三聚氰胺結晶器夾套保溫實踐應用總結

王軍喜,王穎和,黃 飛,原 峰

(潞安豐喜集團臨猗分公司, 山西臨猗 044100)

1 生產概況

潞安豐喜集團臨猗分公司5萬t/a三聚氰胺裝置(一期)采用加壓氣相淬冷法工藝。主要工藝流程是來自尿素裝置區的熔融尿液在反應器催化劑的作用下反應生成氣態三聚氰胺,三聚氰胺氣體經冷卻器、過濾器去除副產物后,在結晶器內冷卻形成三聚氰胺粉末[1]。三聚氰胺粉末和載氣經成品旋風分離器分離出三聚氰胺成品,然后經輸送管道送至成品料倉。該裝置同時產生含氨、二氧化碳尾氣,尾氣經稀氨水吸收后送至尿素裝置聯產尿素。

結晶器是三胺生產過程中形成產品的關鍵裝置,過濾器來的工藝氣進入結晶器頂部下行,與從下部射流管內由冷氣風機來的135 ℃左右的冷氣逆向接觸,淬冷結晶形成三胺固體,隨氣體進入成品旋風分離器,分離后的氣體進入尿洗塔洗滌,分離下來的三胺晶體進入壓力螺旋輸送到成品包裝工段。結晶器內部溫度一般控制在205 ℃左右,溫度低于三聚氰胺的結晶點,迫使氣態的三聚氰胺在此全部轉變為固態粉末[2-3]。

2 存在的問題

實際生產中,三聚氰胺在結晶器內壁上結晶比較嚴重,每次檢修時筒壁上有大量結壁。在生產過程中,結壁達到一定厚度或質量后,掉落至結晶器底部,將底部刮料裝置卡死或砸壞,直接影響產品質量及系統連運周期,嚴重時會導致結晶器刮料器無法啟動而被迫停車。

出現上述問題的主要原因是結晶器內壁溫度過低。該結晶器外壁保溫采用蒸汽伴熱保溫,具體結構是蒸汽盤管盤繞在結晶器外壁,管內通入2.2 MPa飽和蒸汽(溫度為210～220 ℃)。由于蒸汽盤管之間存在間距,加之蒸汽在盤管內流量不均,導致結晶器內壁溫度不均勻,因此造成“掛壁”現象。

3 改造方案

3.1 改造思路

為了解決結晶器內壁掛料“結壁”問題,從如何能保證均勻伴熱的角度進行了多次研究。討論過程中,受尿素、硫回收裝置中應用的保溫夾套閥啟發,一致認為結晶器保溫采用夾套形式,會達到均勻保溫的目的。

3.2 保溫介質的選擇

3.2.1 蒸汽

按傳統觀念在化工行業用蒸汽保溫,優點是來源方便,針對這個結晶器夾套保溫存在的問題是：保溫要達到220 ℃以上,必須使用過熱蒸汽或2.5 MPa的飽和蒸汽,蒸汽壓力高、溫度高對夾套的材質、鋼板的厚度要求比較高,不但增加制造成本,而且生產中存在較大的安全風險[4]。

3.2.2 高溫煙氣

三聚氰胺裝置有熔鹽爐,其煙氣溫度可達800 ℃,但煙氣中含有的二氧化硫會腐蝕夾套,對夾套材質要求較高,另外煙氣中的雜質會造成夾套堵塞,影響換熱效果。

3.2.3 高溫氮氣

三聚氰胺裝置煙道上設計有氮氣預熱器,氮氣通過煙氣加熱溫度可達410 ℃左右,且熱氮氣通過熱氣循環風機變頻調節,控制氮氣在結晶器保溫夾套中均衡運行,保證結晶器外壁均勻受熱,提高了夾套保溫效果,因此考慮用加熱后的氮氣做保溫介質,壓力控制在10 kPa左右即可滿足。

針對以上保溫介質分析論證后,認為選擇氮氣作為保溫介質不僅能保證溫度,而且壓力低,比較安全。

3.3 技術方案

3.3.1 氮氣流程改造

來自熱氣循環風機進口的氮氣經氮氣預熱器加熱至410 ℃通過保溫管道送入結晶器夾套,從夾套上端進入,經過內部導流板均勻分布后,沿結晶器外壁向下移動,降溫后的氮氣由側下方排氣口進入氮氣管道,經循環風機加壓后送至煙道上氮氣預熱器繼續循環加熱,往復循環使用。

3.3.2 保溫夾套改造

拆除現有的蒸汽伴管保溫及外部巖棉保溫層。

根據結晶器筒體尺寸,由設計院設計相應的保溫夾套。鑒于結晶器設備規格為Φ5 600 mm/Φ4 400 mm,因此夾套規格設計為Φ6 000 mm/Φ4 800 mm,內壁和結晶器外壁間距200 mm,夾套上部開設高溫氮氣進口,夾套下部開設2個氮氣出口。

夾套改造示意圖見圖1。

(a) 改造前

(b) 改造后

3.4 施工改造

因為夾套和結晶器外壁需要連接支撐,因此本次改造將結晶器夾套分三段吊裝。具體施工順序為：

(1) 拆除原設備保溫和蒸汽盤管。

(2) 焊接下部筋板、環板;起吊及組對結晶器下部夾套。

(3) 焊接上部晶器夾套和結晶器固定槽鋼;起吊及組對結晶器上部夾套。

(4) 組對及焊接上部導流板。

(5) 起吊及組對結晶器頂蓋。

4 改造后運行效果

根據設計先預制保溫夾套殼體及筋板50 d,停車后20 d改造完成。改造費用約142萬元。

改造完成后,結晶器夾套內氮氣分布均勻,結晶器壁溫穩定,運行效果明顯,結晶器內部“掛壁”現象消失,從原結壁厚達45 cm變為幾乎不產生結壁,極大地提高了產品的優級品率,系統實現了長周期連運,同時降低了工人檢修時的勞動強度,節省大量檢修時間。

5 結語

通過將傳統的蒸汽盤管保溫改成氮氣夾套保溫后,解決了結晶器內壁三聚氰胺“掛料結壁”現象,不僅保證了產品質量合格,而且生產裝置得以安全穩定運行,起到了良好的效果,可以為“氣相冷卻變為固相”的項目提供了新思路。