尿素裝置中氯離子來源探析及預防措施

趙濤子

(海洋石油富島有限公司， 海南東方 572600)

海洋石油富島有限公司(簡稱富島公司)一期尿素裝置采用意大利斯那姆公司氨汽提工藝和挪威海德魯公司流化床機械造粒技術，用以生產大顆粒尿素，設計產能為1 765 t/d。

由于甲銨、尿液等工藝介質的存在，使得尿素在生產過程中具有強烈的腐蝕性。除此以外，在氯離子的作用下，不銹鋼會發生應力腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕現象，對不銹鋼材質設備運行安全造成極大的威脅[1-2]。國內外尿素裝置中合成塔的襯里和塔板、汽提塔分配頭、高壓洗滌器等設備均出現過因應力腐蝕造成破裂的現象，在裂紋處均發現有氯離子聚集。富島公司一期尿素裝置已投產運行長達22 a，其設備性能、力學強度相對減弱，更應嚴格禁止氯離子進入尿素工藝系統中，因此氯離子就成為尿素裝置最重要的防護和監控對象。

1 氯離子來源探析

1.1 循環水

循環水由于原水成分或藥劑因素，其氯離子質量濃度大約為150 mg/L。循環水泄漏至尿素工藝系統，進而帶入氯離子的現象比較常見。有4處來源的泄漏可能將氯離子帶入尿素裝置。

1.1.1 離心泵機封夾套泄漏

工藝介質的溫度在100 ℃以上，為了延長機械密封使用壽命，需要降低機封溫度，通常會在離心泵泵殼靠近機封側設置夾套冷卻水。

設備運行到一定年限后，泵殼夾套因長年沖刷和介質腐蝕等原因，可能會發生泄漏；當設備備用或停車期間，循環水系統壓力高于泵體內工藝介質壓力，導致循環水中的氯離子進入泵體，帶入尿素工藝系統。蒸汽冷凝液沖洗泵(P110A/B)中出現機封夾套泄漏問題，見圖1。

圖1 P110A/B泵機封夾套

1.1.2 離心泵機封冷卻水換熱器泄漏

采用自身介質密封離心泵，工藝介質溫度高，為了延長機封使用壽命，工藝介質通過換熱器降溫。如果換熱器泄漏，在泵停運期間，循環水壓力高于泵體壓力，導致循環水中的氯離子進入泵體，并帶入尿素工藝系統中。

凈化工藝冷凝液泵(P117A/B)曾先后出現換熱器泄漏故障，見圖2。

圖2 P117A機封冷卻水換熱器

1.1.3 循環水冷卻器泄漏

循環水冷卻器使用年限過長或操作不當都會引發泄漏，主要表現為列管產生裂紋、爆管和管板處泄漏。查漏需要視具體情況進行：一般泄漏量較大的在線查漏可以確認；泄漏量小的要在停車情況下做氣密或水壓測試才能確認。在大修期間一定要對可以隔離交出檢修的冷卻器進行查漏。

比較循環水壓力和工藝介質壓力，可將換熱器分為三類：第一類是工藝介質壓力高于循環水壓力設備，主要有中壓冷凝器E106和氨冷凝器E109；第二類是工藝介質壓力與循環水壓力壓差小的設備，主要有低壓冷凝器E108和低壓氨吸收塔E112；第三類是工藝介質壓力低于循環水壓力設備，主要有透平冷凝器E121和蒸發系統冷凝器E128。

1.1.4 換熱盤管泄漏

工藝廢液和尿液兩用儲槽T103設有換熱盤管，低壓蒸汽和循環水可以在線切換使用。當盤管泄漏時，一旦使用循環水降溫，其中的氯離子就會進入儲槽；當蒸汽冷凝液閥門泄漏時，循環水中的氯離子也會通過冷凝液管線進入儲槽。

1.2 公用水

為方便接管給設備加水降溫以及沖洗地面，尿素裝置現場設有多處公用水甩頭，所用的公用水中氯離子質量濃度大約為40 mg/L。使用不當時，公用水的氯離子會帶入尿素工藝系統。

由于流化床機械造粒工藝不同于小顆粒塔式造粒工藝，流化床機械造料所使用的工藝造粒機、流化床冷卻器、破碎機、振動篩、除塵管線等設備存在尿素顆粒、粉塵黏結現象(見圖3)，在正常運行或停車檢修期間需要用水沖洗才能處理干凈。在沒有意識到公用水中氯離子含量較高的情況下，經常使用公用水來沖洗設備，會將氯離子帶入尿素工藝系統。

圖3 造粒機室內尿素粉塵黏結

1.3 物料

尿素生產的主要原料有液氨和二氧化碳，均來自于以天然氣為原料的合成氨裝置。經檢測發現天然氣中含有質量濃度大約為0.3 mg/L的氯離子，利用天然氣作為原料生產的液氨和二氧化碳中無法避免地含有少量的氯離子。

1.4 其它來源

1.4.1 增值肥料生產所用原料

目前，為了提高肥效和農作物的吸收率，國內外開發了多種增值肥料，采取的方法是在傳統的化肥中加入少量微量元素[3]，其中就含有氯離子，從而會將氯離子帶入尿素工藝系統。

例如，多肽尿素的生產需要在多肽液中加入一定比例的檸檬黃，而檸檬黃中的氯離子質量濃度比較高，氯離子會隨之進入工藝系統。大顆粒裝置由于要回收造粒返回質量分數為45%的尿液，氯離子就進入尿素裝置中高壓、中壓、低壓的各工段[4]。

1.4.2 保溫棉中含有氯離子

為了防止熱量散失和防燙傷，生產裝置中的大部分工藝管線和設備都進行了保溫處理。沒有伴熱蒸汽的工藝管線會直接與保溫棉接觸，在保溫鋁皮防水不好的情況下，水會進入保溫棉，這樣保溫棉中的氯離子就會附著在工藝管線上，對不銹鋼管線造成腐蝕。凈化工藝冷凝液泵P117出口至高壓甲銨預熱器E104管線(304L)表面保溫棉腐蝕情況見圖4。

圖4 不銹鋼管線表面保溫棉腐蝕情況

1.4.3 蒸汽冷凝液濃縮后氯離子超標

高壓甲銨冷凝器E105利用汽提塔返回的氨和二氧化碳的反應熱副產低壓蒸汽，在滿負荷的情況下，每小時有60 t的蒸汽冷凝液在E105殼側加熱變成蒸汽。為此，在E105殼側會逐漸積累冷凝液中存在的微量氯離子。

2 預防措施

2.1 循環水泄漏預防措施

(1) 增加檢漏裝置。對于類似蒸汽冷凝液沖洗泵P110A/B帶夾套冷卻水系統的設備，在泵的冷卻水回水閥前增加一個排放導淋，定期確認泵殼夾套是否泄漏，及時發現并安排檢修(見圖5)。

圖5 P110泵殼體增加檢漏排放導淋

(2) 更改密封形式。通過技術改造將自身密封改為直接外來低溫沖洗水密封，拆除中間循環水冷卻器。水解氣給料泵P115A/B自身密封改造為外來低溫沖洗水密封(見圖6)。

圖6 P115A/B泵密封水改造

(3) 對于使用循環水不銹鋼材質的換熱器，大修后要做好化學清洗和預膜，日常操作中循環水回水溫度要控制在60℃以下，同時做好設備維護檢查。對于第一類換熱器，如中壓冷凝器E106和氨冷器E109殼側工藝介質中都含有氨，可以從循環水回水導淋處取樣分析氨含量來判斷是否泄漏；第二類換熱器因為其工藝介質和循環水壓差較小，在停車情況下做氣密或水壓測試才能確認；第三類換熱器可以從工藝側取樣分析是否含有氯離子來判斷。

(4) 在工藝廢液儲槽T103內有工藝介質時，定期打開盤管低點導淋確認盤管是否泄漏；改變循環水和低壓蒸汽與盤管連接方式，增加4塊“8字”盲板，在使用循環水或蒸汽時做到有效隔離。

2.2 公用水系統改造

對造粒框架的公用水進行改造，全部更換為脫鹽水，避免氯離子進入系統；設備進行置換、查漏時一定要使用沖洗水或脫鹽水，禁止使用公用水；在大修時，如果蒸汽冷凝液儲槽V110沒有檢修項目，儲存80%液位的脫鹽水，便于工藝管道或設備沖洗需要。換熱器水射流或其他設備一旦使用了公用水，必須立即排放并用空氣吹干，等脫鹽水具備使用條件后，再用脫鹽水置換干凈。

2.3 其它預防措施

(1) 定期跟蹤、檢測原材料中氯離子含量，一旦發現超標，及時查找原因。對于特殊原材料中自身攜帶較高含量氯離子時，建議新增一套獨立的蒸發系統來處理返回液，不要將含有氯離子的溶液返回到前系統，例如多肽尿素的生產裝置。

(2) 關注蒸汽冷凝液和工藝冷凝液電導，發現升高及時排查原因。

(3) 在循環水換熱器出口增加取樣點，定期

取樣分析。

(4) 關于不銹鋼管線保溫，建議先對管線涂刷高溫漆，再用厚度為0.1 mm的鋁皮包裹，然后再包裹保溫棉(避免保溫棉直接接觸不銹鋼管線)。

(5) 對于蒸汽冷凝液濃縮后氯離子超標問題，通過技改增加了連排管線，同時定期排污。

(6) 檢查確認高壓設備檢漏孔是否暢通時，必須使用氮氣，不要使用蒸汽或空氣，避免氯離子在襯里外側富集，引起襯里損壞。

3 結語

眾所周知，尿素在生產過程中具有強烈的腐蝕性，特別是在高溫高壓設備中表現更加明顯。由于設備材料老化以及工藝參數的控制、維護及檢修等方面的問題，經常因腐蝕造成設備泄漏。而氯離子是導致尿素高壓設備產生腐蝕的主要因素，因此在日常設備維護和操作中要充分認識到氯離子的危害，嚴格禁止氯離子進入工藝系統，定期排查氯離子可能引起腐蝕的部位，避免因氯離子引起設備腐蝕損壞，確保裝置穩定運行。