Snam尿素高壓系統(tǒng)空塔開車過程優(yōu)化控制措施

朱永忠

(重慶建峰化工股份有限公司， 重慶 408601)

重慶建峰化工股份有限公司尿素裝置采用Snam氨汽提法(簡稱NH3法)工藝，設(shè)計日產(chǎn)能為1 750 t。在近30 a的連續(xù)運行中，為了實現(xiàn)尿素裝置的安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運行，已對裝置進行過多次技改。但是隨著環(huán)保要求的逐漸嚴(yán)格，結(jié)合其他尿素生產(chǎn)工藝的特點，現(xiàn)有尿素高壓系統(tǒng)空塔開車過程控制存在一定不足，需要對操作過程進行改進，以實現(xiàn)尿素高壓系統(tǒng)空塔開車過程的優(yōu)化控制。

1 工藝流程

尿素高壓系統(tǒng)的工藝流程見圖1。

300C01—CO2壓縮機； 300E07—氨預(yù)熱器； 300P01—高壓液氨泵； 300V22—中壓分解塔受槽； 300E13—真空預(yù)濃縮器； 300V02—中壓分解塔分離器； 300P02—高壓甲銨液泵； 300R01—尿素合成塔； 300E01—汽提塔； 300E04—高壓甲銨冷凝器； 300V01—高壓甲銨分離器； PV09207A/B—高壓壓力控制閥； 300J01—噴射泵； HV09201—CO2緊急切斷閥； HV09202—甲銨液緊急切斷閥； HV09204—高壓甲銨進液調(diào)節(jié)閥； LV09202—尿素汽提塔液位調(diào)節(jié)閥； HV09203—尿素合成塔出液調(diào)節(jié)閥； HV09205—汽提塔出液緊急切斷閥； HV09206—液氨緊急切斷閥； TI202—尿素合成塔底部溫度； TI203—尿素合成塔頂部溫度； TI206—高壓甲銨分離器出液溫度； TI09207—尿素汽提塔頂部溫度； TI210—尿素汽提塔底部溫度； MS—中壓蒸汽； MC—中壓蒸汽冷凝液； CW—循環(huán)水； BD—大氣放空。圖1 尿素高壓系統(tǒng)工藝流程見圖

原料氨和二氧化碳在尿素合成塔內(nèi)進行反應(yīng)，物料從下向上流動；由尿素合成塔出來的反應(yīng)產(chǎn)物流向降膜式汽提塔；被汽提塔汽提出來的氣相和高壓甲銨泵送來的中壓吸收塔(300T01)的液體經(jīng)甲銨混合器(300M02)混合后進入高壓甲銨冷凝器。冷凝液被送入高壓甲銨分離器，不凝氣體經(jīng)高壓壓力控制閥送出(正常時利用PV09207A送至中壓系統(tǒng)，壓力超高時可將氣體通過PV09207B送往放空煙囪)。高壓甲銨分離器底部液體經(jīng)噴射泵返回尿素合成塔[1-3]。

2 存在的問題

高壓甲銨分離器頂部產(chǎn)生的不凝氣體在壓力正常時利用PV09207A送至中壓系統(tǒng)，在壓力超高時利用PV09207B送往放空煙囪，會對環(huán)保產(chǎn)生負(fù)面影響。

比較現(xiàn)有斯塔米卡邦(Stamicarbon) CO2汽提法(簡稱CO2法)尿素生產(chǎn)工藝和東洋Toyo Engineering Corporation Japan ACES21#改良水溶液全循環(huán)法(簡稱H2O法)尿素生產(chǎn)工藝，NH3法在尿素高壓系統(tǒng)空塔開車過程中高壓壓力控制非常穩(wěn)定[4]。比較開車過程物料配比及參數(shù)，3種尿素工藝在開車過程中的主要參數(shù)控制對比見表1。

表1 三種尿素工藝高壓空塔投料過程參數(shù)對比

一般來講在開車階段對尿素高壓系統(tǒng)的氨碳比的沒有明確要求，主要是以便于對高壓系統(tǒng)壓力穩(wěn)定控制為主，可以肯定的是CO2法和H2O法在開車階段的氨碳比是非常高的?？账_車時不同工藝在高壓系統(tǒng)加水的控制見表2。

表2 3種尿素工藝空塔開車高壓系統(tǒng)加水對比

在實際操作中，CO2法和H2O法2種工藝對尿素高壓系統(tǒng)壓力的控制更穩(wěn)定，放空閥開度更小，對環(huán)境污染程度更小。

因此，對于NH3法尿素工藝空塔開車高壓系統(tǒng)加水的問題，可以考慮將加水時間提前，提前啟動高壓甲銨泵向高壓系統(tǒng)加水，優(yōu)點是高壓壓力控制更穩(wěn)定，中低壓放空減少，需要注意的問題是加水量的控制。

3 對策實施

通過采用對尿素高壓系統(tǒng)空塔開車階段高壓甲銨冷凝器連續(xù)外加水，充分吸收高壓系統(tǒng)氣相物料，以利于高壓系統(tǒng)壓力和后端低壓系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，減少尿素系統(tǒng)放空損失。

尿素裝置在開車階段，特別是空塔開車時，高壓甲銨分離器氣相主要是氣相氨，而原有操作規(guī)程要求對尿素合成塔和高壓甲銨冷凝器在投料前加水30 min，而高壓甲銨冷凝器不能完全浸沒設(shè)備下部列管，汽提塔出來的氣氨不能得到完全吸收。

由于高壓甲銨泵最小質(zhì)量流量約25 t/h，高壓甲銨冷凝器高壓側(cè)體積為9.85 m3，高壓甲銨分離器體積為6.2 m3，空塔開車高壓系統(tǒng)出料大約需要100 min，且尿素合成塔投料期間無需其他水進入，因此不建議用高壓甲銨泵對高壓系統(tǒng)加水。但印尼PKG項目尿素系統(tǒng)使用高壓甲銨泵對高壓甲銨冷凝器加水25 t/h，主要是因為高壓甲銨冷凝器設(shè)計非常大(直徑為2 950 mm、長度為22 165 mm)，且投料負(fù)荷明顯較低。孟加拉沙迦拉尿素裝置也是采用在高壓甲銨泵出口后端加高壓沖洗水的方式進行的。因此，開車階段在高壓甲銨泵未啟動前對高壓甲銨冷凝器底部連續(xù)加水能有效控制尿素高壓系統(tǒng)壓力不會出現(xiàn)大幅度上漲，有利于尿素高壓系統(tǒng)穩(wěn)定。

尿素合成塔設(shè)計體積為150 m3，扣除塔盤、溢流管，有效體積為128 m3；尿素高壓系統(tǒng)開車CO2體積流量按18 000 m3/h、氨碳比(質(zhì)量比)為1.2、密度為570 kg/m3計算，需要液氨73.5 m3；高壓沖洗水泵(300P11)設(shè)計體積流量為8 m3/h，高壓沖洗水壓力調(diào)節(jié)閥(PV09807)為線性閥，最大流通體積流量為8.0 m3/h，密度為940 kg/m3，正常運行時循環(huán)高壓沖洗水壓力調(diào)節(jié)閥閥位控制在70%，實際體積流量為2.5 m3/h；尿素合成塔投料前加水30 min，大約1.3 m3；計算出空塔開車尿素高壓系統(tǒng)出料大約需要100 min(與實際情況相同)；2個設(shè)備連續(xù)加水100 min為4.2 m3，氣相氨和水全部堆積到高壓甲銨分離器中，即高壓甲銨分離器液位上漲約67.7%，高壓甲銨分離器下液閥關(guān)閉至尿素合成塔出料的這段時間不會造成漫液。通過上面的分析可以肯定，對高壓甲銨冷凝器和高壓甲銨分離器連續(xù)加水，尿素高壓系統(tǒng)物料組分與設(shè)計相比不會發(fā)生改變。

4 效果對比

通過尿素裝置多次空塔開車驗證，整個尿素高壓系統(tǒng)開車過程高壓壓力(PI09207)控制平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)波動，而且PV09207A閥位為20%～24%，沒有更大開度，較沒有高壓甲銨冷凝器連續(xù)加水前(開度在50%～80%或更大)得到明顯降低，而且壓力控制更加穩(wěn)定。由于連續(xù)加水使物料組分變化較大，系統(tǒng)流程過料時間相對較長，但是對造粒時間沒有延遲較多。所以對高壓甲銨冷凝器底部連續(xù)加水能夠保證尿素高壓系統(tǒng)壓力的平穩(wěn)控制，降低了尿素高壓系統(tǒng)放空以及對后系統(tǒng)的影響。

表3為改進前后2次空塔開車投料過程系統(tǒng)壓力控制對比。從表3可以看出:中壓系統(tǒng)放空調(diào)節(jié)閥(PV09305)閥位從50%左右降低到20%左右，低壓系統(tǒng)放空調(diào)節(jié)閥(PV09403)副線開度非常小且時間縮短。經(jīng)計算，在空塔開車過程中尿素高壓系統(tǒng)外加水量與以往相比多4.2 m3，因此對水解系統(tǒng)的運行以及水解系統(tǒng)蒸汽消耗(水解系統(tǒng)正常運行體積流量為43.0 m3/h)影響非常小。

表3 優(yōu)化操作前后尿素高壓系統(tǒng)空塔投料過程中各系統(tǒng)放空閥位對比

5 結(jié)語

系統(tǒng)優(yōu)化無止境是企業(yè)對裝置的要求，也是專業(yè)技術(shù)人員永恒的追求，通過對相關(guān)工藝操作的對比和研究，能對現(xiàn)有裝置和系統(tǒng)優(yōu)化帶來靈感和思路，實現(xiàn)裝置的安全穩(wěn)定更優(yōu)質(zhì)的運行。