影響氨汽提尿素裝置夏季安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素及整改措施

張玉軒，漢秀英，殷國(guó)良，楊海峰

(錦西天然氣化工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島　125001)

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影響氨汽提尿素裝置夏季安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素及整改措施

張玉軒，漢秀英，殷國(guó)良，楊海峰

(錦西天然氣化工有限責(zé)任公司，遼寧 葫蘆島125001)

摘要：分析了影響氨汽提尿素生產(chǎn)裝置夏季安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素，采取了相關(guān)的技改措施和操作措施，技改結(jié)果表明：負(fù)荷一直保持在95%左右，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)超過300d，各項(xiàng)工藝指標(biāo)正常，無安全生產(chǎn)事故，產(chǎn)品質(zhì)量合格率100%，解決了夏季制約裝置長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行的問題。

關(guān)鍵詞：尿素裝置；夏季；安全穩(wěn)定運(yùn)行；影響因素；措施

錦西天然氣化工有限責(zé)任公司尿素裝置采用意大利Snamprogetti氨汽提工藝，于1993年8月建成投產(chǎn)，年產(chǎn)尿素52萬t。尿素裝置在夏季由于受諸多因素的影響，一定程度上制約了裝置的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。通過多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)存在的問題，采取了一系列措施，解決了影響裝置夏季安全、穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸。

1影響因素分析

1.1氣溫

由于夏季氣溫升高對(duì)循環(huán)水溫度影響較大，7～9月水溫都在30 ℃以上，最高達(dá)34 ℃，尿素裝置的一些重要水冷器換熱能力降低，成為影響尿素裝置夏季安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一。

1.2空氣濕度

受夏季空氣濕度增大及蒸發(fā)真空影響，尿素產(chǎn)品質(zhì)量控制難度加大，工藝指標(biāo)處在正常與非正常之間，蒸發(fā)造粒系統(tǒng)經(jīng)常被迫循環(huán)，嚴(yán)重影響裝置的正常運(yùn)行。循環(huán)尿液的二次加入消耗了部分蒸汽，各項(xiàng)消耗指標(biāo)上升。

1.3雷雨天氣

夏季雷雨天氣的增多也加大了中、低壓尾氣放空的危險(xiǎn)。2006年尿素裝置放空煙囪300D01共著火4次，2007年4月中壓惰氣洗滌塔300T03發(fā)生內(nèi)爆一次，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)件損壞，裝置停車。同年4月30日，尾氣放空煙囪300D01再次著火，火焰倒回管線，及時(shí)采取了措施才避免了惡性事故的發(fā)生。

2采取措施

2.1技改措施

2.1.1增加低壓冷凝器300E08A

(1)改造原因。低壓冷凝器300E08是尿素裝置低壓系統(tǒng)的一臺(tái)換熱器，300E08工藝側(cè)出口設(shè)計(jì)溫度為44 ℃，但國(guó)內(nèi)各氨汽提尿素裝置實(shí)際控制均在33～35 ℃之間，否則冷凝不完全，氨耗增加，尤其在夏季，由于循環(huán)水上水可以達(dá)到31～35 ℃,造成300E08出液溫度達(dá)到37～40 ℃,低壓放空閥PV09403全開，氨耗上升，低壓系統(tǒng)壓力高，致使蒸發(fā)系統(tǒng)壓力上升，從而影響尿素產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量及夏季裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)改造措施。通過增加1臺(tái)冷凝器300E08A，與原低壓冷凝器300E08串聯(lián)，增大換熱面積，使氣氨充分冷凝，減小放空量，降低壓力。并使用比循環(huán)水溫度低的原水，一般在18～25 ℃之間，大大提高了冷凝效果。新增300E08A后的流程見圖1，虛線為新增管線。

圖1　新增300E08A后的流程示意

2.1.2甲銨分離器氣相管線改造

(1)改造原因。甲銨分離器300V01氣相經(jīng)過PV9207減壓后，溫度下降至100 ℃左右，氣相在上升過程中不能起到汽提作用，反而要消耗蒸汽將其溫度提高到140 ℃，造成蒸汽消耗的部分增加。另一方面，低溫氣相在300V22/E02對(duì)分解物料造成冷卻作用，使得中壓分解溫度提不起來，導(dǎo)致低壓分解負(fù)荷增大，使得低壓放空損失增加、蒸發(fā)系統(tǒng)控制困難，影響尿素裝置夏季的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)改造措施。2012年大修將甲銨分解器出氣管線進(jìn)行技改，氣相管線改造示意見圖2，虛線部分為技改部分。高壓系統(tǒng)來的氣體大部分不進(jìn)入中壓分解器而直接到回收系統(tǒng)，節(jié)省了蒸汽，提高了中壓分解溫度，減輕了低壓及蒸發(fā)系統(tǒng)的負(fù)荷，降低氨耗，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖2　V01氣相管線改造示意

2.1.3低壓惰性氣洗滌塔300T04改造

(1)改造原因。300T04是浮閥吸收塔，容積小，含有NH3的惰性氣體經(jīng)吸收后溫度較高，在300T04中無法冷凝回收。將300T04改造成一臺(tái)帶有冷卻功能的吸收器后對(duì)氣氨進(jìn)行回收，將會(huì)降低氨耗。

(2)改造措施。在不改變洗滌塔整體結(jié)構(gòu)的前提下，植入內(nèi)置式冷卻器，冷卻介質(zhì)為300T04洗滌水。采用冷卻換熱，目的是移走氣氨溶于水的溶解熱，使溶解吸收不斷進(jìn)行，將低壓放空氣相中的氨盡可能洗滌回收，達(dá)到降低氨耗的目的。300T04改造示意見圖3，虛線部分為技改部分。

圖3　低壓惰氣洗滌塔300T04改造示意

2.1.4增加脫氫裝置并使用富氧

(1)改造原因。多年以來，氨汽提尿素生產(chǎn)工藝中壓放空混合氣體(氨、氫、氧、氮)時(shí)常處在爆炸范圍之內(nèi)。尿素裝置曾發(fā)生過中壓惰氣洗滌塔內(nèi)燃爆炸，致使塔盤損壞的事故；幾次出現(xiàn)放空煙筒著火，危及裝置安全生產(chǎn)；嚴(yán)重影響了裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而且中壓放空氣體中氨(體積分?jǐn)?shù))高達(dá)10%～20%,不僅氨耗上升，而且對(duì)環(huán)境也造成了污染。

(2)改造措施。在CO2壓縮機(jī)四段出口和合成塔之間增加脫氫裝置，并且鈍化氣體使用一定量的富氧(70%濃度的氧氣)，大大減小了中壓放空氣中可燃?xì)怏w濃度進(jìn)入爆炸極限的概率，既降低了中壓放空氣爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，又減少了放空氣中的氨量，降低了氨耗。

2.2操作措施

針對(duì)尿素裝置的上述改造措施，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，總結(jié)了如何保證裝置夏季安全、穩(wěn)定運(yùn)行及確保尿素產(chǎn)品質(zhì)量的操作措施。

(1)系統(tǒng)負(fù)荷控制在CO2氣量28 000 Nm3/h以內(nèi)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，有利于轉(zhuǎn)化率的穩(wěn)定及轉(zhuǎn)化效果最佳。

(2)調(diào)整二氧化碳?jí)嚎s機(jī)300C1入口空氣與氧氣配比，脫氫后氧(體積分?jǐn)?shù))控制在0.3%，減小惰性氣體對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響。

(3)穩(wěn)定合成塔及汽提塔的操作，保證汽提塔底部溫度在207～207.5 ℃之間，提高甲銨在高壓的回收率。

(4)甲銨分離器氣相改造管線投用，保證中壓分解溫度至160.5 ℃，低壓系統(tǒng)分解溫度至139 ℃，提高中、低壓甲銨分解率。

(5)減少安全閥吹掃蒸汽，在保證水解達(dá)標(biāo)的前提下，減少蒸汽用量，減少水解器給料泵P15、高壓甲銨P02沖注水量，保證系統(tǒng)的水平衡；在維持碳銨液槽V06液位穩(wěn)定的同時(shí)，T04盤管投入使用，減少低壓系統(tǒng)放空，降低裝置氨耗。

(6)夏季液氨貯槽V05改進(jìn)冷氨，提高中壓吸收效率。

(7)調(diào)整中壓氨吸收塔E11液位及中壓氨冷器E09汽相閥開度，盡可能冷卻和吸收氣氨。

(8)定時(shí)分析中、低壓放空混合氣體組成，準(zhǔn)確計(jì)算、判定混合可燃?xì)怏wNH3和H2含量是否處在爆炸極限之外，確保裝置安全。

(9)E08A投用，出液溫度TI09408控制在30 ℃，減小低壓放空，降低低壓系統(tǒng)壓力，確保蒸發(fā)真空度。

(10)提高蒸發(fā)一、二段溫度至133 ℃、139 ℃，分離器液位LV09501控制低位。

(11)每班沖洗二段喉管，蒸發(fā)后冷卻器E157放空2次，保證二段真空在5.5 kPa(a)。

(12)每天沖洗一段喉管一次，提高預(yù)濃縮系統(tǒng)效率。控制低壓蒸汽壓力在390 kPa(g)，提高蒸發(fā)噴射器的效率。

(13)在尿液中適時(shí)加入甲醛，提高成品尿素強(qiáng)度，并根據(jù)室外濕度計(jì)顯示，及時(shí)調(diào)整造粒塔塔底風(fēng)窗開度及皮帶走廊門窗。

(14)使用夏季專用造粒噴頭。

3實(shí)施效果

(1)尿素裝置自實(shí)施多項(xiàng)技改及采取相應(yīng)操作措施后，負(fù)荷一直保持在95%左右，已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)超過300 d，各項(xiàng)工藝指標(biāo)正常，無安全生產(chǎn)事故，產(chǎn)品質(zhì)量合格率達(dá)100%。 2014年8～9月系統(tǒng)工況(均為平均值)見表1。 2014年8～9月尿素產(chǎn)品質(zhì)量(均為平均值)見表2。

表1　2014年8～9月系統(tǒng)工況(均為平均值)

表2　2014年8～9月尿素產(chǎn)品質(zhì)量(均為平均值)

(2)中、低壓放空系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)放空煙囪著火和內(nèi)燃爆炸現(xiàn)象。中壓放空尾氣每天取樣分析3次， 95%都在爆炸極限以外，2015年8月和9月記錄的部分分析數(shù)據(jù)見表3和表4。低壓放空氣體同樣每天取樣3次，幾乎不含氫，混合氣在爆炸極限外。

表3　2015年8月中壓放空尾氣取樣分析數(shù)據(jù)

表4　2015年9月中壓放空尾氣取樣分析數(shù)據(jù)

注：(NH3)是指當(dāng)分析樣中H2一定時(shí)，通過計(jì)算NH3必須小于此數(shù)值，氨氫混合氣體才能出爆炸極限。

(3)由上表可知：中壓放空中氨含量非常小。通過對(duì)氨、氫混合氣體在空氣中爆炸極限的計(jì)算可知，中壓放空氣體基本脫離了爆炸范圍，而且可燃組分濃度能控制在爆炸極限的低限以下。

4結(jié)語

綜上所述，通過采取低壓系統(tǒng)增加冷凝器300E08A、增設(shè)CO2氣體脫氫裝置、甲銨分離器氣相管線改造及采取相應(yīng)的操作措施后，影響尿素裝置夏季安全、穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸問題得到了解決，實(shí)現(xiàn)了裝置在夏季的長(zhǎng)周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

Factors Influencing Safe and Stable Operation of Ammonia Stripping Urea Process Plant in Summer and Retrofit Measures

ZHANG Yu-xuan, HAN Xiu-ying, YIN Guo-liang, YANG Hai-feng

(JinxiNaturalGasChemicalCo.,Ltd.,HuludaoLiaoning125001China)

Abstract：This paper analyses the factors influencing safe and stable operation of ammonia stripping urea process plant in summer. After technical revamping measures and operation measures are taken, the plant has remained at a load of about 95% and over 300 days continuous on-stream with normal process figures and without production accidents happened and 100% qualified product. The problem to restrict long-term and stable operation of the plant in summer has been solved.

Keywords：urea plant; summer; safe and stable operation; influencing factor; measure

收稿日期：2015-11-20

中圖分類號(hào)：TQ 441.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-8901(2016)02-0054-03

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.02.015 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.02.015

作者簡(jiǎn)介：張玉軒(1968年-)，男，遼寧葫蘆島人，1990年畢業(yè)于沈陽化工學(xué)院化學(xué)工程專業(yè)，高級(jí)工程師，錦西天然氣化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)處處長(zhǎng)，現(xiàn)主要從事化工生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)技術(shù)管理等工作。