斯納姆氨汽提尿素裝置改造小結

付常雷,孫喜慶

(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一期尿素裝置采用海德魯流化床大顆粒尿素生產工藝,設計產能為1 765 t/d,主要生產粒徑為2.0～4.75 mm大顆粒尿素。該裝置自1996年10月投產以來已連續運行26 a,工藝運行穩定,產品質量合格率高。但在近期的運行過程中,發現液氨過濾器進出口三通閥故障率高,單臺不能有效隔離更換濾芯;尿素造粒給料泵汽化;尿素造粒機煙囪氨含量偏高等問題。對生產過程中出現的工藝及設備問題進行分析,從安全生產、節能降耗等方面考慮,采取針對性的改造措施。

1 氨過濾器的改造

1.1 氨過濾器作用及改造的原因

氨過濾器原設計見圖1。該氨過濾器容積為210 L,2臺并聯,進口、出口各通過1個一體式三通球閥連接[1]。三通球閥的作用是過濾合成氨裝置送來的液氨,去除液氨內存在的觸媒粉等,防止雜質進入,從而損壞高壓氨泵機封摩擦付密封面,引起機封泄漏。運行過程中,三通球閥內漏且連接方式不可靠,不能對2臺氨過濾器進行有效隔離,達不到在線清洗更換濾芯的目的,給尿素生產帶來重大安全隱患[2]。

S102A/B—氨過濾器;V105—液氨儲罐;CD—密閉排放;1″-VD04—DN25切斷閥;1/2″-VD04—DN15切斷閥。

1.2 氨過濾器改造設計

將氨過濾器調轉180°,去掉進口、出口原有的一體式三通球閥。在進口與出口處各增加1個三通接頭。在分支管線各加1個DN100切斷閥。

各分支管線增加1個導淋。進出口管線材質與原管線保持一致。原充氮氣管線根據轉向后適當調整。改造后的氨過濾器設計見圖2。

1.3 改造效果

新氨過濾器結構設計合理。設備投用后,系統引液氨確認,截止閥可靠性高,氨過濾器可以單臺隔離后更換濾芯。該改造消除了原氨過濾器結構不合理對尿素裝置的影響。

2 脲醛樹脂(UF)系統的改造

2.1 UF溶液的成分及作用

UF溶液是由質量分數為37%的甲醛溶液與質量分數為96%的尿液按照1∶5質量比混合而成的。UF溶液作為一種添加劑可以起到凝結尿素、防止尿素成品結塊、降低粉塵產生、提高產品質量、增長造粒機運行周期的作用;同時,UF溶液與尿素混合形成部分長鏈化合物,可以使尿素作為肥料時起到緩釋作用。

2.2 UF系統工藝流程

UF系統的工藝流程見圖3。來自尿素造粒給料泵出口的96%尿液,與來自甲醛泵37%甲醛溶液混合后送入UF溶液反應器。通過UF溶液反應器內攪拌槳攪拌,使尿液與甲醛溶液充分混合反應。混合后UF溶液溫度為80～90 ℃,壓力為0.2 kPa。甲醛溶液在與尿液混合前先加入少量稀氨水,將甲醛溶液pH調節至7.0～8.5。在UF溶液反應器中反應后,生成UF溶液,該溶液由UF溶液反應器上部排出,經過濾后進入尿素造粒給料泵入口,最后送入造粒系統。

圖3 UF系統工藝流程

2.3 UF溶液反應器出液口改造

設備原始設計中,UF溶液反應器出口管位于設備頂端以下20 cm處(見圖4)。裝置大修過程中,解體UF溶液反應器,發現出液口上下管壁存在明顯色差。設備經過長時間運行,出液口以上存在明顯惰氣積存。當惰氣積存到一定程度,隨著UF溶液進入造粒給料泵進口,造成機泵汽化;裝置加減甲醛溶液或者尿液時,UF溶液反應器內原平衡發生改變,惰氣隨著UF溶液進入造粒給料泵進口,造成機泵汽化。針對該問題,對UF溶液反應器出液口進行改造,將出液口改在設備頂部,原出液管增加切斷閥(見圖5)。

圖4 改造前UF溶液反應器

圖5 改造后UF溶液反應器

2.4 改造效果

UF溶液反應器出液口改造后,UF溶液直接從設備頂部排出,避免了UF溶液反應器長時間運行,設備頂部惰氣積存。設備投用后,造粒給料泵汽化次數大幅下降。該改造保證了機泵本身的運行安全,也減少了對尿素造粒系統的影響,取得了較好的效果。

3 水解解吸系統出液管線的改造

3.1 水解解吸系統的作用及改造的原因

水解解吸工序是將蒸發系統和密閉排放系統的工藝冷凝液(氨質量分數為6.32%、二氧化碳質量分數為1.17%、尿素質量分數為0.42%)處理成含氨質量分數<0.19、二氧化碳質量分數<0.11%、尿素質量分數<0.000 3%的工藝溶液。該溶液經工藝冷凝液泵升壓至0.49 MPa。工藝冷凝液泵出口有4個走向(見圖6):(1)送至造粒洗滌系統,用來洗滌吸收造粒系統產生的尿素粉塵。(2)送出尿素界區。(3)如果工藝冷凝液不合格,則循環至工藝冷凝液儲槽。(4)工藝冷凝液長期不合格,則可輸送至尿素裝置廢液儲罐。

圖6 工藝冷凝液泵出口走向

裝置開車時,水解解吸系統尚未正常運行。工藝冷凝液中氨、二氧化碳、尿素含量超標。此時造粒洗滌系統需要提前運行,攜帶氨的不合格工藝冷凝液進入造粒洗滌系統,最后從造粒煙囪排出,造成氨排放指標升高,嚴重時排放不合格,污染環境。

3.2 水解解吸系統出液管線改造

在水解解吸系統工藝冷凝液泵至造粒洗滌系統管線上增加1條脫鹽水管線,見圖7[3]。

圖7 工藝冷凝液泵出口增加脫鹽水管線

3.3 改造效果

改造前,裝置開車時,水解解吸系統運行不合格,造粒洗滌系統提前運行時,造粒煙囪氨排放量不達標。投用改造的脫鹽水后,造粒煙囪氨排放量大幅下降,保證了煙囪的合格排放,該改造取得了良好效果。

4 其他改造

4.1 尿素界區蒸汽閥增加副線改造

原始設計尿素界區蒸汽總閥未設置副線。建立蒸汽管網時,由于閥門前后壓差過大,開關困難,稍開閥門進行暖管時,蒸汽流量不易控制,極易導致升溫過快,管線水擊現象。在蒸汽總閥處增加小副線,暖管時,可先通過小副線進行暖管并升壓至閥門兩側平衡,蒸汽流量容易控制,閥門開關容易,解決了管線水擊與升溫速率過快問題。

4.2 尿素廢液罐密閉放空(BD)管線增加蒸汽吹掃改造

尿素廢液罐為常壓儲罐,于2009年建成。尿素廢液罐的作用是回收儲存尿素裝置異常工況下產生的工藝廢液。在使用中發現,廢液中尿素含量較高時,尿素揮發至廢液罐頂部,引起廢液罐BD管線頻繁堵塞,威脅罐體安全。為解決該問題,在BD管處增加低壓蒸汽進行連續吹掃,消除了管線堵塞的風險[4]。

5 結語

近年來,中海石油化學股份有限公司一期尿素裝置在設備維護與環保排放管理方面進行了大量的工作。氨過濾器與UF系統的改造,對設備結構進行優化,有效地解決了三通球閥故障率高與UF溶液反應器出液口設計缺陷;水解解吸出液管線的改造,解決了裝置開車過程中,造粒煙囪排放不達標的問題。通過合理的技術改造,提高了設備的運轉效率,保障了設備運行安全,在節能減排、安全環保、減低員工勞動強度方面做出重大貢獻。