中低壓放空煙囪氨含量高的原因及處理措施

李羅真,張?zhí)┤?/p>

(海洋石油富島有限公司， 海南東方 572600)

1 存在的問題

海洋石油富島有限公司化肥一期尿素裝置采用斯那姆氨汽提法尿素生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為1 765 t/d。正常情況下，中低壓放空煙囪氨體積分?jǐn)?shù)在0.25%左右。從2020年1月開始，中低壓放空煙囪氨含量不斷上漲，設(shè)計(jì)氨體積分?jǐn)?shù)<1%，2020年6月氨體積分?jǐn)?shù)達(dá)到0.62%(見圖1)。雖然煙囪氨含量在指標(biāo)范圍之內(nèi)，但偏高的氨放空造成不必要的氨損失，不利于裝置的節(jié)能降耗。

圖1 2020年1月—6月中低壓放空煙囪氨含量趨勢(shì)圖

2 中低壓放空煙囪工藝流程

氨和二氧化碳進(jìn)入高壓系統(tǒng)反應(yīng)生成尿素，從汽提塔底部出來的的尿液進(jìn)入中壓分離器，在中壓分離器中將減壓閃蒸出來的氨和二氧化碳分離出來，尿液經(jīng)填料向下到中壓分解塔管側(cè)進(jìn)行加熱分解。中壓分離器出氣與碳銨液泵來的液體混合后進(jìn)入真空預(yù)濃縮器殼側(cè)，進(jìn)行部分冷凝吸收，反應(yīng)熱用于加熱真空預(yù)濃縮器管側(cè)的尿液。真空預(yù)濃縮器殼側(cè)出來的氣液混合物進(jìn)入中壓甲銨冷凝器殼側(cè)，氣體大部分被冷凝吸收，反應(yīng)熱被管側(cè)的冷卻水帶走。從中壓甲銨冷凝器來的混合物流入中壓吸收塔進(jìn)一步吸收，中壓吸收塔頂部出來的氣氨和惰氣進(jìn)入氨冷器殼側(cè)進(jìn)行冷凝，惰氣和冷凝的液氨分別經(jīng)氣相管和液相管進(jìn)入氨受槽，從氨受槽頂部出來的含殘余氨的惰氣送到中壓氨吸收塔/中壓惰氣洗滌塔進(jìn)一步吸收。洗滌后的惰氣含氨體積分?jǐn)?shù)<1%，經(jīng)壓力控制閥放空至中低壓放空煙囪。

離開中壓分解塔底部的尿液進(jìn)入低壓分離器，釋放出來的閃蒸汽在溶液進(jìn)入加熱器前被分離，未被分解的甲銨在低壓分解塔管側(cè)再進(jìn)行加熱分解。離開低壓分離器頂部的氣體與碳銨液泵來的液體混合后進(jìn)入氨預(yù)熱器殼側(cè)，進(jìn)行部分冷凝。由氨預(yù)熱器出來的氣液混合物進(jìn)入低壓甲銨冷凝器殼側(cè)冷凝吸收，熱量被管側(cè)的循環(huán)水帶走。離開低壓甲銨冷凝器的碳銨液收集于碳銨液貯槽中。碳銨液貯槽中逸出的含氨惰氣進(jìn)入低壓氨吸收塔/低壓惰氣洗滌塔進(jìn)一步吸收。最后少量惰氣經(jīng)低壓系統(tǒng)放空閥放空至中低壓放空煙囪。

中低壓放空煙囪流程見圖2。

R-101—合成塔；E-101—汽提塔；V-102—中壓分離器；E-102—中壓分解塔；E-113—真空預(yù)濃縮器；E-106—中壓甲銨冷凝器；C-101—中壓吸收塔；E-109—氨冷器；V-105—氨受槽；E-111—中壓氨吸收塔；C-103—中壓惰氣洗滌塔；PV-41026—壓力控制閥；V-103—低壓分離器；E-103—低壓分解塔；E-107—氨預(yù)熱器；E-108—低壓甲銨冷凝器；V-106—碳銨液貯槽；E-112—低壓氨吸收塔；C-104—低壓惰氣洗滌塔；P-103A/B—碳銨液泵； CW—循環(huán)水； PV-41033—低壓系統(tǒng)放空閥； TV41048—低壓甲銨冷凝器溫度控制閥。圖2 中低壓放空煙囪流程圖

3 中低壓放空煙囪氨含量高的原因分析

逐一排查影響中低壓放空煙囪氨含量高的各個(gè)因素，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和相關(guān)工藝指標(biāo)變化的情況，歸納總結(jié)出影響中低壓放空煙囪氨含量高的兩個(gè)主要因素為：中壓甲銨冷凝器出口溫度高和低壓系統(tǒng)壓力高。

3.1 中壓甲銨冷凝器出口溫度高

2020年以來中壓甲銨冷凝器出口溫度持續(xù)上漲，甚至已超出正常控制溫度(正常生產(chǎn)時(shí)控制在83 ℃)。2020年6月10日裝置大修前，其溫度調(diào)節(jié)閥開度已達(dá)到100%，無調(diào)節(jié)余量，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 2020年中壓甲銨冷凝器出口溫度及調(diào)節(jié)閥開度

由NH3-CO2-H2O三元相圖可知，中壓甲銨冷凝器出口溫度升高會(huì)導(dǎo)致中壓吸收塔塔底溫度上漲、氨碳比變小，有較多的氨以氣氨的形式進(jìn)入中壓后系統(tǒng)，使中壓后系統(tǒng)比正常情況下回收氨負(fù)荷高，造成中低壓放空煙囪氨含量高。導(dǎo)致中壓甲銨冷凝器出口溫度高有兩個(gè)原因，即真空預(yù)濃縮器換熱效果差，以及中壓甲銨冷凝器結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱效果差。

3.1.1 真空預(yù)濃縮器換熱效果差

真空預(yù)濃縮器換熱效果變差，其出口溫度高時(shí)，進(jìn)入中壓甲銨冷凝器的工藝物料溫度也高，導(dǎo)致中壓甲銨冷凝器出口溫度上漲。2019年6月—2020年6月真空預(yù)濃縮器出口溫度趨勢(shì)見圖3。

圖3 真空預(yù)濃縮器出口溫度趨勢(shì)圖

從圖3可知：真空預(yù)濃縮器殼側(cè)出來的氣液混合物進(jìn)入中壓冷凝器殼側(cè)前溫度持續(xù)上漲，說明氣液混合物在真空預(yù)濃縮器殼側(cè)沒有得到充分的換熱，大量熱量帶到中壓甲銨冷凝器，導(dǎo)致甲銨冷凝器出口溫度超標(biāo)。

3.1.2 中壓甲銨冷凝器結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱效果差

由于換熱列管在長(zhǎng)時(shí)間工作中會(huì)慢慢結(jié)垢，在列管結(jié)垢達(dá)到一定量時(shí)，換熱效果將會(huì)大大降低，甚至無法滿足生產(chǎn)需求。2019年6月—2020年6月中壓甲銨冷凝器換熱進(jìn)出口冷卻水溫度趨勢(shì)見圖4。

圖4 中壓甲銨冷凝器換熱進(jìn)出口冷卻水溫度趨勢(shì)圖

從圖4可知：中壓甲銨冷凝器換熱進(jìn)口冷卻水溫度較為平穩(wěn)，出口冷卻水溫度呈下降趨勢(shì)。由此判斷中壓甲銨冷凝器列管結(jié)垢嚴(yán)重，需要在大修中進(jìn)行機(jī)械水射流處理。

3.2 低壓系統(tǒng)壓力高

正常生產(chǎn)中，為保證低壓系統(tǒng)的分解回收效果，工藝人員將低壓系統(tǒng)放空閥自控值設(shè)定在0.39 MPa左右，通常此閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。查詢主控集散控制系統(tǒng)(DCS)歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在2020年1月—6月，低壓系統(tǒng)壓力普遍偏高，甚至達(dá)到了0.40 MPa，導(dǎo)致低壓系統(tǒng)放空閥自動(dòng)開大，造成中低壓放空煙囪氨含量偏高。為了降低低壓系統(tǒng)壓力，主控人員通過加大外來吸收水對(duì)氣氨進(jìn)行吸收，造成系統(tǒng)水耗增加，不利于裝置的節(jié)能降耗。2019年6月—2020年6月低壓系統(tǒng)壓力趨勢(shì)見圖5。

圖5 低壓系統(tǒng)壓力趨勢(shì)圖

針對(duì)低壓系統(tǒng)壓力高的情況，工藝人員進(jìn)行相關(guān)影響因素的排查，發(fā)現(xiàn)中壓前系統(tǒng)主控液位指示不準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)液位幾乎處于空液位狀態(tài)，而主控液位顯示20%，這造成中壓物料竄至低壓系統(tǒng)，低壓系統(tǒng)負(fù)荷高，導(dǎo)致低壓系統(tǒng)放空比正常情況下大，中低壓放空煙囪氨含量變高。

4 處理措施

4.1 對(duì)中壓甲銨冷凝器結(jié)垢嚴(yán)重的處理

2020年6月10日裝置停車進(jìn)入大修階段，聯(lián)系機(jī)修人員拆卸中壓甲銨冷凝器上下封頭，發(fā)現(xiàn)其列管結(jié)垢嚴(yán)重(見圖6)。

圖6 中壓甲銨冷凝器換熱管結(jié)垢

對(duì)中壓甲銨冷凝器進(jìn)行處理，采用120 MPa的高壓水射流前后反復(fù)6次清洗達(dá)到了驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 對(duì)真空預(yù)濃縮器換熱效果差的處理

大修期間通過對(duì)真空預(yù)濃縮器進(jìn)行內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)液折流板有一處裂紋、管板局部結(jié)垢嚴(yán)重、溢流堰底部排液孔堵塞、升氣管旋流孔堵塞嚴(yán)重，這些問題的存在使得真空預(yù)濃縮器列管負(fù)荷分配不均，嚴(yán)重影響了其換熱效果。隨即將裂縫進(jìn)行焊接，并徹底清理結(jié)垢、疏通孔堵[1-2]。

4.3 對(duì)低壓系統(tǒng)壓力高的處理

大修期間，額外增加1個(gè)主控液位計(jì)，便于主控人員更好地調(diào)整液位，避免出現(xiàn)中壓物料竄至低壓系統(tǒng)的情況。同時(shí)，針對(duì)低壓系統(tǒng)吸收水的問題，對(duì)管線進(jìn)行改造，從水解解吸給料泵出口引1條管線至低壓冷凝器殼側(cè)對(duì)氣氨進(jìn)行吸收(見圖7)，不但降低了系統(tǒng)壓力，而且減少了系統(tǒng)外來水[3-4]。

圖7 低壓系統(tǒng)吸收水改造管線

5 處理效果

2020年7月裝置大修結(jié)束恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，對(duì)中低壓放空煙囪氨含量進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見圖8。從圖8可以看出，經(jīng)過以上措施后，中低壓放空煙囪氨含量恢復(fù)到正常值。

圖8 中低壓放空煙囪氨含量趨勢(shì)圖

6 結(jié)語

通過對(duì)中低壓放空煙囪氨含量高的原因進(jìn)行分析，并針對(duì)原因采取相應(yīng)的措施，成功降低了中低壓放空煙囪氨含量。同時(shí)，通過管線的改造，降低了系統(tǒng)的水耗，進(jìn)一步促進(jìn)了裝置的節(jié)能降耗。