中低壓放空煙囪氨含量高的原因及處理措施

李羅真,張泰日

(海洋石油富島有限公司， 海南東方 572600)

1 存在的問題

海洋石油富島有限公司化肥一期尿素裝置采用斯那姆氨汽提法尿素生產工藝，設計產能為1 765 t/d。正常情況下，中低壓放空煙囪氨體積分數在0.25%左右。從2020年1月開始，中低壓放空煙囪氨含量不斷上漲，設計氨體積分數<1%，2020年6月氨體積分數達到0.62%(見圖1)。雖然煙囪氨含量在指標范圍之內，但偏高的氨放空造成不必要的氨損失，不利于裝置的節能降耗。

圖1 2020年1月—6月中低壓放空煙囪氨含量趨勢圖

2 中低壓放空煙囪工藝流程

氨和二氧化碳進入高壓系統反應生成尿素，從汽提塔底部出來的的尿液進入中壓分離器，在中壓分離器中將減壓閃蒸出來的氨和二氧化碳分離出來，尿液經填料向下到中壓分解塔管側進行加熱分解。中壓分離器出氣與碳銨液泵來的液體混合后進入真空預濃縮器殼側，進行部分冷凝吸收，反應熱用于加熱真空預濃縮器管側的尿液。真空預濃縮器殼側出來的氣液混合物進入中壓甲銨冷凝器殼側，氣體大部分被冷凝吸收，反應熱被管側的冷卻水帶走。從中壓甲銨冷凝器來的混合物流入中壓吸收塔進一步吸收，中壓吸收塔頂部出來的氣氨和惰氣進入氨冷器殼側進行冷凝，惰氣和冷凝的液氨分別經氣相管和液相管進入氨受槽，從氨受槽頂部出來的含殘余氨的惰氣送到中壓氨吸收塔/中壓惰氣洗滌塔進一步吸收。洗滌后的惰氣含氨體積分數<1%，經壓力控制閥放空至中低壓放空煙囪。

離開中壓分解塔底部的尿液進入低壓分離器，釋放出來的閃蒸汽在溶液進入加熱器前被分離，未被分解的甲銨在低壓分解塔管側再進行加熱分解。離開低壓分離器頂部的氣體與碳銨液泵來的液體混合后進入氨預熱器殼側，進行部分冷凝。由氨預熱器出來的氣液混合物進入低壓甲銨冷凝器殼側冷凝吸收，熱量被管側的循環水帶走。離開低壓甲銨冷凝器的碳銨液收集于碳銨液貯槽中。碳銨液貯槽中逸出的含氨惰氣進入低壓氨吸收塔/低壓惰氣洗滌塔進一步吸收。最后少量惰氣經低壓系統放空閥放空至中低壓放空煙囪。

中低壓放空煙囪流程見圖2。

R-101—合成塔；E-101—汽提塔；V-102—中壓分離器；E-102—中壓分解塔；E-113—真空預濃縮器；E-106—中壓甲銨冷凝器；C-101—中壓吸收塔；E-109—氨冷器；V-105—氨受槽；E-111—中壓氨吸收塔；C-103—中壓惰氣洗滌塔；PV-41026—壓力控制閥；V-103—低壓分離器；E-103—低壓分解塔；E-107—氨預熱器；E-108—低壓甲銨冷凝器；V-106—碳銨液貯槽；E-112—低壓氨吸收塔；C-104—低壓惰氣洗滌塔；P-103A/B—碳銨液泵； CW—循環水； PV-41033—低壓系統放空閥； TV41048—低壓甲銨冷凝器溫度控制閥。圖2 中低壓放空煙囪流程圖

3 中低壓放空煙囪氨含量高的原因分析

逐一排查影響中低壓放空煙囪氨含量高的各個因素，根據歷史數據和相關工藝指標變化的情況，歸納總結出影響中低壓放空煙囪氨含量高的兩個主要因素為：中壓甲銨冷凝器出口溫度高和低壓系統壓力高。

3.1 中壓甲銨冷凝器出口溫度高

2020年以來中壓甲銨冷凝器出口溫度持續上漲，甚至已超出正常控制溫度(正常生產時控制在83 ℃)。2020年6月10日裝置大修前，其溫度調節閥開度已達到100%，無調節余量，具體數據見表1。

表1 2020年中壓甲銨冷凝器出口溫度及調節閥開度

由NH3-CO2-H2O三元相圖可知，中壓甲銨冷凝器出口溫度升高會導致中壓吸收塔塔底溫度上漲、氨碳比變小，有較多的氨以氣氨的形式進入中壓后系統，使中壓后系統比正常情況下回收氨負荷高，造成中低壓放空煙囪氨含量高。導致中壓甲銨冷凝器出口溫度高有兩個原因，即真空預濃縮器換熱效果差，以及中壓甲銨冷凝器結垢導致換熱效果差。

3.1.1 真空預濃縮器換熱效果差

真空預濃縮器換熱效果變差，其出口溫度高時，進入中壓甲銨冷凝器的工藝物料溫度也高，導致中壓甲銨冷凝器出口溫度上漲。2019年6月—2020年6月真空預濃縮器出口溫度趨勢見圖3。

圖3 真空預濃縮器出口溫度趨勢圖

從圖3可知：真空預濃縮器殼側出來的氣液混合物進入中壓冷凝器殼側前溫度持續上漲，說明氣液混合物在真空預濃縮器殼側沒有得到充分的換熱，大量熱量帶到中壓甲銨冷凝器，導致甲銨冷凝器出口溫度超標。

3.1.2 中壓甲銨冷凝器結垢導致換熱效果差

由于換熱列管在長時間工作中會慢慢結垢，在列管結垢達到一定量時，換熱效果將會大大降低，甚至無法滿足生產需求。2019年6月—2020年6月中壓甲銨冷凝器換熱進出口冷卻水溫度趨勢見圖4。

圖4 中壓甲銨冷凝器換熱進出口冷卻水溫度趨勢圖

從圖4可知：中壓甲銨冷凝器換熱進口冷卻水溫度較為平穩，出口冷卻水溫度呈下降趨勢。由此判斷中壓甲銨冷凝器列管結垢嚴重，需要在大修中進行機械水射流處理。

3.2 低壓系統壓力高

正常生產中，為保證低壓系統的分解回收效果，工藝人員將低壓系統放空閥自控值設定在0.39 MPa左右，通常此閥門處于關閉狀態。查詢主控集散控制系統(DCS)歷史數據，發現在2020年1月—6月，低壓系統壓力普遍偏高，甚至達到了0.40 MPa，導致低壓系統放空閥自動開大，造成中低壓放空煙囪氨含量偏高。為了降低低壓系統壓力，主控人員通過加大外來吸收水對氣氨進行吸收，造成系統水耗增加，不利于裝置的節能降耗。2019年6月—2020年6月低壓系統壓力趨勢見圖5。

圖5 低壓系統壓力趨勢圖

針對低壓系統壓力高的情況，工藝人員進行相關影響因素的排查，發現中壓前系統主控液位指示不準，現場液位幾乎處于空液位狀態，而主控液位顯示20%，這造成中壓物料竄至低壓系統，低壓系統負荷高，導致低壓系統放空比正常情況下大，中低壓放空煙囪氨含量變高。

4 處理措施

4.1 對中壓甲銨冷凝器結垢嚴重的處理

2020年6月10日裝置停車進入大修階段，聯系機修人員拆卸中壓甲銨冷凝器上下封頭，發現其列管結垢嚴重(見圖6)。

圖6 中壓甲銨冷凝器換熱管結垢

對中壓甲銨冷凝器進行處理，采用120 MPa的高壓水射流前后反復6次清洗達到了驗收標準。

4.2 對真空預濃縮器換熱效果差的處理

大修期間通過對真空預濃縮器進行內部檢查，發現進液折流板有一處裂紋、管板局部結垢嚴重、溢流堰底部排液孔堵塞、升氣管旋流孔堵塞嚴重，這些問題的存在使得真空預濃縮器列管負荷分配不均，嚴重影響了其換熱效果。隨即將裂縫進行焊接，并徹底清理結垢、疏通孔堵[1-2]。

4.3 對低壓系統壓力高的處理

大修期間，額外增加1個主控液位計，便于主控人員更好地調整液位，避免出現中壓物料竄至低壓系統的情況。同時，針對低壓系統吸收水的問題，對管線進行改造，從水解解吸給料泵出口引1條管線至低壓冷凝器殼側對氣氨進行吸收(見圖7)，不但降低了系統壓力，而且減少了系統外來水[3-4]。

圖7 低壓系統吸收水改造管線

5 處理效果

2020年7月裝置大修結束恢復系統正常運行后，對中低壓放空煙囪氨含量進行取樣分析，結果見圖8。從圖8可以看出，經過以上措施后，中低壓放空煙囪氨含量恢復到正常值。

圖8 中低壓放空煙囪氨含量趨勢圖

6 結語

通過對中低壓放空煙囪氨含量高的原因進行分析，并針對原因采取相應的措施，成功降低了中低壓放空煙囪氨含量。同時，通過管線的改造，降低了系統的水耗，進一步促進了裝置的節能降耗。