尿素裝置蒸汽冷凝液污染問題的處置方案

袁 彪

(中海石油華鶴煤化有限公司,黑龍江 鶴崗 154100)

中海石油華鶴煤化有限公司(以下簡(jiǎn)稱“華鶴公司”)尿素裝置設(shè)計(jì)規(guī)模為52萬(wàn)t/a尿素,其中,主工藝采用斯塔米卡邦2000+CO2汽提技術(shù),將合成氨裝置送來的液氨及二氧化碳制成96%濃度的尿液,送至造粒裝置。造粒裝置采用荷蘭荷豐流化床造粒技術(shù),將尿素裝置來的熔融尿液造粒成2～4mm或5～8mm粒度的大顆粒尿素。裝置于2015年9月投入生產(chǎn)運(yùn)行。尿素裝置生產(chǎn)運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的蒸汽冷凝液,自裝置投產(chǎn)以來,蒸汽冷凝液出現(xiàn)過幾次電導(dǎo)超標(biāo)的情況,導(dǎo)致無法外送水處理裝置回收,只能采取就地排放置換的方式,不僅浪費(fèi)了水資源,增加了生產(chǎn)消耗,還影響了裝置的正常生產(chǎn)。

1 蒸汽冷凝液系統(tǒng)

尿素裝置蒸汽冷凝液系統(tǒng)中設(shè)置有蒸汽冷凝液儲(chǔ)槽,設(shè)計(jì)容積為75m3,收集的蒸汽冷凝液分別來自:①低壓蒸汽包的排放;②界區(qū)外來的補(bǔ)水(脫鹽水/透平冷凝液);③裝置區(qū)內(nèi)蒸汽伴熱管和蒸汽夾套冷凝液管線(收集至冷凝液收集器統(tǒng)一送至蒸汽冷凝液槽);④精餾塔循環(huán)加熱器、一段蒸發(fā)加熱器和二段蒸發(fā)加熱器殼側(cè)蒸汽冷凝液;⑤造粒裝置的蒸汽冷凝液(主要為流化風(fēng)和霧化風(fēng)加熱器疏水);⑥低壓調(diào)溫水和回流調(diào)溫水高位槽排放。

蒸汽冷凝液回收總管插入蒸汽冷凝液槽液面以下,閃蒸出來的蒸汽進(jìn)入蒸汽冷凝器冷凝。蒸汽冷凝液槽中央放空管閃蒸出來的蒸汽進(jìn)入蒸汽冷凝器。蒸汽冷凝液槽設(shè)有溢流密封管和底部排放管進(jìn)入尿素裝置區(qū)地溝。蒸汽凝液系統(tǒng)流程見圖1。

圖1 蒸汽冷凝液系統(tǒng)流程

2 外部原因?qū)е吕淠何廴镜陌咐?/h2>

尿素裝置中蒸汽系統(tǒng)的壓力等級(jí)分為4級(jí),分別為高壓蒸汽2.0MPa、中壓蒸汽0.78MPa、低壓蒸汽0.45MPa、減壓蒸汽0.28MPa。

其中,高壓蒸汽一部分是由合成氨裝置的4.2MPa(g)等級(jí)蒸汽經(jīng)過減壓閥得來;另一部分自二氧化碳?jí)嚎s機(jī)抽汽而來。中壓蒸汽可由2.0MPa的高壓蒸汽減壓而來,或者經(jīng)高壓汽包液相減壓閃蒸而來。低壓蒸汽可由2.0MPa的高壓蒸汽減壓而來,或者經(jīng)中壓汽包液相減壓閃蒸而來,最終進(jìn)入蒸汽冷凝液槽。合成氨裝置的4.2MPa蒸汽來自于華鶴公司鍋爐裝置產(chǎn)生的9.8MPa的高壓蒸汽,為了防止腐蝕,鍋爐裝置定期要向除氧器中投加氨,目的是調(diào)節(jié)鍋爐給水的pH值,使其保持在9～10之間。

槽內(nèi)蒸汽冷凝液通過蒸汽冷凝液泵輸送至:①低壓蒸汽包,作為補(bǔ)水;②各樓層蒸汽冷凝液分配站;③出界區(qū),送往水處理裝置制備脫鹽水;④高壓沖洗水泵,作為沖洗水源;⑤低壓吸收塔和常壓吸收塔的頂部,作為吸收液;⑥低壓調(diào)溫水和回流調(diào)溫水高位槽,作為補(bǔ)水。如果除氧器加入的氨與鍋爐給水量未匹配好,也就是在加入過量氨的情況下,鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽將會(huì)被污染,合成氨裝置的4.2MPa的中壓蒸汽及進(jìn)入尿素界區(qū)的蒸汽也將會(huì)被污染,最終導(dǎo)致尿素裝置蒸汽冷凝液污染,主要表現(xiàn)為蒸汽冷凝液槽外送冷凝液電導(dǎo)率上漲或超標(biāo),尿素高壓蒸汽包、低壓蒸汽包電導(dǎo)率上漲或超標(biāo)。自2015年投產(chǎn)以來,尿素裝置蒸汽冷凝液出現(xiàn)多次因系統(tǒng)外蒸汽污染導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)蒸汽冷凝液污染的情況。

3 內(nèi)部原因?qū)е吕淠何廴镜陌咐?/h2>

3.1 設(shè)備泄漏導(dǎo)致蒸汽冷凝液污染

3.1.1蒸汽冷凝器泄漏導(dǎo)致蒸汽冷凝液污染

蒸汽冷凝器是將進(jìn)入蒸汽冷凝液儲(chǔ)槽的蒸汽冷凝液中未冷凝的氣相進(jìn)行再次冷凝,達(dá)到蒸汽大部分冷凝的目的。尿素裝置采用的是臥式列管式換熱器,其中,蒸汽走殼側(cè),循環(huán)水走管側(cè),殼側(cè)壓力為常壓,管側(cè)壓力為去除位差的循環(huán)水上水壓力(在0.35MPa左右)。如果換熱器列管出現(xiàn)泄漏的情況,循環(huán)水會(huì)經(jīng)殼側(cè)而進(jìn)入蒸汽冷凝液儲(chǔ)槽中,導(dǎo)致蒸汽冷凝液電導(dǎo)上升或超標(biāo)。引起電導(dǎo)率上漲的主要原因?yàn)檠h(huán)水中的氯離子,表現(xiàn)為蒸汽冷凝液外送電導(dǎo)先上漲,低壓蒸汽包電導(dǎo)后上漲,高壓蒸汽包電導(dǎo)后發(fā)生輕微上漲,水處理脫鹽水工藝?yán)淠弘妼?dǎo)率跟隨尿素蒸汽冷凝液一同上漲,取樣分析表明,蒸汽冷凝液中氯離子含量超標(biāo)。2019年,尿素裝置蒸汽冷凝液電導(dǎo)多次上漲,經(jīng)過排查分析,判斷為蒸汽冷凝器列管泄漏導(dǎo)致蒸汽冷凝液電導(dǎo)上漲,2021年對(duì)此換熱器進(jìn)行整體更換。

3.1.2低壓甲銨冷凝液泄漏導(dǎo)致蒸汽冷凝液污染

低壓甲銨冷凝器是將精餾塔氣相經(jīng)過吸收冷凝成甲銨液,經(jīng)過高壓甲銨泵循環(huán)送至高壓系統(tǒng),起到循環(huán)回收的作用,由于甲銨液容易結(jié)晶,低壓甲銨冷凝液采用蒸汽冷凝液先經(jīng)過循環(huán)水換熱后,再進(jìn)入低壓甲銨冷凝器中進(jìn)行冷凝,這部分蒸汽冷凝液稱之為低壓調(diào)溫水(簡(jiǎn)稱“低調(diào)水”)。低調(diào)水經(jīng)低調(diào)水泵往復(fù)循環(huán),對(duì)低壓甲銨冷凝器進(jìn)行換熱,設(shè)置高位補(bǔ)液槽長(zhǎng)期補(bǔ)入蒸汽冷凝液。低壓甲銨冷凝器中工藝氣走殼側(cè),蒸汽冷凝液走管側(cè),殼側(cè)壓力在0.3MPa左右。低壓調(diào)溫水泵出口壓力在0.587MPa,進(jìn)入低壓甲銨冷凝器所處框架6樓、高度30m的位置,因此,管側(cè)壓力在0.287MPa以內(nèi)。如果低壓甲銨冷凝器發(fā)生泄漏,工藝氣會(huì)進(jìn)入到蒸汽冷凝液中,大量的氨氣進(jìn)入到水中,持續(xù)放熱,長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致低調(diào)水汽化,高位補(bǔ)液槽液位高溢流至蒸汽冷凝液中,導(dǎo)致蒸汽冷凝液瞬間被污染,主要表現(xiàn)在低調(diào)水電導(dǎo)會(huì)先上漲,后蒸汽冷凝液外送電導(dǎo)上漲,低壓蒸汽包電導(dǎo)后上漲,高壓蒸汽包電導(dǎo)后發(fā)生輕微上漲,水處理脫鹽水工藝?yán)淠焊S尿素蒸汽冷凝液一同上漲,取樣分析蒸汽冷凝液中氨含量超標(biāo)。2022年6月,尿素裝置蒸汽冷凝液外送電導(dǎo)超標(biāo),對(duì)P06306泵導(dǎo)淋進(jìn)行低壓調(diào)溫水取樣,分析氨含量高達(dá)3 800mg/L。判斷為低壓甲銨冷凝器列管泄漏。對(duì)高壓系統(tǒng)進(jìn)行了封塔停車,對(duì)低壓甲銨冷凝器列管進(jìn)行了堵漏工作。

3.2 夾套伴熱管泄漏導(dǎo)致蒸汽冷凝液污染

尿素裝置設(shè)置多處夾套伴熱管,其中,尿素熔融泵至造粒及回流管線都設(shè)置有夾套伴熱,由于送造粒的尿素濃度在96%,溫度在132℃,為了保證尿液不出現(xiàn)結(jié)晶的情況,對(duì)管線設(shè)置了夾套伴熱,為了降低尿素中的縮二脲,采用尿素裝置減壓蒸汽作為夾套蒸汽的熱源,尿素熔融泵出口壓力在1.19MPa,減壓蒸汽壓力在0.28MPa,如果內(nèi)部尿液管泄漏,尿液會(huì)進(jìn)入到蒸汽系統(tǒng)中,主要表現(xiàn)為:低壓蒸汽包電導(dǎo)先上漲,蒸汽冷凝液電導(dǎo)后上漲,高壓蒸汽包電導(dǎo)后微漲。2017年,尿素裝置低壓蒸汽電導(dǎo)上漲、蒸汽冷凝液電導(dǎo)上漲,分析蒸汽冷凝液中氨含量超標(biāo),經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)尿素熔融泵夾套疏水取樣分析,確認(rèn)夾套管泄漏。

3.3 高壓沖洗水閥門內(nèi)漏導(dǎo)致蒸汽冷凝液污染

尿素裝置在開停車過程中需要對(duì)高壓系統(tǒng)進(jìn)行打水,確認(rèn)管線暢通,打水回水管線進(jìn)入到蒸汽冷凝液槽中,如果高壓系統(tǒng)各打水點(diǎn)有閥門內(nèi)漏或者關(guān)閉不嚴(yán),就會(huì)導(dǎo)致蒸汽冷凝液電導(dǎo)上漲,其主要表現(xiàn)與上述2.1.1表現(xiàn)一致,區(qū)別在于閥門內(nèi)漏或者關(guān)閉不嚴(yán),蒸汽冷凝液電導(dǎo)的變化相對(duì)較小一些。2022年,尿素裝置高壓系統(tǒng)高壓洗滌器打水管線角閥出現(xiàn)過內(nèi)漏,導(dǎo)致蒸汽冷凝液電導(dǎo)緩慢上漲。

4 蒸汽冷凝液污染的解決措施

(1)當(dāng)蒸汽冷凝液被污染時(shí),主要體現(xiàn)在蒸汽冷凝液泵出口電導(dǎo)率出現(xiàn)上漲的情況,當(dāng)電導(dǎo)率上漲至10μs/cm時(shí),要立即關(guān)閉蒸汽冷凝液泵出口調(diào)節(jié)閥,防止蒸汽冷凝液污染水處理脫鹽水工藝?yán)淠?開大蒸汽冷凝液補(bǔ)水對(duì)蒸汽冷凝液進(jìn)行置換,及時(shí)排查蒸汽冷凝液電導(dǎo)上漲的原因并解決,在電導(dǎo)降低至10μs/cm以下并經(jīng)過分析取樣后,方可外送回收。

(2)如果判斷因?yàn)榻鐓^(qū)外蒸汽污染導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)蒸汽冷凝液污染,要第一時(shí)間向調(diào)度匯報(bào),并按照第(1)點(diǎn)所述的處理方式進(jìn)行處理。

(3)如果判斷因?yàn)檎羝淠餍孤?dǎo)致蒸汽冷凝液污染,可聯(lián)系設(shè)備人員在線檢修換熱器,此時(shí)需要切斷蒸汽冷凝器循環(huán)水,蒸汽冷凝器會(huì)產(chǎn)生大量的蒸汽放空,現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需要戴好護(hù)耳器,檢修人員打開設(shè)備兩側(cè)封頭后,列管冒出蒸汽代表列管存在泄漏,對(duì)列管進(jìn)行堵漏完成后,及時(shí)恢復(fù)循環(huán)水運(yùn)行,正常操作過程中,嚴(yán)禁大幅度操作各換熱器加熱蒸汽,保證冷凝液穩(wěn)定進(jìn)入到蒸汽冷凝液槽中,減少不穩(wěn)定蒸汽冷凝液閃蒸氣對(duì)蒸汽冷凝器的沖擊。

(4)如果判斷為低壓甲銨冷凝器泄漏,應(yīng)第一時(shí)間安排裝置停車,氨泄漏進(jìn)水中,不僅對(duì)碳鋼設(shè)備及管道腐蝕嚴(yán)重,且對(duì)換熱效果造成極大影響,低壓系統(tǒng)容易超壓,嚴(yán)重時(shí)引起高壓系統(tǒng)聯(lián)鎖停車。

(5)如果判斷為夾套蒸汽泄漏,可分段進(jìn)行查搜泄漏管線,并對(duì)泄漏段進(jìn)行在線排放,待清洗造粒設(shè)備或者停車機(jī)會(huì)對(duì)夾套管線進(jìn)行處理,如果泄漏段在尿素融熔泵出口,可進(jìn)行倒泵處理泄漏點(diǎn)。

(6)如果判斷為高壓沖洗水系統(tǒng)角閥內(nèi)漏或者關(guān)閉不嚴(yán)的情況,可將高壓沖洗水回收切至事故池,待高壓系統(tǒng)停車后對(duì)管線進(jìn)行沖洗,再次關(guān)閉角閥后,如果還繼續(xù)漏,待裝置檢修時(shí)對(duì)閥門進(jìn)行研磨處理。

5 結(jié)語(yǔ)

尿素裝置在正常生產(chǎn)運(yùn)行時(shí),蒸汽冷凝液如被污染,則無法外送,需要補(bǔ)充大量新鮮水進(jìn)行置換,增加生產(chǎn)消耗;同時(shí),蒸汽冷凝液被污染意味著蒸汽系統(tǒng)也被污染,會(huì)對(duì)系統(tǒng)所有蒸汽用戶造成一定的腐蝕,給生產(chǎn)帶來了隱患。因此,蒸汽冷凝液污染問題需要引起相關(guān)人員的高度重視。