CO2汽提尿素工藝設備升溫鈍化與高壓洗滌器腐蝕原因淺析

牛 斌

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司山西晉城048000)

王 有

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅化肥分公司山西晉城048102)

CO2汽提尿素工藝設備升溫鈍化與高壓洗滌器腐蝕原因淺析

牛 斌

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司山西晉城048000)

王 有

(山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司田悅化肥分公司山西晉城048102)

尿素裝置防腐蝕的重點在高壓系統(tǒng)，在化工投料前，必須進行高壓系統(tǒng)設備鈍化處理。在常溫下，氧化膜生成速度比較慢，而且質量也不好;只有在較高的溫度和一定的壓力且有氧及水蒸氣存在的情況下，氧化膜生成速度才能加速，而且牢固。高壓系統(tǒng)中汽提塔、高壓甲銨冷凝器、尿素合成塔和高壓洗滌器的升溫與鈍化是同時進行的，其升溫鈍化的好壞將直接影響高壓設備的使用壽命。在實際生產(chǎn)中，成品中鎳含量偏高時，僅高壓洗滌器存在明顯腐蝕。通過對CO2汽提尿素裝置高壓系統(tǒng)設備升溫鈍化方法的分析，發(fā)現(xiàn)對高壓圈的升溫鈍化存在誤區(qū)，即高壓洗滌器只升溫無鈍化，后結合實際情況進行調整，旨在改善高壓系統(tǒng)設備鈍化效果，提高裝置安全運行性能。

1 高壓系統(tǒng)設備升溫與鈍化

1.1 CO2氣體、蒸汽冷凝液升溫鈍化

此方法的特點是將3臺高壓換熱設備殼側加熱后，再將高壓CO2氣體逐漸引入高壓系統(tǒng)，在系統(tǒng)升壓的同時逐漸進行尿素合成塔升溫。升溫時以尿素合成塔壁溫作為操作控制點，溫度通常要升到125℃以上才認為升溫結束。鈍化開始所具備的條件:①汽提塔殼側蒸汽壓力為2.0MPa，高壓調溫水溫度為130℃，低壓蒸汽汽包壓力為0.55MPa;②高壓系統(tǒng)壓力為8.0～10.0MPa，合成塔壁溫為125℃以上;③CO2氣體中加氧量＞1%(體積分數(shù));④CO2氣體被水飽和。鈍化開始后即在上述條件下連續(xù)保持8h以上，可認為鈍化結束。

1.1.1 升溫鈍化前

將尿素合成塔放空閥和中壓吸收塔放空閥打開，另需將尿素合成塔出料管用水充滿，因此還要進行高壓沖洗水泵試車。試車時，高壓水不能進入高壓系統(tǒng)而應返回水貯槽。當高壓沖洗水泵出口水壓升高至15.5MPa時，檢查高壓水去水貯槽的調節(jié)閥開度。如調節(jié)閥開度為20%以上，表明高壓沖洗水泵的運行狀況良好，調節(jié)閥能自動控制高壓水的壓力，試車完畢。高壓沖洗水泵的流量應控制在5m3/h，泵運行10min就能將尿素合成塔出料管充滿，達到液封的目的。

1.1.2 高壓設備的升溫

首先進行汽提塔加熱，從常溫升至100℃需2h左右，汽提塔預熱是用殼側蒸汽來實現(xiàn)的。打開殼側高點的排氣閥，稍開高壓蒸汽飽和器進汽副線閥，緩慢將蒸汽引入汽提塔殼側，防止發(fā)生水擊。氣體排盡后，關小排氣閥，使一定量蒸汽由此排出。隨著蒸汽不斷通入，蒸汽冷凝液逐漸增多，高壓蒸汽飽和器形成液位，此時過多的蒸汽冷凝液可由高壓蒸汽飽和器下部的排放閥排出。汽提塔殼側壓力由常壓逐漸升高至2.0MPa需8h左右，此時汽提塔已具備鈍化條件。

高壓甲銨冷凝器也用提高殼側冷凝液溫度的方法來使之升溫。首先在其殼體內加入常溫冷凝液，然后從下部開工用蒸汽進口管通入0.8MPa或2.0MPa蒸汽，提高冷凝液的溫度，使設備升溫。

由于汽提塔和高壓甲銨冷凝器的殼體上均設計有膨脹節(jié)，能適應熱膨脹，故其升溫速率比尿素合成塔稍快些，通常升溫速率在50℃/h以下。

高壓洗滌器在加熱前，先在殼體內充滿常溫冷凝液，使高壓調溫水系統(tǒng)建立循環(huán)，然后向高壓調溫水管的夾套內通蒸汽加熱高壓調溫水，逐漸使高壓洗滌器升溫。

尿素合成塔的升溫在高壓系統(tǒng)升壓時進行。如果低壓蒸汽壓力過高，高壓甲銨冷凝器殼側給出的熱量多，當CO2通入后，帶至合成塔的熱量就會增多，故在CO2通入高壓系統(tǒng)之前，低壓蒸汽汽包的壓力應控制在0.2MPa左右，不宜太高。尿素合成塔的升溫速率不易控制在允許值內，因此，低壓蒸汽壓力在此時只能按照尿素合成塔的升溫速率來逐步提高。

1.1.3 高壓系統(tǒng)升壓

當CO2壓縮機運行正常、且CO2壓力已升至10.0MPa時，即可將CO2送入高壓系統(tǒng)進行升壓。升壓可分為2個階段:由常壓升至2.0MPa為一個階段(需1h)，另一階段是從2.0MPa升至10.0MPa。升壓過程也是尿素合成塔升溫的過程，應兩者兼顧，尿素合成塔的升溫速率以壁溫計≤12℃/h。系統(tǒng)壓力達2.0MPa后，可認為是高壓系統(tǒng)第2階段升壓的開始，繼續(xù)打開主閥，逐漸將CO2全部導入系統(tǒng)。此時改用尿素合成塔放空閥控制升壓速率，控制在3.0MPa/h。

在高壓系統(tǒng)壓力達2.0MPa后，將高壓水送入CO2進汽提塔的管線中，使CO2氣體在塔內被水蒸氣所飽和，有利于高壓設備鈍化膜的形成。

1.1.4 冷凝液的排出

在升溫鈍化過程中，CO2氣體夾帶的水蒸氣不斷在高壓設備內冷凝而積存。如果水蒸氣積存過多，將對CO2氣體正常流向產(chǎn)生很大阻力，易發(fā)生各種竄氣現(xiàn)象。同時，由于設備內存水過多，開工投氨后，使水碳比過高，達不到正常指標，故升溫鈍化中積存的冷凝液必須及時排除。

1.1.5 加快尿素合成塔升溫速率的方法

尿素合成塔壁溫在100℃以下時，升溫速率較快;但尿素合成塔壁溫超過100℃，升溫速率會自然下降。為了提高升溫速率，可采用提高低壓蒸汽汽包壓力、提高高壓系統(tǒng)壓力以及增加CO2流量等方法，以提高CO2氣體溫度、水蒸氣冷凝溫度以及增大水蒸氣流量。

1.2 空氣、蒸汽升溫鈍化

此方法特點是不需用CO2，在尿素合成塔裝置尚未副產(chǎn)出CO2的情況下，提前進行升溫鈍化。尿素合成塔升溫速率與CO2鈍化法相同，要求尿素合成塔各點壁溫＞125℃。因使用壓力較低的蒸汽，故尿素合成塔壓力只能達0.6MPa。

空氣、蒸汽升溫鈍化時，汽提塔與高壓甲銨冷凝器列管內表面應生成冷凝液，有利于氧化膜的生成。汽提塔與高壓甲銨冷凝器殼側壓力要低于管內側壓力，使管內蒸汽因溫度低于飽和溫度而冷凝。由于汽提塔殼側蒸汽來自高壓蒸汽飽和器，管側蒸汽來自中壓蒸汽飽和器，故高壓蒸汽飽和器汽包壓力要低于中壓蒸汽飽和器0.05MPa。高壓甲銨冷凝器殼側蒸汽來自低壓蒸汽飽和器，管側蒸汽來自中壓蒸汽飽和器，故低壓蒸汽飽和器汽包壓力要低于高壓蒸汽飽和器0.05MPa。尿素合成塔壁溫達125℃以上、壓力達0.6MPa以上時，即達到鈍化條件，維持各工藝指標8h以上，可認為空氣、蒸汽升溫鈍化完成。

空氣、蒸汽升溫鈍化后，CO2升壓至8.0～10.0MPa時才能投氨。升壓前，應檢查尿素合成塔出液管中是否已加水;還應注意，CO2剛進入高壓系統(tǒng)時，壓力逐漸升高，高溫蒸汽被驅趕至尿素合成塔頂部，尿素合成塔氣相溫度突升至190℃以上，而尿素合成塔底部因CO2進入溫度相對較低，造成溫差過大。操作時，可開大尿素合成塔塔頂放空閥，盡快排除高溫蒸汽，防止塔頂超溫時間過長。化工投料前，高壓蒸汽飽和器與低壓蒸汽汽包的壓力分別升至0.90MPa和0.55MPa。

2 高壓洗滌器腐蝕實例

某公司尿素裝置2013年12月小修時，檢查低壓精餾塔鮑爾環(huán)，鮑爾環(huán)空隙幾乎堵死，主要物質為棕紅色粉末形成的垢，其來源不清。2014年3月小修時，對高壓洗滌器填料段進行了檢查，同時對鮑爾環(huán)填料進行了清理，鮑爾環(huán)厚度由原來的1.0mm被腐蝕減薄至0.2mm。對防爆筒體及中心管錐體進行了測厚，均有不同程度的腐蝕現(xiàn)象，高壓洗滌器上封頭有大量的棕紅色粉末。

針對高壓洗滌器腐蝕情況，開始關注尿素裝置運行情況，按空氣、蒸汽升溫鈍化方法執(zhí)行。2014年3月檢修后，升溫鈍化重點關注高壓洗滌器鈍化質量，對鈍化過程控制進行調整，以保證高壓系統(tǒng)所有設備及管道都能形成質量合格的鈍化膜。調整措施:①升溫初期，關閉合成塔出液閥，防止尿素合成塔升溫中頂、底各點溫度差過大，特別是高徑較大的尿素合成塔，在100℃以上再開尿素合成塔出液閥，以保證升溫速度;②高壓洗滌塔下液水封在升溫鈍化中后期，將高壓洗滌塔下液管內積水排空，保持管內無積水，保證高壓洗滌塔下液管道能夠達到鈍化質量及標準;③100℃以上升溫鈍化時，將尿素合成塔氣相放空閥關閉，保證足夠的鈍化空氣和蒸汽能夠進入高壓洗滌器，并保證高壓洗滌器的鈍化質量;④將高壓調溫水的上水溫度升至120℃，從而保證高壓洗滌器內部溫度到達形成質量合格鈍化膜的條件。上述措施實施后，成品中w(Ni)由原平均0.22×10－6降至0.20×10－6，保證了高壓系統(tǒng)整體的鈍化質量，從而提高了設備的抗腐蝕能力。

3 結語

尿素裝置高壓系統(tǒng)升溫鈍化的方法必須根據(jù)現(xiàn)場實際情況合理操作，從本質上理解尿素裝置高壓系統(tǒng)升溫鈍化的意義。高壓洗滌器腐蝕的根本原因或許還有其他因素，但如果將升溫和鈍化空氣一并在進入高壓洗滌器前全部放掉，即便是高壓調溫水預熱也僅僅是對高壓洗滌器升溫，絕達不到鈍化的效果;同時，對高徑比較大的尿素合成塔，尿素合成塔頂、底同時進氣升溫自然會造成其中間的冷氣體無法排出，導致中部溫度過低，造成與頂?shù)椎臏夭钸^大，故不能片面強調尿素合成塔頂?shù)诇夭睢?0℃，而忽視了中部的溫差參數(shù)。在升溫鈍化過程中，對尿素合成塔出液閥及其氣相放空閥的操作不是一成不變的。

2014-06-22)