高壓法三聚氰胺裝置的儀表選型研究

張超，李芳

（河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，河南新鄉(xiāng) 453000）

隨著化工裝置的規(guī)模越來越大，壓力等級越來越高，操作人員對反應(yīng)過程中的檢測數(shù)據(jù)精度要求也越來越高，同時(shí)也要保證裝置的安全運(yùn)行，這就對裝置中檢測儀表的準(zhǔn)確、安全、穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。三聚氰胺反應(yīng)過程中的介質(zhì)存在結(jié)晶點(diǎn)高、易沉淀固化等特點(diǎn)，且反應(yīng)的副產(chǎn)品中會(huì)有強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)的產(chǎn)生，對反應(yīng)裝置過程儀表的選型提出了很高的要求。因此，本文將闡述三聚氰胺的生產(chǎn)工藝流程，分析生產(chǎn)裝置在儀表選型中需要考慮的因素，據(jù)此提出相關(guān)選型建議。

1 三聚氰胺生產(chǎn)工藝流程

從尿素裝置送來的尿素溶液（濃度大約60%～85%）通過一二段濃縮，得到145 ℃、濃度99.8%、水含量小于0.2%的熔融尿素。99.8%的熔融尿素通過熔融尿素泵被送至反應(yīng)器。液氨給料泵加壓至8.0 MPa與加熱過的380 ℃氨混合后進(jìn)入三聚氰胺反應(yīng)器（反應(yīng)壓力為8.0 MPa、溫度380 ℃）。在反應(yīng)器內(nèi)，尿素直接轉(zhuǎn)化為三聚氰胺，反應(yīng)器反應(yīng)所需的熱量由刺刀管內(nèi)被爐子加熱后的熔鹽提供，反應(yīng)器的溫度由熔鹽溫度控制。從反應(yīng)器出來的含二氧化碳、氨、三聚氰胺和少量縮聚物的液相物料減壓至2.5 MPa進(jìn)入急冷工段，在急冷水的噴淋下快速冷卻和溶解，形成水溶液。在急冷塔內(nèi)將絕大部分的氨和二氧化碳閃蒸出來，送至尾氣冷凝工段，然后以甲銨的形式送到尿素裝置或小尿素裝置重新生成尿素。從急冷塔底部出來的160 ℃的三聚氰胺溶液被送至汽提塔，經(jīng)過減壓至0.5 MPa和中壓蒸汽的加熱，將殘余的氨和二氧化碳徹底汽提出來。從汽提塔頂部出來的氣體在氨和二氧化碳吸收塔里被工藝循環(huán)水吸收冷卻，與氨回收塔來的稀甲銨液混合然后作為急冷水通過泵再次送到急冷塔[1]。從汽提塔底部出來的158 ℃的三聚氰胺溶液經(jīng)過粗三聚氰胺溶液槽，再通過泵加壓至2.5 MPa進(jìn)入凈化工段，與來自氨槽的氨進(jìn)行混合，在溫度172 ℃和氨濃度13%的條件下，縮聚物進(jìn)一步水解為三聚氰胺，然后依次經(jīng)過炭棒過濾器、炭床反應(yīng)器、最終過濾器，脫除固體雜質(zhì)并進(jìn)行吸附脫色。來自凈化工段的物料，到結(jié)晶工段后，在0.05 MPa左右的壓力控制下、冷卻至45 ℃，形成三聚氰胺料漿，通過泵送至離心機(jī)進(jìn)行離心分離，含水約10%的物料再經(jīng)過干燥，溫度提至90～100 ℃，將水全部蒸發(fā)，最終得到合格的三聚氰胺產(chǎn)品[2]。

2 三聚氰胺裝置儀表選型

三聚氰胺裝置儀表選型主要考慮腐蝕、高溫、高壓、有毒、介質(zhì)粘度大、易結(jié)晶堵塞等特性。該裝置中腐蝕嚴(yán)重的位置主要是NH3和CO2在高溫工況下反應(yīng)所產(chǎn)生的氰酸根（CNO-）造成的腐蝕；普通不銹鋼在尿素甲銨液中由于與介質(zhì)發(fā)生了羰基化反應(yīng)，生成了金屬羰基化合物Mx(CO)y，如鎳較易形成羰基鎳。金屬自身溶解于介質(zhì)中而出現(xiàn)腐蝕的現(xiàn)象，主要發(fā)生在存儲(chǔ)尾氣和尾液的裝置中，該流程管線中的溫度計(jì)、膜盒式壓力和液位變送器以及流量計(jì)等儀表選型需要特別注意。高溫、高壓、有毒等特性主要集中在前后反應(yīng)器及其管線，低壓氨經(jīng)過氨升壓泵和氨電加熱器，將氨升壓升溫至8.0 MPa、380 ℃，進(jìn)入反應(yīng)器發(fā)生反應(yīng)，該管線的溫度儀表、流量儀表、壓力變送器和差壓變送器的選型需注意。介質(zhì)粘度大和易結(jié)晶堵塞特性主要集中在粗三聚氰胺溶液槽至三胺漿料離心烘干工序，介質(zhì)易結(jié)晶和堵塞等問題對儀表的正常運(yùn)行影響較大，極易堵塞差壓法測量液位和流量的儀表，相反對儀表的腐蝕性較小[3]。

3 儀表選型

3.1 腐蝕性嚴(yán)重

腐蝕性嚴(yán)重的工況需要選擇有針對性的特殊材質(zhì)來減緩腐蝕反應(yīng)。例如，去尾氣急冷塔的氣相流量指示調(diào)節(jié)選用的流量計(jì)孔板片的材質(zhì)為鈦材，而法蘭材質(zhì)選用尿素級不銹鋼AISI 310 MoLN。去界區(qū)尾氣膜盒式壓力變送器膜片和插入桶的材質(zhì)選用鉭材質(zhì)。插入式儀表通過選用特殊材質(zhì)來減緩對其的腐蝕，同時(shí)插入的形式也可以避免物料結(jié)晶堵塞造成的測量誤差。

3.2 高壓、高溫和有毒

高壓、高溫和有毒現(xiàn)象主要集中在經(jīng)過電加熱器的氨蒸氣上，選型時(shí)要考慮以下3個(gè)方面：（1）特別注意介質(zhì)的選用，如去后反應(yīng)器R-25102氨氣溫度計(jì)選用HC-276材質(zhì)；（2）在安裝形式上，采用焊接形式和表面捆綁式兩種形式，減少法蘭連接處泄露的可能性（如圖1）；（3）液位和壓力的測量上，在選用最優(yōu)安裝方式的同時(shí)，取消三閥組（五閥組）的排污閥，減少漏點(diǎn)。普通的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)選用一體化孔板流量計(jì)，通過減少接頭數(shù)量和導(dǎo)壓管的長度，減少泄漏點(diǎn)[4]。

圖1 溫度計(jì)的焊接形式和捆綁形式示意圖

3.3 易結(jié)晶和堵塞

針對易結(jié)晶和堵塞的情況，采用沖洗法測量設(shè)備液位和反應(yīng)過程中的壓力指示，沖洗的介質(zhì)主要是高壓氨蒸氣、高壓水蒸汽、含氨的脫鹽水，通過保證正負(fù)壓側(cè)沖洗轉(zhuǎn)子流量計(jì)的運(yùn)行，確保該工況下測量儀表的穩(wěn)定運(yùn)行。其中儀表導(dǎo)壓管的主要配置形式如圖2和圖3所示。

圖2 沖洗法壓力測量示意圖

圖3 沖洗法液位測量示意圖

4 系統(tǒng)中儀表選型的優(yōu)化策略

4.1 優(yōu)化沖洗水管線的配置

現(xiàn)場所有儀表沖洗水管線進(jìn)行集中配置，同時(shí)在沖洗水的伴熱回水上增加遠(yuǎn)傳溫度，對蒸汽伴熱回水溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在保證后期伴熱和使用效果的同時(shí)，減少巡檢人員的工作量。沖洗水中可能會(huì)存在三聚氰胺顆粒，尤其是在開車初期工況不穩(wěn)定時(shí)，還可能出現(xiàn)三聚氰胺顆粒將轉(zhuǎn)子流量計(jì)堵死的狀況。因此，應(yīng)對沖洗水管線進(jìn)行優(yōu)化，每個(gè)沖洗水主管道上增加磁過濾器，沖洗水泵的出口增加兩個(gè)300目的過濾器（一用一備），保證沖洗水的潔凈度。

4.2 更改測量儀表形式

對工況中介質(zhì)進(jìn)行識別，將其中部分沖洗法測量壓力或者液位的差壓變送器改為膜盒式單（雙）法蘭毛細(xì)管變送器，從而提高儀表測量的精度和穩(wěn)定性。

4.3 引入先進(jìn)儀表

燃燒爐在導(dǎo)熱油和熔鹽系統(tǒng)中至關(guān)重要，是反應(yīng)熱源的主要供應(yīng)源，而燃燒器作為燃燒爐產(chǎn)生的熱量手段，其運(yùn)行的精度和穩(wěn)定性尤為重要。為了提高燃燒爐控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，增加西門子的LMV51控制器，在運(yùn)行過程中只需設(shè)置目標(biāo)溫度，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)目標(biāo)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)燃燒爐的全自動(dòng)穩(wěn)定控制，提高自動(dòng)化控制水平，保證三聚氰胺裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語

對三聚氰胺裝置的儀表進(jìn)行選型優(yōu)化，不僅可以滿足工藝操作對過程測量精度的要求，還大大降低了維護(hù)和維修成本，保證了裝置中儀表的準(zhǔn)確、安全、長周期運(yùn)行。在工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)更加深入地學(xué)習(xí)工藝知識和流程，分析反應(yīng)過程中介質(zhì)的成分和化學(xué)特性，為過程檢測儀表的選型優(yōu)化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。