jìn)油過多，就會(huì)導(dǎo)致合成塔出液帶油，而液體分布器小孔的直徑只有3mm，當(dāng)油經(jīng)過小孔時(shí)很容易高溫碳化，就會(huì)堵塞CO2汽提塔液體分布器小孔。而要減少進(jìn)入尿素裝置的油污，需從以下幾個(gè)方面做起。

（1）氨庫要保持高液位。合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，油污隨同液氨進(jìn)入氨庫，液氨在氨庫內(nèi)流速減慢，由于油污密度大于液氨密度，油污會(huì)逐漸分離出來并沉淀到氨庫底部，當(dāng)氨庫液位較低時(shí)，沉淀在氨庫底部的油污就會(huì)隨液氨被氨泵一同送入高壓系統(tǒng)。

（2）嚴(yán)格控制CO2壓縮機(jī)的排油。尿素裝置CO2壓縮機(jī)根據(jù)機(jī)械需要每分鐘會(huì)分別向各氣缸和填料注入6～8滴的潤(rùn)滑油，注入的潤(rùn)滑油連同CO2氣進(jìn)入段間冷卻器，然后進(jìn)入液體分離器，最終從液體分離器底部排出，但若液體分離器內(nèi)油位較高，油就會(huì)被氣體帶入下一級(jí)壓縮，最終隨同CO2氣進(jìn)入系統(tǒng)。

3.2 控制好尿素合成塔的液位

（1）加減量時(shí)尿素合成塔液位 （LI4201）應(yīng)控制在高位。只要不是緊急大減量，合成塔出液調(diào)節(jié)閥都要有預(yù)見性地關(guān)；加量時(shí)，最好是先加氣量后再開大合成塔出液閥，其目的是保證CO2汽提塔內(nèi)的氣液比不受影響，合成塔液位（LI4201）控制在高位。尤其要指出的是，如果合成塔液位大幅波動(dòng)，極易引起CO2汽提塔出液溫度 （TR4210）上升甚至超溫。這是因?yàn)椋赫Ｉa(chǎn)過程中，由于系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，合成塔液位相對(duì)穩(wěn)定，由原料氨、原料CO2帶入到系統(tǒng)內(nèi)的油因其密度小于合成液會(huì)自然漂浮在合成液液面之上，時(shí)間長(zhǎng)了合成液液面上積聚的油污越來越多，當(dāng)合成塔液位大幅波動(dòng)時(shí)，這些油污會(huì)返混在合成液中進(jìn)入CO2汽提塔，堵塞CO2汽提塔液體分布器進(jìn)液小孔，使CO2汽提塔汽提效率下降。

（2）嚴(yán)格把控封塔停車時(shí)合成塔出料調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉時(shí)間。當(dāng)尿素裝置停車時(shí)，如果待合成塔液位 （LI4201）下降到0%時(shí)再關(guān)閉合成塔出料調(diào)節(jié)閥 （HV4201），塔內(nèi)合成液液面上的油污很容易進(jìn)入汽提塔，其原因與加減量時(shí)尿素合成塔液位 （LI4201）應(yīng)控制在高位一樣，這也是為什么有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)停車前汽提塔工作正常、開車后汽提塔工作不正常的原因之一。因此，尿素合成塔液位 （LI4201）顯示50%時(shí)就要及時(shí)關(guān)閉合成塔出料調(diào)節(jié)閥 （HV4201），防止合成塔液面上的油污經(jīng)HV4201進(jìn)入汽提塔。

3.3 減少進(jìn)入系統(tǒng)的雜質(zhì)

為避免機(jī)械雜質(zhì)堵塞汽提塔液體分布器，一般應(yīng)從以下幾個(gè)方面做好預(yù)防工作：①檢修時(shí)一定要清理干凈設(shè)備內(nèi)部雜物后方可以封住設(shè)備口；②管道使用前一定要清理干凈；③進(jìn)入系統(tǒng)的氮?dú)?、空氣、蒸汽、脫鹽水、原料CO2氣、原料液氨等一定要干凈無雜質(zhì)；④各機(jī)泵進(jìn)出口過濾器一定要保持完好并定期清洗。

4 結(jié) 語

CO2汽提塔汽提效率的高低直接關(guān)系著整個(gè)尿素裝置的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，汽提塔液體分布器堵塞只是造成汽提塔汽提效率低的原因之一，在處理汽提塔汽提效率低的問題時(shí)，一定要先確認(rèn)造成汽提效率低的原因，再對(duì)癥下藥。在確認(rèn)是汽提塔液體分布器堵塞造成汽提效率低后，一般先采用CO2反吹法清理汽提塔，或者采用 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”法進(jìn)行處理，若不能達(dá)到理想的效果，可以判定造成液體分布器堵塞的不是油污，有可能是機(jī)械雜質(zhì)，這時(shí)就需停車拆開汽提塔進(jìn)行人工清洗。