蒸發(fā)系統(tǒng)縮二脲積存原因分析及處理

王 晨

蒸發(fā)系統(tǒng)縮二脲積存原因分析及處理

王 晨

（黑龍江建龍化工有限公司，黑龍江 雙鴨山 155100 ）

縮二脲是尿素生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的副產(chǎn)物，在整個(gè)尿素生產(chǎn)過(guò)程中都伴隨縮二脲的生成，其中蒸發(fā)系統(tǒng)是縮二脲產(chǎn)生最多的系統(tǒng)。縮二脲的存在不僅會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且會(huì)附著在蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)備、管線內(nèi)壁，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量及裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文主要闡述了經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)備的整改及系統(tǒng)的優(yōu)化，最終解決了蒸發(fā)分離器內(nèi)縮二脲積存的問(wèn)題，為裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

蒸發(fā)； 縮二脲； 沖洗

縮二脲是尿素生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物，對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)不利，并且縮二脲的生成存在于整個(gè)尿素生產(chǎn)過(guò)程中，其反應(yīng)方程式如下：

2(NH)2CO=NH2CONHCONH2+NH3

該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即溫度升高會(huì)加劇縮二脲的生成；其次氨分壓低時(shí)對(duì)縮二脲生成有利；停留時(shí)間的增加也會(huì)產(chǎn)生更多的縮二脲。物料在進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)提濃的過(guò)程中，同時(shí)具備了氨分壓低、操作溫度高、停留時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)[1]，因此在尿素生產(chǎn)過(guò)程中50%~70%的縮二脲在蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生，所以蒸發(fā)系統(tǒng)各工藝參數(shù)及操作工況直接影響著產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣[2]。

1 工藝流程

蒸發(fā)系統(tǒng)是將前系統(tǒng)產(chǎn)生的濃度為73%的尿素溶液經(jīng)過(guò)加熱、分離將濃度提高到99.7%，然后通過(guò)尿素熔融泵輸送至造粒塔進(jìn)行造粒，提濃過(guò)程中分離的水、氨、二氧化碳被冷凝后進(jìn)入氨水槽回收?？紤]到投資及工藝的可行性，蒸發(fā)系統(tǒng)為兩段式蒸發(fā)，設(shè)計(jì)一、二段操作壓力分別為0.032、0.004 MPa，在蒸發(fā)一、二段間采用“U”型管連接來(lái)維持壓差。蒸發(fā)系統(tǒng)一段將尿素濃度由73%提高至97%，即有24%（約40 t）的水汽混合物被蒸發(fā)，水分蒸發(fā)過(guò)程中將攜帶尿素至氨水槽，為了防止大量尿素進(jìn)入氨水槽，在一段蒸發(fā)分離器頂部設(shè)置了百葉窗，水汽混合物經(jīng)過(guò)百葉窗溫度降低后部分尿素會(huì)冷凝析出附著在百葉窗上，未被冷凝的水汽混合物將會(huì)夾雜少量的尿素進(jìn)入氨水槽，為了保證百葉窗不被尿素晶體堵塞，設(shè)計(jì)百葉窗用稀氨水進(jìn)行沖洗。蒸發(fā)系統(tǒng)二段將尿素濃度由97%提高至99.7%，即有2.7%（約7.6 t）的水汽混合物被蒸發(fā)，該過(guò)程中產(chǎn)生的水量較少，不會(huì)有大量尿素被帶入氨水槽，所以二段分離器頂部未設(shè)置百葉窗，僅有四根利用熔融尿液沖洗分離器內(nèi)壁的管線。

2 存在問(wèn)題

尿素裝置檢修期間，打開(kāi)蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)備檢查，發(fā)現(xiàn)二段分離器及氣相管線內(nèi)部積存較多的縮二脲（如圖1），而蒸發(fā)一段分離器內(nèi)基本無(wú)縮二脲積存?？s二脲在設(shè)備內(nèi)積存較多后，將對(duì)裝置的運(yùn)行將造成很大的影響，主要會(huì)引起以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

圖1 蒸發(fā)二段分離器內(nèi)積存的縮二脲

（1）蒸發(fā)分離器內(nèi)壁積存大量的縮二脲后，若長(zhǎng)期不進(jìn)行清理，將會(huì)在縮二脲積存的位置產(chǎn)生垢而損壞設(shè)備。

（2）蒸發(fā)分離器氣相管線內(nèi)縮二脲積存較多后，將會(huì)導(dǎo)致管道的流通直徑減小，最終影響蒸發(fā)系統(tǒng)真空度。

（3）裝置停車(chē)后打開(kāi)二段分離器人孔，設(shè)備內(nèi)部縮二脲積存嚴(yán)重，每次清理縮二脲量為1 t左右，清理難度大、工作量大。

（4）裝置運(yùn)行2~3個(gè)月，因設(shè)備內(nèi)縮二脲積存較多影響蒸發(fā)真空度，必須停車(chē)進(jìn)行清理，這將影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。在清理時(shí)需要切除蒸發(fā)夾套蒸汽、分離器盤(pán)管蒸汽、各管線的伴熱蒸汽及吹掃蒸汽，并且需要加裝盲板進(jìn)行置換隔離，施工量較大，且冬季基本無(wú)法實(shí)施。

（5）分離器內(nèi)壁及氣相管線縮二脲積存較多，掉落后會(huì)堵塞尿素熔融泵吸入口，導(dǎo)致泵抽空容易損壞設(shè)備，并影響蒸發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（6）分離器內(nèi)壁縮二脲結(jié)塊掉落至設(shè)備內(nèi)，在高溫熔融尿液的浸泡下不斷溶解，最終導(dǎo)致一段時(shí)間內(nèi)尿素產(chǎn)品縮二脲含量高，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

（7）分離器頂部縮二脲結(jié)塊掉落，會(huì)損壞設(shè)備內(nèi)氣液分離擋板（如圖2），若該擋板損壞，高速流動(dòng)的尿液會(huì)經(jīng)過(guò)分離器氣相管線直接進(jìn)入稀氨水槽，裝置必須停車(chē)才能進(jìn)行處理。

圖2 蒸發(fā)分離器內(nèi)氣液分離擋板

3 原因分析

3.1 蒸發(fā)分離器

由于一段蒸發(fā)分離器內(nèi)部有百葉窗，并且百葉窗有稀氨水作為沖洗水，開(kāi)車(chē)期間對(duì)百葉窗進(jìn)行沖洗，一段分離器開(kāi)人孔檢查未發(fā)現(xiàn)縮二脲積存。二段蒸發(fā)分離器內(nèi)部無(wú)百葉窗，原設(shè)計(jì)尿素熔融泵出口設(shè)置回流管線對(duì)二段分離器內(nèi)壁進(jìn)行沖洗，但由于該管線規(guī)格小距離長(zhǎng)，極易結(jié)晶堵塞，并且若利用高濃度尿液進(jìn)行沖洗，尿液經(jīng)過(guò)噴嘴后霧化，將會(huì)有大量的尿素隨氣相進(jìn)入稀氨水中，解吸水解系統(tǒng)無(wú)法處理高濃度的尿素，所以蒸發(fā)二段分離器無(wú)法進(jìn)行沖洗。

3.2 蒸發(fā)系統(tǒng)沖洗頻率

蒸發(fā)系統(tǒng)沖洗頻率為每天一次，沖洗頻率較低時(shí)，每次積存在設(shè)備、管道的縮二脲量較大，需要將一、二段溫度提高并進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間沖洗才能達(dá)到預(yù)期的效果，提高溫度沖洗的同時(shí)縮二脲的生成也會(huì)增多，所以蒸發(fā)系統(tǒng)沖洗頻率及溫度的控制對(duì)縮二脲的生成有很大的影響。

3.3 設(shè)備內(nèi)氣液分離擋板

蒸發(fā)一、二段分離器內(nèi)換熱器上方均設(shè)有氣液分離擋板，作用是換熱后高速流動(dòng)的尿素溶液經(jīng)過(guò)擋板后，液相從分離器底部離開(kāi)、氣相從分離器頂部進(jìn)入氣相管線，該擋板為凹槽型，底部有排放管線。裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行后，設(shè)備內(nèi)掉落的縮二脲會(huì)在凹槽型擋板上累積。

4 整改措施

4.1 二段分離器氣相管線增加沖洗水

二段分離器容易積存縮二脲的氣相管線處增加兩個(gè)沖洗水點(diǎn)（如圖3），該沖洗水為環(huán)形，在環(huán)形管線外壁開(kāi)?2的小孔共48個(gè)，以保證沖洗氣相管線時(shí)沖洗水可以直接對(duì)管線內(nèi)壁進(jìn)行徹底沖洗；并根據(jù)設(shè)備內(nèi)縮二脲的積存位置，在每一個(gè)環(huán)形沖洗水管線上增加一個(gè)噴嘴，可以對(duì)氣相管線低點(diǎn)積存的縮二脲進(jìn)行沖洗。

圖3 二段分離器氣相管線增加的環(huán)形沖洗水

4.2 二段分離器內(nèi)壁增加吹掃蒸汽及沖洗水

由于尿素熔融泵出口至設(shè)備內(nèi)壁的沖洗點(diǎn)噴嘴不能投用，造成二段分離器設(shè)備內(nèi)壁附著較多的縮二脲。檢修期間對(duì)噴嘴清理并加固后復(fù)位，在沖洗點(diǎn)處增加0.9 MPa吹掃蒸汽及冷凝液，蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)打開(kāi)吹掃蒸汽，一方面蒸汽吹掃過(guò)程中可以清除設(shè)備內(nèi)壁積存的縮二脲，另一方面保證噴嘴不被高濃度尿液堵塞。由于該沖洗水沖洗時(shí)冷凝液會(huì)直接進(jìn)入熔融泵入口而導(dǎo)致二段溫度下降，所以只有當(dāng)二段真空異常波動(dòng)或蒸發(fā)打循環(huán)時(shí)才進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的沖洗，平時(shí)只投用吹掃蒸汽

4.3 沖洗頻率調(diào)整

為了及時(shí)沖洗分離器內(nèi)積存的縮二脲，首先對(duì)分離器及氣相管線的沖洗頻率進(jìn)行調(diào)整，由最初的每24 h一次，調(diào)整為每4 h一次。目前裝置運(yùn)行過(guò)程中一、二段蒸發(fā)溫度控制為124、135 ℃，由于蒸發(fā)系統(tǒng)沖洗過(guò)程中，部分冷凝液會(huì)進(jìn)入尿液中導(dǎo)致溫度下降，所以在沖洗前先需要將一、二段溫度提至126、138 ℃左右，控制每次整個(gè)沖洗時(shí)間在20 min以?xún)?nèi)（包括提高溫度及降低溫度），通過(guò)沖洗頻率及方式的優(yōu)化，解決了蒸發(fā)分離器縮二脲積存的現(xiàn)象。

4.4 分離器內(nèi)氣液分離擋板整改

圖4 二段分離器氣相管線增加的環(huán)形沖洗水

為了防止縮二脲在分離器擋板上積存，將分離器內(nèi)氣液分離擋板的凹槽改為圖4所示的凸型擋板，并對(duì)支架進(jìn)行加固，整改后縮二脲掉落至擋板上時(shí)不會(huì)累積，也不會(huì)損壞擋板。

4.5 蒸發(fā)系統(tǒng)熱煮

蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后，設(shè)備內(nèi)一些死角積存的縮二脲僅僅通過(guò)定期沖洗不能完全清除，所以當(dāng)裝置停車(chē)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)（超過(guò)6 h），將對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)加水進(jìn)行熱煮，通過(guò)熱煮可以清除掉設(shè)備內(nèi)死角積存的縮二脲。

通過(guò)以上幾個(gè)方面的整改及優(yōu)化操作，減少了蒸發(fā)系統(tǒng)縮二脲的積存量。最初每次清理1 t左右的縮二脲，經(jīng)過(guò)各項(xiàng)整改后，現(xiàn)在設(shè)備內(nèi)部基本無(wú)縮二脲的積存。

5 結(jié)束語(yǔ)

蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)縮二脲的積存對(duì)裝置的運(yùn)行帶來(lái)較大的隱患，針對(duì)該問(wèn)題主要從分離器氣相管線增加沖洗點(diǎn)、分離器內(nèi)壁增加吹掃蒸汽及冷凝液沖洗管道，同時(shí)不斷地優(yōu)化工藝操作、控制蒸發(fā)沖洗時(shí)間等幾個(gè)方面進(jìn)行整改，最終解決了蒸發(fā)系統(tǒng)縮二脲積存的問(wèn)題。該問(wèn)題的解決，既提高了產(chǎn)品質(zhì)量，又保證了裝置的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］錢(qián)鏡清，朱俊彪，陳英明，等.尿素生產(chǎn)工藝與操作問(wèn)答[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1988.

［2］呼倫貝爾金新化工有限公司尿素車(chē)間.日產(chǎn) 2860 噸尿素裝置工藝手冊(cè)[S].2010．

Reason Analysis and Treatment of Biuret Accumulation in Evaporation System

（Heilongjiang Jianlong Chemical Co., Ltd., Heilongjiang Shuangyashan 155100, China）

Biuret is an inevitable by-product in urea production, and the formation of biuret is accompanied in the whole process of urea production, the formation of biuret is the most in the evaporation system.The existence of biuret can not only affect the quality of the product, but also adhere to the evaporation system equipment, pipeline wall, which will seriously affect safe and stable operation of the device.In this paper, the improvement of the equipment and the optimization of the system were mainly expounded to solve the problem of the accumulation of biuret in the evaporative separator, which could lay a foundation for the long-term stable operation of the device.

evaporation; biuret; washing

2020-01-14

王晨（1982-），男，碩士，黑龍江省齊齊哈爾市人，2010年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)工業(yè)催化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事化工工藝技術(shù)管理。

TQ441.41

A

1004-0935（2020）05-0514-03