CO2汽提尿素工艺设备升温钝化与高压洗涤器腐蚀原因浅析

牛 斌

(山西兰花科技创业股份有限公司山西晋城048000)

王 有

(山西兰花科技创业股份有限公司田悦化肥分公司山西晋城048102)

CO2汽提尿素工艺设备升温钝化与高压洗涤器腐蚀原因浅析

牛 斌

(山西兰花科技创业股份有限公司山西晋城048000)

王 有

(山西兰花科技创业股份有限公司田悦化肥分公司山西晋城048102)

尿素装置防腐蚀的重点在高压系统，在化工投料前，必须进行高压系统设备钝化处理。在常温下，氧化膜生成速度比较慢，而且质量也不好;只有在较高的温度和一定的压力且有氧及水蒸气存在的情况下，氧化膜生成速度才能加速，而且牢固。高压系统中汽提塔、高压甲铵冷凝器、尿素合成塔和高压洗涤器的升温与钝化是同时进行的，其升温钝化的好坏将直接影响高压设备的使用寿命。在实际生产中，成品中镍含量偏高时，仅高压洗涤器存在明显腐蚀。通过对CO2汽提尿素装置高压系统设备升温钝化方法的分析，发现对高压圈的升温钝化存在误区，即高压洗涤器只升温无钝化，后结合实际情况进行调整，旨在改善高压系统设备钝化效果，提高装置安全运行性能。

1 高压系统设备升温与钝化

1.1 CO2气体、蒸汽冷凝液升温钝化

此方法的特点是将3台高压换热设备壳侧加热后，再将高压CO2气体逐渐引入高压系统，在系统升压的同时逐渐进行尿素合成塔升温。升温时以尿素合成塔壁温作为操作控制点，温度通常要升到125℃以上才认为升温结束。钝化开始所具备的条件:①汽提塔壳侧蒸汽压力为2.0MPa，高压调温水温度为130℃，低压蒸汽汽包压力为0.55MPa;②高压系统压力为8.0～10.0MPa，合成塔壁温为125℃以上;③CO2气体中加氧量＞1%(体积分数);④CO2气体被水饱和。钝化开始后即在上述条件下连续保持8h以上，可认为钝化结束。

1.1.1 升温钝化前

将尿素合成塔放空阀和中压吸收塔放空阀打开，另需将尿素合成塔出料管用水充满，因此还要进行高压冲洗水泵试车。试车时，高压水不能进入高压系统而应返回水贮槽。当高压冲洗水泵出口水压升高至15.5MPa时，检查高压水去水贮槽的调节阀开度。如调节阀开度为20%以上，表明高压冲洗水泵的运行状况良好，调节阀能自动控制高压水的压力，试车完毕。高压冲洗水泵的流量应控制在5m3/h，泵运行10min就能将尿素合成塔出料管充满，达到液封的目的。

1.1.2 高压设备的升温

首先进行汽提塔加热，从常温升至100℃需2h左右，汽提塔预热是用壳侧蒸汽来实现的。打开壳侧高点的排气阀，稍开高压蒸汽饱和器进汽副线阀，缓慢将蒸汽引入汽提塔壳侧，防止发生水击。气体排尽后，关小排气阀，使一定量蒸汽由此排出。随着蒸汽不断通入，蒸汽冷凝液逐渐增多，高压蒸汽饱和器形成液位，此时过多的蒸汽冷凝液可由高压蒸汽饱和器下部的排放阀排出。汽提塔壳侧压力由常压逐渐升高至2.0MPa需8h左右，此时汽提塔已具备钝化条件。

高压甲铵冷凝器也用提高壳侧冷凝液温度的方法来使之升温。首先在其壳体内加入常温冷凝液，然后从下部开工用蒸汽进口管通入0.8MPa或2.0MPa蒸汽，提高冷凝液的温度，使设备升温。

由于汽提塔和高压甲铵冷凝器的壳体上均设计有膨胀节，能适应热膨胀，故其升温速率比尿素合成塔稍快些，通常升温速率在50℃/h以下。

高压洗涤器在加热前，先在壳体内充满常温冷凝液，使高压调温水系统建立循环，然后向高压调温水管的夹套内通蒸汽加热高压调温水，逐渐使高压洗涤器升温。

尿素合成塔的升温在高压系统升压时进行。如果低压蒸汽压力过高，高压甲铵冷凝器壳侧给出的热量多，当CO2通入后，带至合成塔的热量就会增多，故在CO2通入高压系统之前，低压蒸汽汽包的压力应控制在0.2MPa左右，不宜太高。尿素合成塔的升温速率不易控制在允许值内，因此，低压蒸汽压力在此时只能按照尿素合成塔的升温速率来逐步提高。

1.1.3 高压系统升压

当CO2压缩机运行正常、且CO2压力已升至10.0MPa时，即可将CO2送入高压系统进行升压。升压可分为2个阶段:由常压升至2.0MPa为一个阶段(需1h)，另一阶段是从2.0MPa升至10.0MPa。升压过程也是尿素合成塔升温的过程，应两者兼顾，尿素合成塔的升温速率以壁温计≤12℃/h。系统压力达2.0MPa后，可认为是高压系统第2阶段升压的开始，继续打开主阀，逐渐将CO2全部导入系统。此时改用尿素合成塔放空阀控制升压速率，控制在3.0MPa/h。

在高压系统压力达2.0MPa后，将高压水送入CO2进汽提塔的管线中，使CO2气体在塔内被水蒸气所饱和，有利于高压设备钝化膜的形成。

1.1.4 冷凝液的排出

在升温钝化过程中，CO2气体夹带的水蒸气不断在高压设备内冷凝而积存。如果水蒸气积存过多，将对CO2气体正常流向产生很大阻力，易发生各种窜气现象。同时，由于设备内存水过多，开工投氨后，使水碳比过高，达不到正常指标，故升温钝化中积存的冷凝液必须及时排除。

1.1.5 加快尿素合成塔升温速率的方法

尿素合成塔壁温在100℃以下时，升温速率较快;但尿素合成塔壁温超过100℃，升温速率会自然下降。为了提高升温速率，可采用提高低压蒸汽汽包压力、提高高压系统压力以及增加CO2流量等方法，以提高CO2气体温度、水蒸气冷凝温度以及增大水蒸气流量。

1.2 空气、蒸汽升温钝化

此方法特点是不需用CO2，在尿素合成塔装置尚未副产出CO2的情况下，提前进行升温钝化。尿素合成塔升温速率与CO2钝化法相同，要求尿素合成塔各点壁温＞125℃。因使用压力较低的蒸汽，故尿素合成塔压力只能达0.6MPa。

空气、蒸汽升温钝化时，汽提塔与高压甲铵冷凝器列管内表面应生成冷凝液，有利于氧化膜的生成。汽提塔与高压甲铵冷凝器壳侧压力要低于管内侧压力，使管内蒸汽因温度低于饱和温度而冷凝。由于汽提塔壳侧蒸汽来自高压蒸汽饱和器，管侧蒸汽来自中压蒸汽饱和器，故高压蒸汽饱和器汽包压力要低于中压蒸汽饱和器0.05MPa。高压甲铵冷凝器壳侧蒸汽来自低压蒸汽饱和器，管侧蒸汽来自中压蒸汽饱和器，故低压蒸汽饱和器汽包压力要低于高压蒸汽饱和器0.05MPa。尿素合成塔壁温达125℃以上、压力达0.6MPa以上时，即达到钝化条件，维持各工艺指标8h以上，可认为空气、蒸汽升温钝化完成。

空气、蒸汽升温钝化后，CO2升压至8.0～10.0MPa时才能投氨。升压前，应检查尿素合成塔出液管中是否已加水;还应注意，CO2刚进入高压系统时，压力逐渐升高，高温蒸汽被驱赶至尿素合成塔顶部，尿素合成塔气相温度突升至190℃以上，而尿素合成塔底部因CO2进入温度相对较低，造成温差过大。操作时，可开大尿素合成塔塔顶放空阀，尽快排除高温蒸汽，防止塔顶超温时间过长。化工投料前，高压蒸汽饱和器与低压蒸汽汽包的压力分别升至0.90MPa和0.55MPa。

2 高压洗涤器腐蚀实例

某公司尿素装置2013年12月小修时，检查低压精馏塔鲍尔环，鲍尔环空隙几乎堵死，主要物质为棕红色粉末形成的垢，其来源不清。2014年3月小修时，对高压洗涤器填料段进行了检查，同时对鲍尔环填料进行了清理，鲍尔环厚度由原来的1.0mm被腐蚀减薄至0.2mm。对防爆筒体及中心管锥体进行了测厚，均有不同程度的腐蚀现象，高压洗涤器上封头有大量的棕红色粉末。

针对高压洗涤器腐蚀情况，开始关注尿素装置运行情况，按空气、蒸汽升温钝化方法执行。2014年3月检修后，升温钝化重点关注高压洗涤器钝化质量，对钝化过程控制进行调整，以保证高压系统所有设备及管道都能形成质量合格的钝化膜。调整措施:①升温初期，关闭合成塔出液阀，防止尿素合成塔升温中顶、底各点温度差过大，特别是高径较大的尿素合成塔，在100℃以上再开尿素合成塔出液阀，以保证升温速度;②高压洗涤塔下液水封在升温钝化中后期，将高压洗涤塔下液管内积水排空，保持管内无积水，保证高压洗涤塔下液管道能够达到钝化质量及标准;③100℃以上升温钝化时，将尿素合成塔气相放空阀关闭，保证足够的钝化空气和蒸汽能够进入高压洗涤器，并保证高压洗涤器的钝化质量;④将高压调温水的上水温度升至120℃，从而保证高压洗涤器内部温度到达形成质量合格钝化膜的条件。上述措施实施后，成品中w(Ni)由原平均0.22×10－6降至0.20×10－6，保证了高压系统整体的钝化质量，从而提高了设备的抗腐蚀能力。

3 结语

尿素装置高压系统升温钝化的方法必须根据现场实际情况合理操作，从本质上理解尿素装置高压系统升温钝化的意义。高压洗涤器腐蚀的根本原因或许还有其他因素，但如果将升温和钝化空气一并在进入高压洗涤器前全部放掉，即便是高压调温水预热也仅仅是对高压洗涤器升温，绝达不到钝化的效果;同时，对高径比较大的尿素合成塔，尿素合成塔顶、底同时进气升温自然会造成其中间的冷气体无法排出，导致中部温度过低，造成与顶底的温差过大，故不能片面强调尿素合成塔顶底温差≤50℃，而忽视了中部的温差参数。在升温钝化过程中，对尿素合成塔出液阀及其气相放空阀的操作不是一成不变的。

2014-06-22)