尿素裝置防腐脫氫空氣改造與應用

姜 磊，李 剛

(兗礦新疆煤化工有限公司，新疆烏魯木齊 830011)

從凈化工段來的純度≥98.5%(體積分數，干基)、含硫化物質量濃度≤5 mg/m3(干基)、壓力為0.04 MPa的氣體，經CO2壓縮機壓縮后送入后續尿素工段。為脫氫和防止尿素高壓圈設備的腐蝕，在CO2壓縮機一段出口冷卻器出口加入約為CO2體積總量4%的空氣。在尿素生產過程中，空氣中的氧氣與氫氣在鈀鉑催化劑的作用下反應生成水，剩余的氧氣在尿素合成塔、CO2汽提塔、高壓洗滌器、高壓甲銨冷凝器等設備的表面形成一層氧化膜，防止尿素、甲銨溶液對設備的腐蝕。原設計所需的空氣由2臺SL132型螺桿式空氣壓縮機(1開1備)提供，壓力0.7 MPa(表壓)、氣體溫度≤45 ℃，經流量調節閥控制流量約在1 250 m3/h(標態)后，與CO2氣體一起經CO2壓縮機二段入口分離器分離液滴后進入壓縮機二段入口。

為達到節能降耗的目的，結合兗礦新疆煤化工有限公司現場公用工程配置情況，決定接入空分增壓機的壓力>0.7 MPa(表壓)、氣體溫度≤45 ℃的空氣作為CO2壓縮機的補入空氣。

1 改造內容

尿素裝置生產中所需空氣量見表1。

結合空分工藝流程，采用增壓機一級換熱器出口工藝氣體作為CO2壓縮機的補入空氣較為適宜。空分外供尿素空氣管線需設置手動閥、放空閥、止回閥、自調閥、快關兩位閥、流量計、遠傳壓力及溫度測點等(流量計、遠傳壓力及溫度利用原管線上測點)[1-2]。空分供尿素空氣工藝流程見圖1。

表1 尿素裝置生產中所需空氣量

2 工業應用

考慮到生產異常狀況有兩種：①空分跳車或緊急停車；②尿素CO2壓縮機跳車或緊急停車。為防止空分跳車或卸載致不潔凈氣體倒竄進入空分系統，或是CO2壓縮機跳車或卸載突然增大空氣用量，影響空分系統運行安全，設置快關兩位閥聯鎖。聯鎖要求如下：①空分停車，快關兩位閥聯鎖關閉；②壓縮機組卸載，快關兩位閥聯鎖關閉；③CO2壓縮機停車，快關兩位閥聯鎖關閉；④快關兩位閥關閉報警[3-4]。

正常生產時，空氣用量用流量調節閥由尿素控制室根據尿素系統所需進行控制，尿素工段使用前需向調度室進行申請，調度室經空分工段控制室同意后，由調度室下達同意使用指令，由空分、尿素控制室配合執行。使用過程中，如果空氣量出現≥300 m3/h(標態)的調節，尿素控制室應提前通知空分控制室做準備，防止引起增壓機工藝指標的波動。

圖1 空分供尿素空氣工藝流程

改造后自2017年5月運行至今，空分、尿素系統均運行穩定，期間經歷2次空分跳車、1次CO2壓縮機跳車，聯鎖設置都起到了應有的作用。

3 效益分析

改造前，尿素脫氫與防腐空氣供應為英格索蘭公司制造生產的SL132型螺桿空壓機。改造后，螺桿空壓機停運，該機組功率為132 kW，按年運行時間8 000 h、工業電價0.4元/(kW·h)計，則年節約電費42.24萬元左右。因螺桿空壓機停運，也節省了專用潤滑油、備件等的費用。

4 結語

無論何種尿素生產工藝，都需要一定量的空氣用來防腐脫氫，且設計時大部分是通過往復式壓縮機、螺桿空氣壓縮機補空氣入尿素系統，通過裝置改造，降低了電耗，同時對其他尿素裝置的改造也具有一定的借鑒意義。