一段蒸發(fā)溫度提不起來的原因剖析

趙臣剛

（滄州大化股份有限公司，河北滄州 061000）

我公司尿素裝置是上世紀(jì)70年代初期從荷蘭引進(jìn)的日產(chǎn)1 620t、年產(chǎn)480kt大型CO2汽提法裝置。自從1977年投產(chǎn)以來，蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行了很多改造，但主要集中在二段蒸發(fā)部分，如增加百葉窗，增加沖洗點(diǎn)，改用大的升壓器（702L）。近幾年一段蒸發(fā)經(jīng)常出現(xiàn)問題，表現(xiàn)為一段尿液溫度提不起來，特別是在高負(fù)荷情況下尤其明顯。本文就這一問題作一分析。

由于尿素特殊的結(jié)晶性質(zhì)，現(xiàn)都采用二段蒸發(fā)、二段分離，流程示意如圖1。

圖1 蒸發(fā)系統(tǒng)流程示意

尿液通過泵303J進(jìn)入一段蒸發(fā)器（401C），流量由FIC401控制，一段蒸發(fā)器是一個(gè)立式管殼式加熱器，尿液順管壁成膜狀往上流動(dòng)，所用的加熱源是高壓甲銨冷凝器（202C）副產(chǎn)的0.3MPa蒸汽。

蒸發(fā)器出來的液氣混合物在分離器（401F）中分離，被蒸出的水蒸氣在一段蒸發(fā)冷凝器（702C）中冷凝。真空由一段蒸發(fā)加熱器的噴射器（701L）維持，壓力控制為27kPa。濃縮后的尿素溶液經(jīng)一U型管離開一段分離器，進(jìn)入二段蒸發(fā)加熱器（402C）。壓力進(jìn)一步變?yōu)?.2kPa。用0.8MPa蒸汽加熱，在此溶液濃縮到99.7%。來自二段蒸發(fā)的液體和蒸汽在二段分離器（402F）中分離，濃度為99.7%的尿液由二段分離器的底部進(jìn)入尿素熔融泵（401J），經(jīng)401J送入造粒塔頂?shù)膰婎^（601L），通過旋轉(zhuǎn)的倒錐形噴頭將尿液甩出去，在降落的過程中，由造粒塔底部送入空氣冷卻，使尿素液滴成為粒子，送往成品車間。

一段蒸發(fā)溫度提不起來的原因分析如下。

1 工藝方面

（1）負(fù)荷高

隨著CO2負(fù)荷的提高，生成的尿液量增多，在CO2負(fù)荷（FL0001）110%時(shí)，蒸發(fā)的流量（FIC401）最高達(dá)到120m3／h，而這時(shí)一段蒸發(fā)所用的加熱源是202C副產(chǎn)的蒸汽。隨著CO2負(fù)荷的提高，勢必會(huì)使PIC206的壓力降低，即202C的0.3MPa蒸汽壓力降低，也就是說一段蒸發(fā)流量加大了，而加熱源0.3MPa蒸汽壓力卻降低了，造成了一定的供需矛盾。如在FL0001為110%、FIC401為120m3／h時(shí)，一段蒸發(fā)溫度降到120℃左右，低于設(shè)計(jì)溫度（128～132℃），而更接近于結(jié)晶溫度（116～118℃），所以此時(shí)操作比較危險(xiǎn)。

這種情況處理起來是很困難的，因CO2負(fù)荷不能減，PIC206壓力不能提高，那么高壓系統(tǒng)生成的尿液量或者說通過FIC401的尿液流量就不會(huì)少。由于現(xiàn)在加入了雙氧水（高壓系統(tǒng)加入H2O2代替部分空氣防腐），使PIC206的壓力有一定的提高，但效果不是很明顯，只能再尋找別的方法加以處理。

（2）低壓壓力偏高

由于高壓合成系統(tǒng)CO2轉(zhuǎn)化率低或汽提效率降低，都會(huì)造成低壓系統(tǒng)壓力（PIC304）偏高，進(jìn)而直接影響到蒸發(fā)系統(tǒng)。302F壓力控制不好，使PIO309壓力太高，尿液泵入口游離NH3增高，尿液濃度降低，也會(huì)影響一段蒸發(fā)溫度。經(jīng)分析，PIO309的壓力經(jīng)常在70～80kPa，303J前尿液濃度、游離NH3都在正常范圍。

（3）904F的壓力

因?yàn)?.3MPa蒸汽在401C中作功后冷凝液排入904F中，如降低904F壓力，也就是最大限度地使用0.3MPa蒸汽，也不大可能。原因有以下幾點(diǎn)：①904F壓力有設(shè)計(jì)指標(biāo)限制（設(shè)計(jì)壓力為0.07MPa），不能太低；②904F冷凝液作為氨預(yù)熱器（101C）、液氨加熱器（102C）的熱源，如降得過低，會(huì)影響到液氨的加熱，進(jìn)而影響到高壓系統(tǒng)，因此也不能降低904F壓力。另外，還懷疑儀表加熱閥PV401（一段蒸發(fā)加熱器401C的蒸汽加熱閥門）開關(guān)不到位，液體分布器底部脫落，列管泄漏，及四塊折流板脫落或變形，但經(jīng)過檢查及試驗(yàn)都否定了。綜上所述，一段蒸發(fā)溫度提不起來不是工藝方面的原因。于是尋找設(shè)備方面的原因。

2 設(shè)備方面

（1）由圖2看，蒸汽從N2進(jìn)入，經(jīng)過4塊折流板均勻加熱，使列管中的尿液升溫，如是折流板脫落或變形，都會(huì)影響401C內(nèi)蒸汽的分布。在2007年大修中割開中間一塊檢查，發(fā)現(xiàn)折流板完好無損，由于有4塊折流板，不能把整個(gè)設(shè)備都割開，故沒有檢查其他折流板。

圖2 蒸發(fā)分離器示意

（2）疏水器工作不好

蒸汽在401C中作功后，變成冷凝液排入冷凝液閃蒸槽（904F），在排冷凝液的主管線上原設(shè)計(jì)有一副線閥及兩個(gè)疏水器，管子直徑為φ108mm。在高負(fù)荷情況下，2個(gè)疏水器都全開，副線閥稍開一點(diǎn)；不能開大副線閥，為防止沒作功的蒸汽從此處大量進(jìn)入904F。考慮401C底部冷凝液排不掉，2008年5月大修中又在401C底部加了一根φ57mm管子，帶一個(gè)疏水器來增加401C中冷凝液的排放，改造后效果不是很明顯。

（3）列管結(jié)垢

尿液從N1進(jìn)入，經(jīng)液體分布器，均勻分布進(jìn)入列管，在列管內(nèi)形成膜狀，由下往上，流速是70m／s。由于在設(shè)備內(nèi)部不可避免地存在油泥及焊渣，有可能粘在壁上，2008年8月7日利用合成停車處理一單向閥門的機(jī)會(huì)，拆開401C下液封頭，檢查沖洗401C的1 300根列管，結(jié)果沖洗下來大量的油泥（事后化學(xué)分析是Fe3O4），這樣，再開起車來以后，一段蒸發(fā)溫度就有了很大變化，從表1可看出來。

從以上原因分析及處理情況看，最主要的是401C內(nèi)部結(jié)垢太嚴(yán)重，影響了蒸汽傳熱，同時(shí)從表1也反映了另外一個(gè)問題，那就是隨著CO2負(fù)荷的增高（特別是現(xiàn)在超過原設(shè)計(jì)能力），由原來的日產(chǎn)1 620t增高到1 800t，對(duì)一段蒸發(fā)加熱器的能力提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

3 建 議

（1）在一段前增加一尿液預(yù)熱器，來減輕一段的負(fù)荷，使一段的裕度增加。

（2）換一臺(tái)大的401C，以便適應(yīng)目前的高負(fù)荷生產(chǎn)。

表1 清洗開車后一段蒸發(fā)操作參數(shù)