大顆粒尿素生產(chǎn)裝置隱蔽故障處理及日常管理

趙濤子，葉澤斌，李羅真，胡海旋

(中海石油化學(xué)股份有限公司， 海南東方 572600)

中海石油化學(xué)股份有限公司海南富島一期尿素裝置，采用意大利斯納姆公司的氨汽提尿素生產(chǎn)工藝以及海德魯流化床大顆粒尿素生產(chǎn)工藝，主要生產(chǎn)粒徑為2.00～4.75 mm的大顆粒尿素，設(shè)計產(chǎn)能為1 765 t/d。自1996年10月投產(chǎn)以來，工藝運行穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率高。隨著設(shè)備逐漸老化，隱蔽性故障對裝置影響越來越大。近幾年，造粒機(jī)噴頭連接支管焊縫出現(xiàn)砂眼、霧化空氣加熱器結(jié)垢嚴(yán)重、造粒機(jī)洗滌器除沫網(wǎng)結(jié)垢等故障頻現(xiàn)。對此，分析其產(chǎn)生的原因并提出改進(jìn)措施，以保證造粒系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行。

1 造粒工藝介紹

來自熔融尿液泵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%的尿素溶液加入脲醛(UF)溶液，經(jīng)靜態(tài)混合器混合后，由調(diào)節(jié)閥送入流化床造粒機(jī)各組尿液噴頭(壓力控制在0.11～0.15 MPa)，與霧化空氣混合后噴淋到內(nèi)部晶種上。

從造粒機(jī)出來的顆粒尿素，由抽料機(jī)抽出至安全篩，在此將粒徑大于10.00 mm顆?；蚪Y(jié)塊尿素篩出后流入流化床冷卻器進(jìn)行冷卻。從流化床冷卻器出來的尿素顆粒由斗提機(jī)提升至篩分系統(tǒng)，粒徑為2.00～4.75 mm的尿素顆粒經(jīng)最終冷卻器冷卻后,由輸送皮帶送到成品倉庫。

從造粒機(jī)排出的氣體夾帶尿素細(xì)粒(平均粒徑為3 μm)，其質(zhì)量約為裝置產(chǎn)量的4%。該氣流進(jìn)入濕式洗滌塔，用稀尿素溶液進(jìn)行有效洗滌，當(dāng)洗滌液質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到45%～50%時，送到循環(huán)尿素溶液儲槽，再用泵抽出至預(yù)熱器預(yù)熱后送蒸發(fā)系統(tǒng)回收。洗滌后幾乎不含尿素的空氣由抽風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)煙囪放空。

在洗滌器內(nèi)部設(shè)有除沫器，為了防止除沫器堵塞影響風(fēng)量，用水解解吸來的工藝?yán)淠哼B續(xù)沖洗。

2 隱蔽故障分析及處理

2.1 造粒機(jī)噴頭連接支管焊縫出現(xiàn)砂眼

造粒機(jī)自下而上分為下箱體、多孔板、噴頭、上箱體。造粒機(jī)下箱體支撐多孔板、噴頭和上箱體的質(zhì)量，下箱體分為5個室，用來分布流化空氣。造粒機(jī)上箱體分為6個室， 其中9組尿液噴頭分布在前3室，每室3組，每組23個，共有207個噴頭安裝于多孔板上方。正常生產(chǎn)中，造粒機(jī)內(nèi)部控制負(fù)壓在-588～-294 Pa之間，在流化空氣的作用下，內(nèi)部晶種始終處于懸浮狀態(tài)。尿液經(jīng)噴頭被霧化成微小霧滴均勻噴灑在內(nèi)部晶種上，尿素顆粒經(jīng)第一室至第三室不斷累積長大，再經(jīng)過后三室冷卻后進(jìn)入到產(chǎn)品流化冷卻器。

2017年2月，尿素顆粒出現(xiàn)了不同程度的黏結(jié)現(xiàn)象，且呈逐漸擴(kuò)大趨勢。同時造粒機(jī)工況惡化、運行周期明顯縮短，主要表現(xiàn)為造粒機(jī)第三室流化空氣風(fēng)量下降較快引起顆粒黏結(jié)，導(dǎo)致超大顆粒尿素增多。

2017年7月17日，尿素裝置停車，對造粒機(jī)出料顆粒黏結(jié)原因進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)第三室多孔板被凝結(jié)尿素嚴(yán)重堵塞(見圖1)。清洗造粒機(jī)后，對尿液噴頭全部做噴淋試驗，所有噴頭噴灑狀態(tài)正常。檢查造粒機(jī)下箱體時，發(fā)現(xiàn)第三室下箱體第八組噴頭檢漏孔底部有大塊尿素結(jié)晶堆積，該管線檢漏孔全部被結(jié)晶堵塞，確認(rèn)第八組噴頭存在泄漏。

圖1 多孔板嚴(yán)重結(jié)晶堆積

原因分析如下：

(1) 由于裝置運行年限長，焊縫被尿液腐蝕，導(dǎo)致造粒機(jī)噴頭連接支管焊縫出現(xiàn)砂眼[1]。

(2) 該焊縫所處位置非常狹窄，此處作業(yè)會影響焊接質(zhì)量。

(3) 每組噴頭的總管都是“U”型管布置，該泄漏點支管位于“U”型管直管的末端，支管上部被固定，連接焊縫處存在溫度變化引起的應(yīng)力影響。

處理措施：

(1) 尿液管線、伴熱蒸汽管、霧化空氣管線、保溫棉均封閉在厚度為1 mm的不銹鋼保溫皮內(nèi)(見圖2)。切開保溫皮后發(fā)現(xiàn)，整條管線保溫層已完全被尿素堵滿，長期泄漏的尿液與保溫棉形成堅硬的塊狀凝結(jié)物(見圖3)。用風(fēng)鎬清理干凈該凝結(jié)物。

a.側(cè)面圖

b.俯視圖圖2 尿液管線、霧化空氣管線、伴熱蒸汽管結(jié)構(gòu)

圖3 尿液與保溫棉形成塊狀堅硬凝結(jié)物

(2) 除了第八組末端2個尿液噴頭保證蒸汽流動外，用堵頭封堵其余21個尿液噴頭。打開第八組噴頭吹掃蒸汽，發(fā)現(xiàn)尿液支管焊縫有小砂眼滲漏，又通過滲透檢測確認(rèn)具體泄漏點，對發(fā)現(xiàn)的角焊縫漏點進(jìn)行滿焊處理。再次滲透檢測和加蒸汽查漏，確認(rèn)泄漏點完全消除。

(3) 恢復(fù)保溫棉和不銹鋼保溫皮，安裝好尿液噴頭。

造粒裝置恢復(fù)運行后，出料未出現(xiàn)顆粒黏結(jié)現(xiàn)象，造粒機(jī)運行周期達(dá)到了30d以上。根據(jù)這次故障發(fā)現(xiàn)及處理經(jīng)驗，又主動排查并檢修第二組和第七組噴頭泄漏點。

2.2 霧化空氣加熱器結(jié)垢變形

霧化空氣由壓縮機(jī)提供。霧化空氣加熱器為翅片管式換熱器，材質(zhì)為碳鋼，殼側(cè)走的是空氣，管程走的是蒸汽。正常生產(chǎn)中，采用壓力為2.15 MPa的中壓飽和蒸汽對霧化空氣壓縮機(jī)提壓的空氣進(jìn)行加熱，蒸汽冷凝液則通過中壓冷凝液管線回收到蒸汽冷凝液儲槽，工藝流程示意圖見圖4。尿液經(jīng)霧化空氣加熱器加熱至129～135 ℃后，送入每一組霧化空氣噴嘴，尿液霧化形成極細(xì)霧點噴涂到晶種表面，經(jīng)過一定的造粒時間后，晶種長大到規(guī)定尺寸[2-3]。

圖4 霧化空氣加熱器工藝流程示意圖

2017年12月，工藝人員發(fā)現(xiàn)在自控狀態(tài)下霧化空氣加熱器蒸汽調(diào)節(jié)閥逐漸開大。特別是當(dāng)環(huán)境溫度低時，即使蒸汽調(diào)節(jié)閥在全開狀態(tài)下，仍然不能滿足工藝需求。為了使霧化空氣溫度達(dá)到129～135 ℃，工藝人員在蒸汽調(diào)節(jié)閥全開的情況下，同時開蒸汽調(diào)節(jié)閥副線閥來調(diào)節(jié)溫度。剛開始還可以滿足生產(chǎn)需要，30 d后，全開蒸汽主線和副線閥的情況下，白天環(huán)境溫度升高時，霧化空氣溫度可以達(dá)標(biāo)；晚上環(huán)境溫度下降時，必須開蒸汽冷凝液疏水器副線來提高溫度。如此，導(dǎo)致蒸汽直接進(jìn)入中壓冷凝液管線中，管線帶動蒸汽冷凝液儲槽一起晃動，給裝置安全運行帶來較大隱患的同時蒸汽消耗過多。

2018年3月，尿素裝置計劃停車檢修，對霧化空氣加熱器進(jìn)行檢修。將霧化空氣加熱器吊到地面檢查后發(fā)現(xiàn)換熱管存在大量結(jié)垢(見圖5)，換熱效率嚴(yán)重下降，無法滿足工藝需求。

圖5 霧化空氣加熱器換熱管結(jié)垢

原因分析：

(1) 霧化空氣進(jìn)口濾網(wǎng)破損，空氣中粉塵進(jìn)入風(fēng)道，導(dǎo)致加熱器翅片結(jié)垢。

(2) 風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管線及進(jìn)口消音器、過濾器固定殼體都是碳鋼，由于使用年限過久，表面防腐層脫落后生銹，部分鐵銹附著在加熱器翅片上。

(3) 該加熱器距地面10 m高的位置，沒有觀察孔，日常檢查維護(hù)不方便；同時，大修期間用水射流對加熱器進(jìn)行清洗，清洗效果不徹底；隨著設(shè)備運行時間的延長，加熱器翅片結(jié)垢越來越嚴(yán)重，最終導(dǎo)致霧化空氣溫度難以達(dá)標(biāo)。

處理措施：

(1) 將設(shè)備吊到地面，先用水射流清洗加熱器翅片表面附著物。

(2) 把加熱器放入上方敞口的儲槽內(nèi)，加入一定量的公用水，然后再加入一定量高級空調(diào)設(shè)備翅片洗滌劑，浸泡約1 h后用清水沖洗干凈。該洗滌液需排入清污分流系統(tǒng)，避免污染環(huán)境。

(3) 加強日常維護(hù)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口濾網(wǎng)故障及時更換。

(4) 采購新備件，將風(fēng)機(jī)進(jìn)口消音器、過濾器固定殼體的材質(zhì)更換成不銹鋼。

2018年4月，尿素裝置恢復(fù)正常生產(chǎn)，霧化空氣加熱器蒸汽調(diào)節(jié)閥恢復(fù)到正常閥位，霧化空氣溫度達(dá)標(biāo)，可節(jié)省中壓飽和蒸汽質(zhì)量為12 t/d。

2.3 造粒機(jī)洗滌塔除沫網(wǎng)結(jié)垢、變形

造粒機(jī)洗滌塔為撞擊型洗滌塔[4]，主要用來洗滌吸收來自造粒機(jī)的尿素粉塵。從造粒機(jī)頂部來帶有粉塵的廢氣進(jìn)入洗滌塔夾層，被造粒機(jī)洗滌塔循環(huán)泵送來的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%的尿液噴淋吸收，然后與洗滌塔下部的尿液撞擊吸收；廢氣進(jìn)入到洗滌器中部，處理合格的工藝?yán)淠涸俅螌U氣進(jìn)行噴淋吸收；最后廢氣經(jīng)過除沫網(wǎng)過濾水分后被風(fēng)機(jī)抽到煙囪，其工藝流程示意見圖6。

圖6 造粒機(jī)洗滌塔工藝流程示意圖

2018年年底，工藝人員發(fā)現(xiàn)造粒機(jī)洗滌塔抽風(fēng)機(jī)出口軟連接處尿素結(jié)晶物明顯增多，同時也發(fā)現(xiàn)造粒煙囪排放廢氣的濕度平均值比正常值高0.5%左右。

2019年4月，尿素裝置停車檢修，對煙囪廢氣濕度偏高的原因進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)造粒機(jī)洗滌塔除沫網(wǎng)內(nèi)部積存大量污垢(見圖7)，部分除沫網(wǎng)彎曲變形，導(dǎo)致除沫效果變差、煙囪廢氣濕度增加。

以下原因?qū)е鲁W(wǎng)壓差逐漸增大，最終除沫網(wǎng)被引風(fēng)機(jī)抽變形。

(1) 除沫網(wǎng)有大約20層細(xì)網(wǎng)，從造粒機(jī)來的廢氣中夾帶鐵銹等雜物，會附著在細(xì)網(wǎng)間的縫隙內(nèi)。

(2) 被風(fēng)機(jī)抽到除沫網(wǎng)上的水汽中含有尿液，在造粒機(jī)停運期間會逐漸干燥并形成結(jié)晶物，造成堵塞。

(3) 除沫網(wǎng)設(shè)計缺陷，其上部未設(shè)置沖洗水，不能有效沖洗。

(4) 除沫網(wǎng)上部沒有設(shè)計固定壓板，只從下部用螺栓固定除沫網(wǎng)邊框。

(5) 除沫網(wǎng)壓差表指示故障。

(6) 日常檢查維護(hù)不到位。

處理措施：

(1) 將除沫網(wǎng)全部拆除并搬出設(shè)備，徹底清理除沫網(wǎng)上雜物。

(2) 校正變形的除沫網(wǎng)和固定架。

(3) 在洗滌塔除沫網(wǎng)上部增加噴淋水裝置，便于日常沖洗。

(4) 在除沫網(wǎng)上部安裝固定壓板，做好加固。

(5) 更換除沫網(wǎng)壓差表，以便及時發(fā)現(xiàn)問題。

(6) 在洗滌塔除沫網(wǎng)上部增加人孔，便于進(jìn)入到除沫網(wǎng)上部檢查維護(hù)。

通過采取以上處理措施，裝置恢復(fù)正常生產(chǎn)后，造粒洗滌塔運行穩(wěn)定。2020年裝置大修時，檢查發(fā)現(xiàn)造粒機(jī)洗滌塔除沫網(wǎng)狀態(tài)完好，未發(fā)現(xiàn)變形情況。

3 日常管理

造粒裝置一旦發(fā)生故障，可以短時間停運來處理問題，所以日常管理中對其重視度不夠。隨著裝置運行時間的增加，造粒裝置隱蔽性缺陷逐年顯現(xiàn)，要加大日常管理力度，才能確保裝置穩(wěn)定運行。

(1) 加強主控監(jiān)盤和現(xiàn)場巡檢，工藝參數(shù)和運行工況異常時，及時排查原因。

(2) 清洗造粒裝置時，需對造粒機(jī)下箱體進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)噴頭保溫層檢漏孔有尿素結(jié)晶或敲擊為悶聲時，應(yīng)停用此組噴頭，待有機(jī)會檢修時查找尿液漏點消除隱患。

(3) 在尿素裝置大修項目中增加換熱器翅片檢查，排查發(fā)現(xiàn)流化空氣風(fēng)機(jī)出口換熱器同樣存在結(jié)垢問題，及時用清洗劑清洗。在換熱器下方風(fēng)道上增加觀察口，在清洗造粒時可以直接用水沖洗。

(4) 尿素裝置生產(chǎn)期間，造粒機(jī)真空負(fù)壓控制在-588～-294 Pa之間，避免真空過高導(dǎo)致增加除沫網(wǎng)變形的風(fēng)險。

(5) 清洗造粒機(jī)期間，打開除沫器網(wǎng)上部沖洗水，徹底沖洗雜質(zhì)。

(6) 裝置停車檢修期間，對除沫網(wǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

(7) 發(fā)現(xiàn)造粒裝置儀表指示不準(zhǔn)時，及時聯(lián)系儀表員工處理。

(8) 定期檢查流化床冷卻器下箱體，檢查腐蝕情況及排放導(dǎo)淋是否暢通。

(9) 定期檢查振動篩篩網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)破損情況及時更換。

4 結(jié)語

自從加強造粒裝置故障排查和設(shè)備日常維護(hù)管理后，及時發(fā)現(xiàn)和處理多起隱蔽性故障，保證了尿素造粒裝置安全穩(wěn)定運行，產(chǎn)品優(yōu)等品率保持在99.8%以上，同時降低了蒸汽消耗，減輕了員工的工作強度。