氨汽提工藝蒸發(fā)系統(tǒng)真空度差的原因分析及對(duì)策

徐衛(wèi)忠

（四川大學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610015）

1 蒸發(fā)系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介

重慶建峰化工股份有限公司一化廠氨汽提尿素裝置蒸發(fā)系統(tǒng)工藝流程為：離開低壓分解系統(tǒng)的尿液進(jìn)入真空預(yù)濃縮器的頂部分離器（V04），在此進(jìn)行閃蒸后進(jìn)入真空預(yù)濃縮器（E13），以中壓分解氣為熱源在壓力0.034 MPa（A）下將尿液由70%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）濃縮到82%；離開真空預(yù)濃縮器底部受槽（V24）的尿液經(jīng)尿液泵（P06）送到一段蒸發(fā)加熱器（E14），其殼側(cè)用低壓蒸汽加熱，管側(cè)出液溫度控制在128～130℃、壓力控制在0.034 MPa（A）；出一段蒸發(fā)加熱器（E14）的尿液進(jìn)入一段真空分離器（V07）進(jìn)行氣液分離，分離后出口濃度約95%～96%的尿液在重力和壓差作用下自流進(jìn)入二段蒸發(fā)加熱器（E15），其殼側(cè)用低壓蒸汽加熱，管側(cè)出液溫度控制在136～140℃、壓力控制在約0.003 MPa（A）；出二段蒸發(fā)加熱器（E15）的混合物進(jìn)入二段真空分離器（V08）進(jìn)行氣液分離，最終尿液被濃縮至99.75%，其底部受槽（V27）的尿液經(jīng)熔融泵（P08）送往造粒塔上部噴頭進(jìn)行噴灑造粒，得到成品尿素顆粒。

2 蒸發(fā)系統(tǒng)存在的問題

設(shè)計(jì)蒸發(fā)系統(tǒng)一段真空度（PC9502）為30～35 kPa（A）、二段真空度（PC9509）為 3.0～3.5 kPa（A）。據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們探索出按季節(jié)不同實(shí)際適宜的壓力為一段40～55 kPa（A）、二段4.0～6.5 kPa（A），這樣既可保證尿素產(chǎn)品質(zhì)量合格，又可保持產(chǎn)品內(nèi)有一定的含水量（水分指標(biāo)＜0.4%），且產(chǎn)品粉塵含量（粉塵含量指標(biāo)＜1.3%）也較低。但近年來，隨著尿素裝置負(fù)荷的逐年提升、與三胺裝置的聯(lián)運(yùn)以及尿素裝置運(yùn)行年限的增加，蒸發(fā)系統(tǒng)一、二段真空度的控制越來越困難，影響尿素產(chǎn)品的水分、粉塵含量，夏季尤為明顯。而蒸發(fā)系統(tǒng)真空度不達(dá)標(biāo)不僅對(duì)尿素產(chǎn)品質(zhì)量影響巨大，而且還制約著尿素裝置與三胺裝置的高負(fù)荷聯(lián)運(yùn)。2016年蒸發(fā)系統(tǒng)真空度及產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計(jì)見表1。

由表1可以看出：1、2、10、11月份，由于氣溫低、空氣干燥，蒸發(fā)系統(tǒng)工藝參數(shù)操作彈性較大，蒸發(fā)系統(tǒng)真空度的控制基本滿足生產(chǎn)要求，各工藝參數(shù)均在指標(biāo)范圍之內(nèi)，尿素產(chǎn)品中粉塵含量、水分總體控制較好；而在6、7、8、9月份，天氣潮濕悶熱，蒸發(fā)系統(tǒng)參數(shù)控制雖較其他月份嚴(yán)格，但尿素產(chǎn)品粉塵含量、水分控制困難，超標(biāo)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。為控制蒸發(fā)系統(tǒng)一、二段真空度，增加蒸汽噴射器的能力，低壓蒸汽壓力（PC9909）不得不控制得遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值（340～370 kPa），全年平均值達(dá)到435 kPa，從而增加了整個(gè)裝置低壓蒸汽的熱損失。

3 可能原因分析與排查

（1）蒸發(fā)系統(tǒng)來料濃度不足。查看運(yùn)行參數(shù)可知，前端分解系統(tǒng)溫度正常，蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)尿液濃度基本達(dá)到69.22%的設(shè)計(jì)值；2016年尿素裝置年平均運(yùn)行負(fù)荷約109%，蒸發(fā)系統(tǒng)負(fù)荷約107%，在設(shè)備承受范圍之內(nèi)，故排除蒸發(fā)系統(tǒng)來料濃度不足這一原因。

（2）系統(tǒng)存在泄漏及外加水。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)泄漏及外加沖洗水的情況，故排除系統(tǒng)泄漏及外加水這一原因。

（3）蒸發(fā)系統(tǒng)冷卻器冷凝效果差。2016年尿素裝置停氣（原料天然氣）消缺，對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)一、二段各級(jí)表冷器（E151～E157）循環(huán)水側(cè)進(jìn)行徹底清洗及氣密試驗(yàn)（試驗(yàn)合格），開車后對(duì)換熱器進(jìn)行測(cè)試（見表2），但蒸發(fā)系統(tǒng)一、二段真空度差的問題無明顯改善，故排除蒸發(fā)系統(tǒng)冷卻器冷凝效果差這一原因。

表1 2016年蒸發(fā)系統(tǒng)真空度及產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

表2 尿素裝置消缺前后蒸發(fā)系統(tǒng)各級(jí)表冷器冷卻水溫度對(duì)比

（4）噴射器（EJ151／154）能力不足。對(duì)低壓蒸汽壓力與蒸發(fā)系統(tǒng)真空度的變化趨勢(shì)進(jìn)行比對(duì)（見表3），可以看出，低壓蒸汽壓力上升噴射器能力變化不大。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)聽到二段升壓噴射器后有明顯的間斷抽吸聲，用聽棒確認(rèn)各小噴射器喉部蒸汽節(jié)流聲亦有間斷性的變化。由此判斷，噴射器存在一定的問題，這應(yīng)該是蒸發(fā)系統(tǒng)一、二段真空度控制困難的主要原因。

表3 低壓蒸汽壓力與蒸發(fā)系統(tǒng)真空度變化趨勢(shì)的比對(duì)

（5）惡劣氣候的影響。分析發(fā)現(xiàn)，尿素產(chǎn)品水分、粉塵含量超標(biāo)大多發(fā)生在濕熱或變化劇烈的氣候條件下。我廠地處西南山區(qū)，夏季潮濕、悶熱，涼水塔降溫效果差，水冷器循環(huán)水進(jìn)水溫度上升明顯，每年的1—11月循環(huán)水進(jìn)水溫度（平均值）分別為 24.42℃、23.85℃、23.79℃、25.23℃、27.14℃、29.40℃、30.52℃、30.94℃、30.12℃、28.85℃、26.29℃，導(dǎo)致各表冷器冷卻效果變差，進(jìn)而使蒸發(fā)系統(tǒng)真空度控制困難。因此，惡劣氣候也是造成蒸發(fā)系統(tǒng)真空度較難控制的重要原因之一。

4 處理措施

4.1 噴射器能力不足問題的處理

對(duì)于噴射器能力不足的問題，利用2017年化肥裝置年初消缺的機(jī)會(huì)對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)所有蒸汽噴射器進(jìn)行全面、徹底檢查，發(fā)現(xiàn)的問題如下：①噴射器（EJ151／154）吸入室有銹渣積存，但未完全堵塞流道；②噴射器（EJ155）蒸汽噴嘴和噴射器吸入、混合、擴(kuò)散流道完全被縮二脲堵死，EJ155吸入口側(cè)可見二段真空第二級(jí)表冷器（E155）內(nèi)也有較多縮二脲積存；③各噴射器蒸汽噴嘴完好無磨損，各處流道有輕微結(jié)垢；④升壓噴射器（EJ153）吸入室有少量縮二脲積存，喉部沖洗水流道暢通，沖洗效果良好，而且蒸汽噴嘴固定正常，無歪斜，固定螺栓、螺母點(diǎn)焊處無開裂現(xiàn)象，表明EJ153自身狀況正常；⑤二段真空第一級(jí)表冷器（E154）殼側(cè)無大量縮二脲積存，防沖擋板固定拉筋斷裂3根，擋板輕微變形，擋板邊緣處表面一層換熱列管有凹陷現(xiàn)象。

針對(duì)檢查出的問題，我們?cè)谀甓却笮拗袑?duì)噴射器進(jìn)行了如下處理：①清理所有小噴射器蒸汽噴嘴和噴射器本體內(nèi)積存的銹渣、縮二脲，用脫鹽水徹底沖洗干凈并確認(rèn)各小噴射器吸入、排出管道暢通無堵（E155由于有防氣液夾帶隔板，設(shè)備內(nèi)縮二脲無法完全清除，考慮到該冷凝器未全部堵死，生產(chǎn)中積存的縮二脲可以逐漸被帶入TK02，因而未作進(jìn)一步處理），更換所有密封墊片；② 更換兩端破真空切斷閥（PV9502、PV9509），選用314L不銹鋼材質(zhì)；③ 對(duì)二段真空第一級(jí)表冷器（E154）內(nèi)防沖擋板拉筋的所有焊點(diǎn)進(jìn)行檢查、補(bǔ)焊，恢復(fù)拉筋能力；④ 對(duì)凹陷列管進(jìn)行檢查，由于凹陷不嚴(yán)重，并確認(rèn)管材厚度承壓能力足夠，故未對(duì)其作處理。

4.2 惡劣氣候影響蒸發(fā)系統(tǒng)真空度問題的處理

對(duì)于惡劣氣候影響蒸發(fā)系統(tǒng)真空度的問題，經(jīng)研究決定通過專項(xiàng)改造提高噴射器動(dòng)力蒸汽壓力予以解決，并在2017年度大修時(shí)完成改造。

改造方案：將蒸發(fā)系統(tǒng)噴射器的動(dòng)力蒸汽由過去單一使用低壓蒸汽改為低壓蒸汽和增壓蒸汽共用，即在蒸發(fā)系統(tǒng)真空度容易控制的季節(jié)采用低壓蒸汽，在蒸發(fā)系統(tǒng)真空度控制較困難的季節(jié)采用增壓蒸汽或者增壓蒸汽與低壓蒸汽混用，以加大噴射器的抽吸能力，有效控制蒸發(fā)系統(tǒng)的真空度。蒸發(fā)系統(tǒng)增壓蒸汽加入位置見圖1。

圖1 蒸發(fā)系統(tǒng)增壓蒸汽加入位置示意

5 處理效果

（1）大修處理噴射器的問題后，重啟運(yùn)行至今狀況良好，各噴射器抽吸聲平穩(wěn)，PC9502均值由51.2 kPa（A）降至44.8 kPa（A），PC9509均值由5.08 kPa（A）降至4.82 kPa（A）。

（2）蒸發(fā)系統(tǒng)投用增壓蒸汽后，有效克服了高溫天氣對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)生產(chǎn)的制約，即夏季通過一段增壓蒸汽的適當(dāng)投用，一、二段真空度和尿素產(chǎn)品水分、粉塵含量均得到有效控制，產(chǎn)品質(zhì)量明顯改觀。處理前（2016年）和處理后（2017年）高溫季節(jié)（7—9月）蒸發(fā)系統(tǒng)真空度及尿素產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)（均值）的對(duì)比見表4。

表4 處理前（2016年）和處理后（2017年）高溫季節(jié)蒸發(fā)系統(tǒng)真空度及尿素產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)（均值）的對(duì)比

6 結(jié)束語

針對(duì)重慶建峰化工股份有限公司一化廠氨汽提尿素裝置蒸發(fā)系統(tǒng)真空度差（真空度控制困難）的問題，我們結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際認(rèn)真分析原因，采取積極、有效的措施加以處理，并進(jìn)行提高噴射器動(dòng)力蒸汽壓力的改造后，增強(qiáng)了蒸發(fā)系統(tǒng)的操作彈性，使蒸發(fā)系統(tǒng)一、二段真空度和尿素產(chǎn)品水分、粉塵含量均得到有效控制。下一步，我們將在蒸發(fā)系統(tǒng)節(jié)能降耗方面繼續(xù)開展工作，以進(jìn)一步確保尿素裝置的穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，為企業(yè)創(chuàng)造更好的效益。