尿素裝置蒸汽消耗量大的原因及處理措施

李羅真，王 強

(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化肥一期尿素裝置采用斯納姆氨汽提法尿素生產工藝，設計產能為1 765 t/d。隨著尿素裝置運行年限的增加，裝置缺陷逐年增加，不但影響裝置的安全穩定生產，而且導致裝置的蒸汽消耗量增加，特別是裝置在95%負荷以上生產時，蒸汽消耗質量流量達到86 t/h以上。

分析尿素裝置蒸汽消耗量大的原因有二氧化碳壓縮機組真空度大、真空預濃縮器換熱效果差、高壓蒸汽減壓閥(PV41048)內漏、中壓分解塔溫度低。為此，筆者對造成尿素裝置蒸汽消耗量大的原因進行具體分析，并提出一系列解決措施。

1 二氧化碳壓縮機組真空度大

該尿素裝置二氧化碳壓縮機組由意大利新比隆公司設計制造。二氧化碳壓縮機組的作用是將來自合成界區壓力為0.153 MPa、溫度為40 ℃的二氧化碳氣體壓縮至15.6 MPa后送入合成塔，以滿足尿素生產工藝條件。二氧化碳壓縮機組由蒸汽透平、壓縮機低壓缸、增速箱和壓縮機高壓缸串聯組成，分為兩缸四段十三級[1-2]。蒸汽透平型號為ENK-40/45，屬于單缸(帶內缸)、抽汽、注汽、冷凝式汽輪機。蒸汽透平工藝流程見圖1。

FV41026—流量控制閥；LV41038—液位控制閥。

二氧化碳壓縮機組蒸汽透平以蒸汽為動力，帶動轉子旋轉做功；真空度越大，消耗蒸汽越多。因此，透平真空度(PI41064)是運行中的一項主要控制指標。從2018年5月開始，PI41064開始逐漸增大，最高達到了14.0 kPa，不但影響二氧化碳壓縮機組的耗氣量，而且威脅二氧化碳壓縮機組的安全穩定運行。

分析二氧化碳壓縮機組真空度大的原因有：真空噴射器內部結垢和真空系統疏水器堵塞。

1.1 真空噴射器內部結垢

二氧化碳壓縮機組大修時隨機拆除一級真空噴射器、二級真空噴射器、輔助真空噴射器進行檢查，發現真空噴射器內部結垢，管道內部凹凸不平，氣體流通面積減少(見圖2)。

圖2 真空噴射器內部圖

真空噴射器的工作原理為蒸汽進入噴嘴后，經光滑的流道高速噴出，產生低壓，將空氣吸入并在混合室混合后送至冷凝器冷凝，形成高真空。真空噴射器內部結垢直接導致蒸汽流動受限，流量不穩，產生不規則氣流擾動，嚴重影響真空噴射器的工作效率，從而導致不凝氣在蒸汽透平冷凝器累積，導致真空度變大。

處理措施為：

(1)拆開真空噴射器，對真空噴射器進行除垢處理。

(2)打磨蒸汽流道。

(3)對拆開的法蘭、墊片進行維護更換。

1.2 真空系統疏水器堵塞

對真空系統一抽、二抽疏水器進出口溫度進行連續監測，結果見表1。

表1 疏水器進出口溫度

由表1可以看出：一抽疏水器進出口溫差為6 K，二抽疏水器進出口溫差為23 K。一抽疏水器運行正常,而二抽疏水器進出口溫差過大，說明二抽疏水器有堵塞現象，排水不暢(正常排水后溫度應大于45 ℃)。真空的形成是真空噴射器與冷凝器共同作用的結果，真空噴射器抽出的惰氣在冷凝器內冷凝，如果排水不暢會引起換熱面積減少，冷凝效果差將直接導致真空度變大[3-4]。

處理措施為：

(1)停車時對疏水器前過濾網進行檢查清理。

(2)利用停車機會更換新的疏水器。

(3)加強疏水器進出口溫度檢測。

經過以上措施后，尿素裝置開車后，二氧化碳壓縮機組真空度從14.5 kPa下降至10.5 kPa，二氧化碳壓縮機組節省蒸汽質量流量約1 t/h。

2 真空預濃縮器換熱效果差

離開低壓分解塔貯槽質量分數約為70%的尿液首先進入真空預濃縮器分離器，減壓釋放出的閃蒸汽在此進行氣液分離，溶液進入真空預濃縮器的加熱段，溶液中的殘存甲銨被殼側的甲銨冷凝熱加熱分解，分離出來的氣體由真空預濃縮器分離器進入真空系統進行冷凝回收。由真空預濃縮器貯槽出來的質量分數約為85%的尿液經尿素溶液泵送到蒸發加熱器加熱蒸發尿液中的水分。蒸發加熱器為升膜式加熱器。氣液混合物在蒸發分離器中進行氣液分離，氣體與真空預濃縮器分離器來的氣體匯合去真空系統。蒸發分離器中分離后的液體收集在真空分離器貯槽中用造粒給料泵送去造粒系統。為保證送往造粒系統的尿液濃度，同時避免生成過多的縮二脲，需控制蒸發加熱器溫度在135～138 ℃。蒸發系統工藝流程見圖3。

L-103—低壓分解塔貯槽；V-104—真空預濃縮器分離器；E-113—真空預濃縮器；L-104—真空預濃縮器貯槽；P-106A/B—尿素溶液泵；TI41050—溫度測點；E-114—蒸發加熱器；TIC41051—蒸發加熱器溫度；V-107—蒸發分離器；L-107—真空分離器貯槽；P-108A/B—造粒給料泵；E-106—中壓甲銨冷凝器；V-102—中壓分離器；LS—低壓蒸汽；LC—低壓蒸汽冷凝液;TI41047—真空預濃縮器管側出料溫度。

2020年，真空預濃縮器管側出料溫度呈現下降趨勢。2019年1月—2020年6月真空預濃縮器管側出料溫度見表2。

表2 真空預濃縮器管側出料溫度

從表2可知：真空預濃縮器換熱效果差導致其管側出料溫度不斷下降，造成尿液進入蒸發加熱器溫度也低。為了保證蒸發加熱器的加熱溫度，需要消耗更多的蒸汽。

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1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。

處理措施為：聯系維修人員對裂縫進行焊接，并徹底清理結垢、疏通孔堵。

裝置開車后，真空預濃縮器管側出料溫度恢復至97.1 ℃，節省蒸汽質量流量約1 t/h。

3 高壓蒸汽減壓閥內漏

壓力為4.9 MPa、溫度為380 ℃的高壓蒸汽來自合成裝置，主要用于蒸汽透平和水解器。在停車或事故狀態下,高壓蒸汽可通過高壓蒸汽減壓閥直接進入中壓蒸汽管網。中壓蒸汽來自于蒸汽透平抽汽，正常生產中，中壓蒸汽壓力自控值設定在2.15 MPa，蒸汽透平自動調速系統根據中壓蒸汽壓力變化情況來調節高壓閥和低壓閥開度，使中壓蒸汽壓力保持在2.15 MPa。蒸汽管網流程見圖4。

PV41048—高壓蒸汽減壓閥；HV41020—注汽控制閥；ATM—大氣放空。

正常生產時，高壓蒸汽減壓閥處于全關狀態，其前后切斷閥處于全開狀態。2022年1月工藝人員現場巡檢發現高壓蒸汽減壓閥后有節流聲音，漏量較大。檢查后發現高壓蒸汽減壓閥行程處于全關狀態，但閥芯內漏，導致較多的高壓蒸汽從此處流向中壓蒸汽管網，造成尿素裝置蒸汽消耗量大。

處理措施為：

(1)現場人員關閉高壓蒸汽減壓閥前切斷閥，如有需要再打開。

(2)對高壓蒸汽減壓閥進行檢修，恢復其正常使用狀態。

通過以上措施，尿素裝置節省蒸汽質量流量約1.3 t/h。

4 中壓分解塔溫度低

中壓分解塔為列管式換熱器，分上下兩段(E-102A和E-102B)后，列管和管板采用脹接和密封焊連接。中壓分解塔上段用0.60 MPa的增壓蒸汽加熱，蒸汽冷凝液經過疏水器回收至高壓甲銨冷凝器。中壓分解塔下段用來自汽提塔蒸汽冷凝液分離器的蒸汽冷凝液加熱，蒸汽冷凝液壓力為1.9 MPa，換熱后的冷凝液經過液位控制閥(LV41009B)回收至高壓甲銨冷凝器。正常情況下，為保證中壓分解塔溫度，工藝上用壓力為2.15 MPa的中壓蒸汽對中壓分解塔下段進行加熱，蒸汽流量由閥門(HV41011)控制。

2022年1月尿素裝置開車后，中壓分解塔溫度(TIC41021)偏低，在加熱蒸汽閥門全開的狀態下仍然多次出現低于153 ℃的情況(正常情況下中壓分解塔溫度應控制在153～160 ℃)。同時，增壓蒸汽壓力偏高，達到了0.68 MPa，導致中壓后系統負荷高、裝置蒸汽消耗量大。

原因分析：(1)中壓分解塔上段的一個疏水器存在故障，降低了蒸汽冷凝液流通量，從而導致中壓分解塔上段換熱效果下降、增壓蒸汽壓力高；(2)尿素裝置長時間運行，中壓分解塔換熱管結垢嚴重。

處理措施為：

(1)打開中壓分解塔上段疏水器副線以滿足蒸汽冷凝液流通量。

(2)對損壞的疏水器進行更換。

(3)尿素裝置停車檢修時，聯系外委單位對中壓分解塔進行處理，經過采用120 MPa的高壓水射流反復清洗6次達到了驗收標準。

經過以上措施后，中壓分解塔溫度恢復正常，達到158 ℃以上，增壓蒸汽壓力恢復到原來的0.60 MPa。同時，在蒸汽閥門(HV41011)關閉的狀態下中壓分解塔溫度仍能合格，尿素裝置節省蒸汽質量流量約1 t/h。

5 結語

經過以上各項措施后，目前尿素裝置在95%負荷以上生產時，裝置蒸汽消耗質量流量約為81.5 t/h，不但保證了裝置的安全穩定運行，而且也促進了裝置的節能降耗。