尿素水解装置问题分析

刘云刚 李晓音

（河南能源化工中原大化公司，河南濮阳，457004）

1 引言

中原大化2003年再建第三套三胺装置，同时配套建小尿素、高压废水及水解装置，其中，水解装置是将要排放的工艺冷凝液中的尿素分解成氨和CO2，再进行解吸，将氨和CO2从工艺冷凝液中分离出来，回收至生产系统，使处理后的水中氨氮值低于环保规定值，并且可送往锅炉作为给水或送往三胺装置的氨洗涤塔C8105。提高了装置的生产能力和技术水平，达到安全稳定、节能环保运行的目的。

2 工艺流程介绍

如图1所示，界区尿液送至一、二、三套三胺浓缩一、二段进行浓缩产生水含量小于0.05%的尿素溶液作为三胺产生的原料，而真空系统冷凝的含尿素2%、NH36%、CO23%的工艺冷凝液被送往工艺冷凝液储槽V8501（工艺冷凝液包含小尿素的预浓缩的工艺冷凝液），通过解吸塔给料泵P8501A/B送至解吸塔C8501，进入C8501之前先在解吸塔预热器E8501里与C8501底部排出液换热，被加热到120℃，流量由FIC80905控制，满负荷时30t/h。

图1 水解装置工艺流程图

解吸塔分上下两段，上塔顶部操作温度125℃，工艺冷凝液自上而下与底部蒸汽逆流接触，NH3和CO2被解吸出来，解吸塔操作压力由PV80914控制，压力为0.48MPa，解吸塔温度通过蒸汽调节阀FV80934控制，上塔液位由LV80926控制，下塔液位由LV80923控制.从上塔出来的溶液被水解器给料泵 P8502A/B送至水解器 R8501，在水解器R8501中，通入5.2MPa的高压蒸汽，尿素在3.45MPa、233℃的条件下水解成 NH3和CO2，气相与解吸塔气相混合后，送入塔顶冷凝器冷凝E8504，然后被收集在碳铵液储槽V8502，通过碳铵液泵P8503A/B送往新尿素装置（或大尿素装置）；另有一部分作为回流液被送往解吸塔顶部以控制塔顶温度，水解器操作压力由PV80955控制，温度通过FV80951加入蒸汽量来控制。出水解器的不含尿素的溶液与水解器换热器E8503换热后在LV80953控制下被送往解吸塔下段进一步被解吸，从塔底排出温度为153℃不含NH3、尿素的工艺废水经E8501和E8502换热后降至50℃送往锅炉作为给水或送往三胺装置的氨洗涤塔C8105。

解吸塔操作压力由PV80914控制，压力为0.38MPa，解吸塔温度通过蒸汽调节阀FV80934控制，上塔液位由LV80926控制，下塔液位由LV80923控制［1］。

3 存在问题及分析

3.1 系统压力不易控制

在历来运行中，经常出现PI80914压力过高，压力波动较大给操作带来很多的困难，也给设备造成了极大的威胁，PV80914控制已无法保证水解塔C8501、V8502、E8504正常运行。

（1）原料尿液不合格，斯纳姆尿素生产装置送至三胺装置的尿液浓度达不到设计值，界区尿液浓度不达标，导致工艺冷凝液中氨含量超过原设计值。

表1 工艺冷凝液成分表

（2）小尿素装置中压、低压分解系统分析回收不达标，中压分解器E3803因长年运行结垢严重如图2，在E8303管侧经过2011－2014年的三次大修之后，还有7根有不同程度的堵或不畅，经过工艺检查有60%管径有不同程度的减小，这对于换热效果有着极其大的不利，进一步增加了热阻，使得中压分解不够完全，增加了低压系统的负荷。

图2 E8303清洗前后对比

低压系统因为二循一冷换热器E8305的结垢换热效果不佳，导致低压放空阀位过大。为提高二循一冷E8305、二循二冷E8306的冷凝吸收效果，在设备工艺条件允许的情况下，经过一系列的研究、试验后，将低压压力由原来的0.25MPa提高至0.35MPa［2］，这给低压分解器E8304的分解回收氨、二氧化碳增加负担，使预浓缩的尿液中含有的氨、二氧化碳增加。

对中、低压分解器结垢问题，总结过去，以前的大修对E8303、E8304的重视程度不够，很少对其进行清洗，我们制定了大修检修制度，保证每次大修都对其进行打开清理，从这几次大修的效果来看，正在逐渐向好的方向发展。

3.2 管线设计不合理

PV80914放空至V8501原设计管线为2寸，其管道走向有较多的直角拐弯，并且调节阀设计在管中平台，其两端成水平状，不利于冷凝液的流出，会造成碳铵液结晶堵塞管线。并且其伴热使用二套三胺的LS管网，水解系统处于二套三胺低压蒸汽管网尾端，其温度受压力影响较大；原伴热疏水器因常年运行，导致其疏水效果不佳。

对此我们给V8502加装了管径较大的3寸放空管线，用于在原PIC80914无法正常调节时，现场可通过此管线控制压力；对伴热疏水器定期检查更换维修，以保证其压力调节正常。

3.3 水解装置超负荷运行

（1）负荷已到达原设计负荷的110%，一、二、三套三胺装置反应器负荷均由原来的设计值100%负荷，通过扩能改造提升至120%；三套三胺装置反应器更换反应器刺刀管后，将负荷提至105%。

（2）近年因国内对环保的不断重视，环保政策的不断变化，对于化工企业的绿色生产提出了更高要求。我们将小尿素生产装置原有就低排放CY改为CD排放收集密闭地下槽内，地下槽内含有少量氨、甲铵等的废水，最终送至水解的V8501内，通过水解装置处理合格后外送。

3.4 气温影响

夏季到来时，冷却水温度可达到33℃，较原设计值30高出3℃，这给三胺装置浓缩一、二段真空带来一定的困难。与此同时，界区循环水温度影响C8501顶部冷凝器E8504的冷却效果，导致较多的气态介质无法冷凝，进而影响PIC80914对解析塔压力的控制。

3.5 外送精制水电导不合格

（1）工艺冷凝液中尿素含量超过原设计值

三套三胺装置浓缩系统一、二段出现漫液、带液现象，浓缩系统的V101、V102液位计采用隔膜压差式液位计，在长期的运行过程中，如果出现隔膜上结晶等问题，均会出现液位指示漂移，导致液位过高，出现漫液、带液。

经过研究和各方面沟通，我们在总结以往操作经验，参照二段设计理念。我们对三胺装置浓缩现场视镜加装摄像头，将信号传送至主控，以便于主控对一段液位做出正确判断和处理。

（2）小尿素五台大泵填料漏

小尿素高压机泵P8302ABC、P8301AB，这五台大泵填料冲洗水是由P8104出口提供，经过五台大泵之后送至水解装置区。在这一过程中必定的会存在机泵填料微漏或者突然泄露的情况，这会使送往V8501的工艺冷凝液中氨、二氧化碳超标，导致水解系统无法正常合格操作。

针对这一问题，我们总结五台大泵填料泄露的现象、出现的问题，我们队工艺操作人员进行了培训，制订了相应的应对方案以便及时发现并处理问题，为保证五台大泵填料正常运行，我们还每隔1小时对其填料温度进行测量。

（3）二套高压废水的精制水的回收

2011年11月因环保压力，将二套三胺高压废水精制水改造至C8501下塔及高速泵P8502入口，使精制水在解析塔下部进一步的水解解析，保证外送水的合格，每小时约8－10吨。在二套高压废水工况异常时，少量的聚合物OAT进入解析系统，解析系统无法对OTA进行有效的分解，会导致外送电导高［3］。

（4）界区尿液中含有甲醇等有机物

在斯纳姆尿素生产装置中，为扩能保证二氧化碳的供量，将煤化工项目的4000－6000标方二氧化碳引用至天然气化工装置。在引用初期，小水解的精制水电导 AI80930由70As/us涨至120As/us，经过取样分析与反复实验，发现其工艺冷凝液中含有少量的甲醇。少量甲醇经过合成塔，以尿素的形式通过三胺的一、二段真空系统，带至小水解系统，而甲醇无法在水解系统中分解，导致外送精制水电导上涨。

（5）尿素分解不完全

从历次的经验来看，每当三胺装置停车热洗浓缩一、二段时，会有大量的尿素、部分缩二脲通过工艺冷凝液进入水解系统。

针对这一问题我们吸取同行的先进经验，采取将R8501的压力由原来的3.35MPa提高至3.7MPa，以保证尿素在水解器内尽可能的水解。同时，如果出现上述情况，工艺将水解负荷降至最低，将工艺冷凝液暂时存放在V8501，等工况好转后再增加负荷拉低液位。

3.6 C8501上塔填料容易损坏

2008年、2011年均出现上塔填料腐蚀严重如图3所示，其上塔顶层分布器、填料均不腐蚀，经过分析发现，存在以下原因：

（1）R8501进C8501气相无分布器，温度过高，R8501操作温度TI80952指标为220－240℃，为节能其气相走C8501上塔，温度相对较高，上塔温度测量TI80925位于塔的东南面，进料管线则是在西北方向并且只有一根简单的管子，没有气相分布器，测温点无法正确指示其真实温度。

图3 C8501上塔填料腐蚀对比

（2）P8503回流分布器腐蚀导致回流跑偏，水解超负荷运行，P8503回流至C8501顶部的的碳铵液浓度远远超过设计，在长时间的运行过程中，回流分布器腐蚀脱落，导致碳铵液回流跑偏，在上层填料上部无法正常分布，同时，也给压力控制带来困难，压力的大幅度波动，将填料层吹翻，加剧了腐蚀。经过反复的理论计算及现场水模拟实际操作发现，其回流分布器由于开孔过大，孔数过多，使P8503在最小流量时会出现回流分布器处于半空状态，碳铵液因受热快速分解对分布器造成极其严重局部应力腐蚀［4］。

（3）解吸塔填料材质无法满足要求

水解装置原设计负荷为28t/h，而现在的运行负荷为33t/h，上塔直接接触浓碳铵液的316填料无法满足正常的要求。

在2011年冬季大修时我们与解析塔厂家联系沟通，将上塔填料提高了一个等级，更换为316L，以保证超负荷下的填料需要；与此同时，对R8501进C8501气相管线加装分布器，以保证高温气相能均匀的分布。

4 结论

在尿素水解装置中，我们经过长时间的运行，通过技术创新，积累经验，优化分析操作中的各项疑难问题，积极吸收目前先进的回收和生产技术，充分实现了氨、二氧化碳回收再利用，降低了生产成本，切实做到了节能环保，产生了很好的社会效益和经济效益。

［1］汪志宏，孙建堂，刘艳飞，等.三聚氰胺装置操作手册［Z］.河南：河南煤化集团中原大化公司，2010.

［2］汪志宏，赵立新，刘彦伟，等.三聚氰胺装置设备手册［Z］.河南：河南煤化集团中原大化公司，2010.

［3］冯敏﹒现代水处理技术［M］.北京：化学工业出版社，2006.

［4］黄兴军.浅析化工设备的防腐管理［C］.2004年全国化工、石化装备国产化暨设备管理技术交流会会议论文集，2004：61－63.