新建的400 kt/a尿素裝置運行總結

萬 宏

(河南駿化發展股份有限公司 河南駐馬店463003)

隨著河南駿化發展股份有限公司(以下簡稱駿化公司)年產300 kt合成氨項目于2013年順利投產，目前合成氨年總生產能力已達600 kt，生產系統的合成氨產耗難以達到平衡。2012年，駿化公司從湖南岳陽天潤化工股份有限公司(以下簡稱天潤公司)購置拆遷的整套年產200 kt尿素裝置，后因所需擴大設計產能，拆遷裝置只保留了可合理利用的61 m3合成塔及配套設備(3臺氨冷器、2臺二循一冷、1臺二循二冷、2臺二循一冷分離器，1臺一吸外冷卻器、3臺一甲泵、3臺氨泵及部分管線換熱器)外，新增多臺傳動設備和靜止設備。新建的400 kt/a尿素裝置主要設備參數見表1。

表1 新建的400 kt/a尿素裝置主要設備參數

為了再次提高裝置產能，在設計完成后又增加了少量設備。設備定位后，部分工藝管線安裝由現場技術人員進行指導。裝置主流程及主要輔助流程設備安裝完畢后，由于在設備現場安裝過程中存在大量設計問題，試車前提出多項整改意見，并對裝置進行了工藝流程查漏補缺和修正。經設備檢查、檢修、吹凈、試壓及冷熱水聯動試車后，裝置于2013年11月26日一次順利開車成功，尿素產品質量完全達到國家標準。裝置正式運行后，出現了各種問題，僅靠優化操作方法無法根本解決存在的問題。現將運行中出現的問題及解決方案進行總結。

1 二分塔氣相夾帶尿液

現采用的二分塔是原尿素裝置退役的一段汽提分解塔，工藝流程為水解氣相直接加入二分塔。運行中經常出現二分塔液位波動，嚴重時會造成蒸發系統斷料。經多次取樣分析：二循一冷二甲液中尿素質量分數在15%～25%，二分塔尿液質量分數在47%～57%。結合實際運行現象，認為導致二分塔氣相夾帶尿液的原因是：水解氣相及未分離的低濃度尿液進入二分塔內，由于尿液溫度升高，形成了二次解吸，使大量的解吸氣相夾帶部分尿液。

在問題未完全暴露前，只采取關閉二段壓力截止閥，避免尿素進入二段吸收以及尾吸至碳銨液槽中，依靠提高二段壓力使夾帶的大量未分解物進入蒸發系統，從而實現蒸發過料的連續性。改造后，將水解氣相管直接接至二甲液換熱器進口與二分塔氣相管連通，經換熱后進入二循一冷吸收，二分塔氣相夾帶尿液現象消除。

2 閃蒸氣相夾帶尿液

由于僅靠關閉二段壓力截止閥來實現蒸發過料的連續性，導致閃蒸壓力升高(最高時可達300 kPa)，閃蒸濃縮器氣相夾帶尿液至抽真空水槽溢流入碳銨液槽。閃蒸冷凝器下液取樣分析結果：NH3質量分數為25%～35%，CO2質量分數為15%～25%，尿素質量分數為25%左右；碳銨液槽中尿素質量分數為15%。此現象連續發生，導致一段蒸發溫度及真空度偏低，水解溫度提不起來，廢液不合格。停車改造時，打開閃蒸濃縮器人孔發現氣相擋液板帽被沖掉。經焊接固定牢固后重新開車，再無此現象出現。

3 造粒塔上部黏塔嚴重

造粒塔直徑Φ19 m、高100 m，造粒塔塔底裝有刮料機，造粒噴頭系帶壓噴頭，噴頭噴撒量正常，噴頭進口前無緩沖器，保溫及吹除蒸汽壓力0.28 MPa；蒸發系統采用大循環工藝，即兩段蒸發后的99.6%(質量分數)的尿液通過熔融泵送至造粒塔操作間的尿液三通閥，尿液三通閥關閉即蒸發尿液打循環，尿液三通閥開啟即蒸發尿液進行造粒。尿液三通閥旁邊安裝有吹除蒸汽三通閥，與尿液三通閥實現聯鎖，即尿液三通閥開啟，蒸發造粒，吹除蒸汽三通閥關閉，蒸汽吹除尿液循環管線；尿液三通閥關閉，蒸發尿液轉入打循環狀態，將尿液送至尿液槽，蒸汽三通閥開啟，蒸汽吹除造粒噴頭。造粒工藝流程見圖1。

圖1 造粒工藝流程

此造粒工藝因設備配置缺陷，易造成造粒塔上部有黏塔現象。其原因：①由于吹除蒸汽吹除至噴頭，而造粒塔操作間尿液三通閥至噴頭管線物料無法排盡，造成吹除蒸汽夾帶的尿液吹到造粒塔壁；②因尿液三通閥至噴頭管線沒有設置夾套保溫，進入噴頭的尿液比二段蒸發溫度低10 ℃左右，出現部分孔眼堵塞，造成噴頭內部帶壓，部分尿液進入造粒機內部，從造粒機油封下端蓋噴到塔壁，造成黏塔。大修時，更換造粒機，噴頭改為常壓噴頭，在噴頭前加裝液尿緩沖罐，消除了噴頭帶壓現象；操作中，保溫蒸汽提壓至0.3 MPa，消除了噴頭溫度與二段蒸發溫度的溫差，噴頭孔眼不再出現結晶，黏塔現象不再發生。

4 中壓分解吸收段嚴重超壓

在工藝管線安裝過程中，由于氨冷凝器下液管及一吸塔頂底回流氨管線彎管較多，造成氨冷凝器冷凝的液氨流入液氨緩沖槽，液氨緩沖槽的回流氨流入一吸塔體系的位能降低。一吸塔頂部升溫速度快，氨水流不進一吸塔，一吸塔上部過剩氣氨未經氣相管進入氨冷凝器內冷凝，而直接通過氨水管線走近路進入惰洗器，導致氣氨大量放空和一段嚴重超壓，還造成氨冷凝器出現結晶堵塞。部分氨庫來的原料液氨經氨冷凝器與氨蒸發冷凝器分離器相連的平衡管倒流至氨蒸發冷凝器分離器，再通過氨蒸發冷凝器分離器頂部氣相管流進惰洗器。氨庫原料液氨進入液氨緩沖槽液位時高時低，造成原料液氨不能連續進入氨泵，氨泵無法正常運行。停車改造時，將氨水加入一吸塔U形彎管線高度由原來的5.2 m提高至7.7 m。再次開車后，此類現象不再出現。

5 一甲液循環泵密封使用周期短

新建的400 kt/a尿素裝置中壓吸收系統采用一吸塔及一甲液分離器工藝。一甲液循環泵運行不佳，一吸塔液位極易上竄，造成氨冷凝器出現結晶堵塞，嚴重時甚至被迫停車用熱水進行沖洗。中壓吸收系統使用的一甲液循環泵密封采用一甲液自密封形式，因一甲液濃度高、熔點溫度高，因外部溫度降低造成結晶堵塞，使一甲液循環泵無密封液，導致機械密封燒壞使密封處甲胺液大量泄漏。后改用低壓吸收二循二冷的氨水作為一甲液循環泵密封液，再無出現因密封液結晶斷流而燒壞機械密封的情況。

6 各沖洗水接入水解廢液管線

在倒泵置換過程中，易造成甲銨液或液氨竄入蒸汽冷凝液沖洗水管線，使蒸汽冷凝液系統送至鍋爐的水出現帶氨現象。制定改造方案時，將水解廢液接入尿素沖洗水系統中，與蒸汽冷凝液管線設置連通閥門。正常倒泵沖洗置換時，將水解廢液、蒸汽冷凝液直接送至鍋爐。如果水解系統沒開車時，也可用蒸汽冷凝液進行沖洗置換，不

僅水解廢液得到充分利用，而且減少了蒸汽冷凝液的使用量，鍋爐回水帶氨現象也從根本上得到治理。各沖洗水接入水解廢液管線改造前、后工藝流程(虛線為新增部分)如圖2所示。

圖2 各沖洗水接入水解廢液管線改造前、后工藝流程

7 一甲泵循環管線經常甲銨結晶堵塞

新建的400 kt/a尿素裝置一甲泵副線管線由一甲泵下側向上與二甲泵出口主線管進行連接，自下而上走向的管道容易出現甲胺結晶堵塞盲腸管線，且這段副線管線很長。每次倒開一甲泵前需使用熱水對此副線管線進行長時間外澆消除結晶，不僅不利環保，而且影響生產的穩定性。改造時，將二甲泵出口主線管線繞至各臺一甲泵下側，一甲泵副線向下與二甲泵主線匯合，再進入閃蒸熱能回收段吸收汽提一分塔氣相，可使工藝管線內的介質始終保持在流動狀態，一甲泵副線再無堵塞現象出現。

8 結語

經過上述一系列技術改造及工藝優化，河南駿化發展股份有限公司新建的400 kt/a尿素裝置在穩定生產、降低消耗及產品質量上均有了很大的改觀。目前，噸尿素蒸汽消耗1 100 kg左右、氨耗575 kg左右，產品質量一級品率達99%以上。由于受CO2供氣緊張制約，該套裝置目前僅能實現單套61 m3合成塔下運行，無法達到設計產能。為此，正在著手進行合成氨原料路線改造，以此實現該尿素裝置CO2氣量平衡，有進一步降低消耗、提高產品質量和產量的空間。