一段蒸发温度提不起来的原因剖析

赵臣刚

（沧州大化股份有限公司，河北沧州 061000）

我公司尿素装置是上世纪70年代初期从荷兰引进的日产1 620t、年产480kt大型CO2汽提法装置。自从1977年投产以来，蒸发系统进行了很多改造，但主要集中在二段蒸发部分，如增加百叶窗，增加冲洗点，改用大的升压器（702L）。近几年一段蒸发经常出现问题，表现为一段尿液温度提不起来，特别是在高负荷情况下尤其明显。本文就这一问题作一分析。

由于尿素特殊的结晶性质，现都采用二段蒸发、二段分离，流程示意如图1。

图1 蒸发系统流程示意

尿液通过泵303J进入一段蒸发器（401C），流量由FIC401控制，一段蒸发器是一个立式管壳式加热器，尿液顺管壁成膜状往上流动，所用的加热源是高压甲铵冷凝器（202C）副产的0.3MPa蒸汽。

蒸发器出来的液气混合物在分离器（401F）中分离，被蒸出的水蒸气在一段蒸发冷凝器（702C）中冷凝。真空由一段蒸发加热器的喷射器（701L）维持，压力控制为27kPa。浓缩后的尿素溶液经一U型管离开一段分离器，进入二段蒸发加热器（402C）。压力进一步变为3.2kPa。用0.8MPa蒸汽加热，在此溶液浓缩到99.7%。来自二段蒸发的液体和蒸汽在二段分离器（402F）中分离，浓度为99.7%的尿液由二段分离器的底部进入尿素熔融泵（401J），经401J送入造粒塔顶的喷头（601L），通过旋转的倒锥形喷头将尿液甩出去，在降落的过程中，由造粒塔底部送入空气冷却，使尿素液滴成为粒子，送往成品车间。

一段蒸发温度提不起来的原因分析如下。

1 工艺方面

（1）负荷高

随着CO2负荷的提高，生成的尿液量增多，在CO2负荷（FL0001）110%时，蒸发的流量（FIC401）最高达到120m3／h，而这时一段蒸发所用的加热源是202C副产的蒸汽。随着CO2负荷的提高，势必会使PIC206的压力降低，即202C的0.3MPa蒸汽压力降低，也就是说一段蒸发流量加大了，而加热源0.3MPa蒸汽压力却降低了，造成了一定的供需矛盾。如在FL0001为110%、FIC401为120m3／h时，一段蒸发温度降到120℃左右，低于设计温度（128～132℃），而更接近于结晶温度（116～118℃），所以此时操作比较危险。

这种情况处理起来是很困难的，因CO2负荷不能减，PIC206压力不能提高，那么高压系统生成的尿液量或者说通过FIC401的尿液流量就不会少。由于现在加入了双氧水（高压系统加入H2O2代替部分空气防腐），使PIC206的压力有一定的提高，但效果不是很明显，只能再寻找别的方法加以处理。

（2）低压压力偏高

由于高压合成系统CO2转化率低或汽提效率降低，都会造成低压系统压力（PIC304）偏高，进而直接影响到蒸发系统。302F压力控制不好，使PIO309压力太高，尿液泵入口游离NH3增高，尿液浓度降低，也会影响一段蒸发温度。经分析，PIO309的压力经常在70～80kPa，303J前尿液浓度、游离NH3都在正常范围。

（3）904F的压力

因为0.3MPa蒸汽在401C中作功后冷凝液排入904F中，如降低904F压力，也就是最大限度地使用0.3MPa蒸汽，也不大可能。原因有以下几点：①904F压力有设计指标限制（设计压力为0.07MPa），不能太低；②904F冷凝液作为氨预热器（101C）、液氨加热器（102C）的热源，如降得过低，会影响到液氨的加热，进而影响到高压系统，因此也不能降低904F压力。另外，还怀疑仪表加热阀PV401（一段蒸发加热器401C的蒸汽加热阀门）开关不到位，液体分布器底部脱落，列管泄漏，及四块折流板脱落或变形，但经过检查及试验都否定了。综上所述，一段蒸发温度提不起来不是工艺方面的原因。于是寻找设备方面的原因。

2 设备方面

（1）由图2看，蒸汽从N2进入，经过4块折流板均匀加热，使列管中的尿液升温，如是折流板脱落或变形，都会影响401C内蒸汽的分布。在2007年大修中割开中间一块检查，发现折流板完好无损，由于有4块折流板，不能把整个设备都割开，故没有检查其他折流板。

图2 蒸发分离器示意

（2）疏水器工作不好

蒸汽在401C中作功后，变成冷凝液排入冷凝液闪蒸槽（904F），在排冷凝液的主管线上原设计有一副线阀及两个疏水器，管子直径为φ108mm。在高负荷情况下，2个疏水器都全开，副线阀稍开一点；不能开大副线阀，为防止没作功的蒸汽从此处大量进入904F。考虑401C底部冷凝液排不掉，2008年5月大修中又在401C底部加了一根φ57mm管子，带一个疏水器来增加401C中冷凝液的排放，改造后效果不是很明显。

（3）列管结垢

尿液从N1进入，经液体分布器，均匀分布进入列管，在列管内形成膜状，由下往上，流速是70m／s。由于在设备内部不可避免地存在油泥及焊渣，有可能粘在壁上，2008年8月7日利用合成停车处理一单向阀门的机会，拆开401C下液封头，检查冲洗401C的1 300根列管，结果冲洗下来大量的油泥（事后化学分析是Fe3O4），这样，再开起车来以后，一段蒸发温度就有了很大变化，从表1可看出来。

从以上原因分析及处理情况看，最主要的是401C内部结垢太严重，影响了蒸汽传热，同时从表1也反映了另外一个问题，那就是随着CO2负荷的增高（特别是现在超过原设计能力），由原来的日产1 620t增高到1 800t，对一段蒸发加热器的能力提出了严峻的考验。

3 建 议

（1）在一段前增加一尿液预热器，来减轻一段的负荷，使一段的裕度增加。

（2）换一台大的401C，以便适应目前的高负荷生产。

表1 清洗开车后一段蒸发操作参数