尿素裝置一段蒸發系統的優化改造

王 斌

(河南煤業化工集團中原大化公司 河南濮陽 457000)

1 一段蒸發系統改造情況

由于尿素合成塔CO2轉化率未達到設計要求，同時因裝置老化，汽提塔、中低壓分解器換熱效率下降，造成一段蒸發系統真空度只能控制在85 kPa(絕壓，下同)。針對此種情況，對一段蒸發系統進行了改造，即在一段蒸發系統第1冷凝器(E151)后串聯1臺換熱器(E151B)，其設備參數如表1所示。

表1 換熱器E151B參數

改造后一段蒸發系統工藝流程如圖1所示。來自真空預濃縮器和一段蒸發分離器的氣體首先進入E151，冷凝后的液體進入工藝冷凝液儲槽，未冷凝的氣相進入E151B內繼續冷凝，冷凝后的液體進入工藝冷凝液儲槽，E151B內未冷凝的氣相進入一段蒸發系統第2冷凝器(E152)內繼續冷凝，冷凝后的液體進入工藝冷凝液儲槽，E152內未冷凝的氣相通過蒸汽噴射器進入一段蒸發系統第3冷凝器(E157)內繼續冷凝，冷凝后的液體進入工藝冷凝液儲槽，未冷凝的惰氣排放。

圖1 改造后一段蒸發系統工藝流程

2 運行中出現的問題

E151和E151B設計采用串聯連接，通過對改造后實際運行情況的觀察，一段蒸發系統的真空度無明顯好轉，同時E151B有時出現下液管堵塞的現象，分析其原因為：①E151和E151B串聯后，由于流程延長，造成阻力有一定增加；②由于E151冷凝后的氣相溫度為50～60 ℃，再通過E151B冷卻的效果不太明顯；③經E151B換熱后，工藝側溫度偏低，同時由于E151B工藝側下液管偏細且較長，下液管中易出現工藝介質結晶堵塞的現象，造成一段蒸發系統真空度惡化，使尿素產品水分含量偏高，嚴重時引起產品質量事故，同時增大了尿素汽耗。

3 一段蒸發系統整改方案

如圖2所示，一段蒸發系統整改方案如下：①將E151B主管線進口直接連接至E151進口，E151和E151B實現并聯，有效提高了一段蒸發系統的真空度；②在E151B的進口管線上增設DN 25.4 mm×3.0 mm工藝液管線，以利于E151B氣相的吸收和換熱；③E151B與E151并聯出口處增設1只切斷閥，有利于E151B的調節控制。

圖2 整改后的一段蒸發系統工藝流程

4 整改后運行情況及效益

(1)E151和E151B串聯改并聯完成后，一段蒸發系統真空度由85 kPa提高至65 kPa，可節省高壓蒸汽1.5 t/h。按蒸汽120元/t、年生產時間330 d計，年可降低生產成本142.56萬元。

(2)系統操作更容易，沒有出現尿素產品水分和縮二脲含量超標的現象，產品質量合格率達到了100%；徹底解決了由于工藝側溫度偏低而造成的E151B出現結晶堵塞的問題。

5 蒸發系統惰氣放空管的改造

正常生產中，由于尿素裝置區三樓放空管經常排放出系統惰氣和氣氨，嚴重時噴射出帶氨的冷凝液，影響操作人員的巡檢，同時造成環境污染并增大裝置的氨耗。

改造措施：①在E157上接1根管線引至放空煙囪(V112)，正常生產中V112放空煙囪無任何排放物，根據煙囪工作原理，煙囪底部有向頂部流動的氣流，保證E157處氣相回收至V112；②體積分數70%～85%的氨氣在煙囪內上升的過程中會產生部分冷凝液，起到氨水回收作用；③由于煙囪效應，E157切入煙囪底部后，可以在E157出口形成微負壓，有利于提高蒸發系統的真空度。

蒸發系統惰氣放空管改造完成后，在正常生產和開停車過程中，當E157切入煙囪后，蒸發系統真空度有一定提高，有效杜絕了E157排放氣氨并回收了部分氨水，保證了操作人員的安全，同時可防止造成環境污染。