蒸發造粒系統技改措施及效果

楊 紅

(錦西天然氣化工有限責任公司 遼寧葫蘆島 125001)

錦西天然氣化工有限責任公司(以下簡稱錦天化)尿素裝置采用斯那姆氨汽提工藝，自1993年8月28日生產出合格尿素以來，產品的內在質量基本上能達到優級品指標要求(總氮質量分數46.6%，縮二脲質量分數0.7%～0.9%，水分質量分數0.2%～0.4%)，但外觀質量不盡如人意，主要表現為粒度小、易破碎、粉塵含量大、成品尿素在儲運過程中易結塊和粉化等。為此，通過不斷對錦天化尿素裝置蒸發造粒系統的技術改造，尿素產品質量逐年提高，優級品率由1996年的90%提高至2008年的99.9%，近10年來一直保持在100%。

1 工藝流程

約85.0%(質量分數，下同)的尿素溶液由尿素溶液泵(P06)送入壓力0.033 0 MPa、溫度128 ℃的一段蒸發系統，尿液被蒸濃至約95.0%后在壓差的作用下進入壓力為0.003 5 MPa(絕壓)、溫度為136 ℃的二段蒸發系統，尿液濃度達到99.7%后由熔融尿素泵(P08)將熔融尿素送入位于造粒塔頂部的造粒噴頭，熔融尿素被噴灑分散成液滴后在重力和浮力的作用下在造粒塔內降落并與從塔下進入的冷空氣流逆向接觸，彼此產生傳熱傳質作用，經降溫、凝固、冷卻3個階段，熔融尿素在塔底轉變為近于常溫的粒狀固體。

2 主要技改措施及效果

2.1 造粒塔風窗改造

錦天化尿素造粒塔風窗分為塔底和塔頂2個部分，塔底共有16組風窗并平均分為上下兩部分，每組風窗長1 700 mm、高3 400 mm，風窗窗葉寬為160 mm，可調角度為90°；塔頂設計風窗窗葉寬為550 mm，2片窗葉間距為250 mm，實際窗葉間距只有110 mm，寬度僅為198 mm，不符合設計要求。上塔風窗的安裝方式增大了阻力，降低了造粒塔內的空氣流速，通風量減少，粒子降落速度加快，熱交換不充分，造成塔底尿素溫度升高，平均在75 ℃左右；同時，尿素易破碎，粉塵量增加，隨空氣上升的粉塵掛在塔頂風窗上，進一步降低了塔內的通風量，形成惡性循環。另一方面，塔頂風窗防雨水能力差，雨季易造成尿素水含量偏高。2005年8月利用大修機會，對塔頂風窗進行了徹底改造，制定了“隔一、除一、填一”的方案，即將現有的風窗每隔一片割掉一片，然后將割下的風窗葉片焊在其上部的葉片上，使葉片間距加大、寬度加寬，改善了造粒塔的通風能力和防雨水能力。鑒于造粒塔塔底上層風窗位置較高，調節不方便，2008年大修期間將塔底風窗改為上下連動式，風窗開度可同時進行調節，以便于依據天氣變化及時調節通風量。另外，塔底風窗窗臺上易積存少量尿素而遇潮結塊變黑，不僅影響風窗開關角度，而且黑色塊狀尿素會墜落混入成品尿素中，從而影響尿素粒度及外觀質量，故2013年利用停車機會，將所有風窗底部最后一片葉片拆下并垂直焊在風窗底部。

改造效果：造粒塔塔頂尿素粉塵排放量由改造前的150 mg/m3降至40 mg/m3，出塔成品尿素溫度由改造前的75 ℃降至60 ℃，產品的外觀質量得到很大改善，破碎率明顯降低，黑塊現象基本消失，風窗的調節彈性增大，成品尿素的水含量易于控制。

2.2 P06和P08的改進

原設計蒸發系統主控CRT畫面上只顯示P08出口壓力，而P06既無壓力也無電流顯示，只能通過觀察現場壓力表來判斷上述2臺泵的運行狀況。由于現場的膜盒式壓力表頻繁損壞，使用周期極短，且指示經常失真，基本上沒有參考價值，主控操作人員難以快速判斷P06和P08的運行狀況，一旦因泵的打量不穩就會造成造粒系統負荷波動或斷料，如噴頭轉速不能及時進行調節，將直接影響成品尿素的粒度。2008年5月將P06和P08的電流顯示接至主控DCS流程圖畫面上，投用后效果明顯，主控人員能及時依據電流的變化情況作出判斷并對系統進行調整，保證了蒸發系統負荷與噴頭轉速相對應，避免了成品尿素粒度的波動。

2.3 尿液上塔造粒管線夾套蒸汽的改進

尿液上塔造粒管線夾套蒸汽原設計采用低壓蒸汽(0.34 MPa，147 ℃)，為避免尿液中縮二脲含量的升高，2003年8月曾在低壓蒸汽入口(P08至造粒噴頭)管線夾套蒸汽前增設1只壓力調節閥，將壓力控制在0.28 MPa左右。在實際運行過程中，由于蒸汽溫度低，管線預熱時間長，噴頭預熱后的溫度只能達到102 ℃左右。當蒸發造粒時，噴頭前造粒管線溫度(TI09603)上升較慢，由于噴頭溫度低而造成尿液溢流，成品尿素時常出現小塊，待溫度上升以后才恢復正常，產品質量不容易保證。2009年3月將低壓蒸汽改為增壓蒸汽(0.45 MPa，155 ℃)后，TI09603上升至115～120 ℃，預熱時間明顯縮短，避免了剛開始造粒時尿素出現小塊的現象。為避免尿液中縮二脲含量的升高，將原夾套保溫蒸汽的切斷閥關小。投入運行后的數據表明，正常生產時TI09603基本穩定在136～137 ℃，產品中縮二脲質量分數穩定在0.7%～0.9%，說明改造是成功的。

2.4 擋雨裙改造

原設計擋雨裙擋雨效果不理想，雨水易進入塔內，造成出塔尿素水分含量超標；或因下雨而被迫關閉風窗，塔底尿素因溫度過高(超過70 ℃)而出現粉化。2014年3月利用大修機會對擋雨裙進行了改造(圖1)，改造后的進塔空氣量及流速基本保持不變，但進入塔內的雨水量明顯減少，達到了預期效果。

圖1 擋雨裙改造示意

2.5 HV09601閥后管線增設過濾器

由于蒸發系統存在副產物縮二脲，造粒時易堵塞噴頭小孔而影響正常造粒。2004年在噴頭軟管前安裝1臺0.520 mm(60目)的圓筒狀過濾器，縮二脲被逐漸粉碎，避免了堵孔現象。

2.6 蒸發系統增設甲醛添加裝置

7月至9月是葫蘆島的高溫季節，由于塔下尿素溫度可高達75 ℃，造成尿素抗壓強度降低，極易粉化。2000年8月，尿素裝置增設了甲醛添加裝置，將一定量的甲醛溶液(甲醇質量分數<2%，甲醛質量分數36.5%)加入蒸發系統一、二段U形管的尿液中，使甲醛在尿液中的質量分數為0.16%～0.20%，通過形成脲醛聚合物以提高尿素顆粒的強度。添加甲醛前后尿素顆粒抗壓強度對比如表1所示。

表1 添加甲醛前后尿素顆粒抗壓強度對比

項 目未加甲醛加甲醛粒度分布/%(質量分數) >2．80mm0．00．0 2．80～2．00mm8．57．5 2．00～1．60mm41．440．5 1．60～1．43mm23．629．0 1．43～1．25mm8．011．0 1．25～0．85mm10．029．5 <0．85mm8．482．5w(H2O)/%0．330．38粒度合格率/%91．597．5平均強度/(N·顆-1)3．044．04

由表1可看出，加入甲醛后，尿素顆粒平均強度提高了1 N/顆，同時減少了粉塵量，解決了夏季尿素在儲運過程中易吸濕和脫水粉化的問題。

2.7 尿液貯槽增容并與原甲醛貯槽聯通

原甲醛貯槽(TK07)的容積為59 m3，2002年8月使之與尿液貯槽(TK01)聯通。同時，將TK01增高7 m，容積增大至314 m3；TK07增高9 m，容積增大至115 m3。TK07與TK01聯通后共同用作尿液貯槽。

尿液貯槽容積增大后，在滿負荷情況下，熱洗時間可延長3 h，熱洗效果更為徹底。若因蒸發或造粒系統出現故障停車，前系統可降負荷運行長達6～7 h，避免了不必要的停車。

2.8 1#皮帶至3#皮帶間增設轉動篩

由于各種因素的影響，造粒塔下有時會出現塊狀尿素，若塊狀尿素直接送至成品車間，將因成品尿素粒度不合格而出現質量事故。2013年，在1#皮帶至3#皮帶間增設0.850 mm(20目)的轉動篩，適當調節轉動篩的轉速，可實現塊狀尿素的連續分離，大大提高了尿素產品的外觀質量。

2.9 增設尿素溶液回收泵(P09)入系統流量計

2016年大修時，在P09入系統管線上增設流量計并將信號接入主控DCS流程圖畫面上，使P09加入量有了更精確的依據，可防止縮二脲含量超標。

3 目前尚存在的問題

實踐證明，多年來的技術改造是成功的，尿素產品的內在質量和外觀質量都得到了很大的改善，優級品率逐年提高。但由于縮二脲會堵塞P08入口或噴頭過濾網，造成蒸發系統打循環，因此考慮將二段真空分離器(V08)側部噴射器開口位置移至設備頂部，避免出現縮二脲在V08中上部積累過多而出現大片墜落的現象，同時可減少蒸發熱洗的次數。