浅析尿素装置满负荷运行存在的问题及处理措施

刘宁娟，刘万斌，谭晓龙

（盐湖股份有限公司化工分公司，青海格尔木 816000）

浅析尿素装置满负荷运行存在的问题及处理措施

刘宁娟，刘万斌，谭晓龙

（盐湖股份有限公司化工分公司，青海格尔木 816000）

对尿素高负荷运行期间出现问题进行分析总结，找出制约尿素装置高负荷运行的问题，并提出相应的对策和措施。

浓度；负荷；超压；氨耗

青海盐湖股份化工分公司化肥厂一期33万t／a尿素装置采用传统的斯太米卡邦（Stamicarbon）二氧化碳汽提法工艺技术，设计生产能力为日产1 000 t小颗粒尿素。该工艺主要由高压合成系统、低压分解回收系统、蒸发系统、高压调温水系统、低压调温水系统及水解解吸系统等几个系统组成。于2007年10月开工建设。2012年12月4日尿素装置化工投料原始开车，并产出合格尿素产品，并进入试生产阶段。通过一年多的试生产，各项（包括产品质量、产量、消耗等）性能指标基本运转正常，公用工程及外部条件基本满足要求，2014年9月，实现满负荷生产运行，系统运行负荷达到设计能力的110%左右。

1 满负荷运行出现的问题

2014年9月至2014年12月满负荷运行期间，主要存在以下几个方面的问题：

1）系统吨尿素氨耗高，其月平均消耗参数见表1。

表1 吨尿素氨耗月平均参数值

2）低压系统共计超压运行20余次，其中超压严重时低压系统压力超过0.52 MPa（正常为0.25～0.3 MPa），迫使低压放空阀、放空副线及其由低压排放到放空筒的泄压阀全开；低压液位槽频繁满液；低压调温水温度温差小（设计低压调温水泵进口温度为65－75℃，通过低压调温水板式换热器后温度为55－65℃，即板式换热器进出口温差在10℃左右），实际运行中低压调温水系统温差在3－4℃。

3）蒸汽消耗比较高，自产的0.44 MPa的低压蒸汽现场放空，造成资源浪费，同时也增加装置的能耗。

4）一段蒸发真空度每个班均会发生瞬间从－40 kPa降到－5 kPa，蒸发被迫打循环，每次造成蒸发系统停止造粒3－5 h，高压负荷减至最低（70%）运行。不仅造成尿素成品中水分含量偏大，而且造成尿素产量下降，蒸发也不能实现稳定运行。

5）4巴吸收塔给料泵流量在20－21 t／h，低于设计值29－31 t／h，4巴吸收塔吸收效果差，4巴吸收塔放空阀开度超过70%；同时易造成蒸发背压，真空度低，产品质量下降。

6）蒸发系统流量（FT1134）超过63 t／h时，喷头出现溢流现象，粒子有结块，严重影响了尿素的产品质量。

7）氨水槽浓度高，水解塔温度提不到工艺指标，导致水解解吸系统工艺废液不合格。

2 原因分析

2.1 氨耗高

（1）高负荷运行期间由于低压系统组分存在问题及高压甲铵泵的运行泵自身原因致使泵打量效果差，且现场处理时间过长，为防止回流液浓度过高引起管道结晶堵塞及低压系统操作条件恶化，解吸塔气相部分切至工艺放空烟囱，致使氨耗增加。

（2）由于系统超负荷运行，合成系统防腐空气量增加，使得合成系统及4 bar吸收塔的尾气放空量增加，氨耗也随之所增加。同时4巴吸收塔给料泵打量不足，造成从高压洗涤器放空的惰气中的氨不能完全吸收，增大4巴吸收塔放空量，氨放空量也相应增大。

（3）考虑到装置的实际运行情况及为了不使低压系统超压所造成蒸发系统真空度的影响，将常压吸收塔的放空管线的管径由原设计的DN50改为DN100，使得常压吸收塔的尾气放空量增加，致使氨耗也有所增加。

2.2 低压超压

（1）由于低压气相管线的伴热管只有一根，致使伴热效果差，低压气相管线常常出现结晶，低压超压。

（2）低压甲铵冷凝器液位槽液位设计指标为40%－60%，由于低压系统组分不正常，低压液位控制过高致使气相夹带液严重以及气相管线保温不符合设计要求，造成气相夹带甲铵液结晶堵塞管道。

（3）根据同类型装置进行比较，低压调温水系统中的板式换热器设计换热面积为103 m2，而我厂装置板式化热器换热面积只有74.93 m2，由于板式换热器换热面积过小，不能将低压系统的热量移除，致使低压系统不能将氨和二氧化碳完全吸收，致使低压超压。

2.3 蒸汽消耗高

（1）2.5 MPa蒸汽消耗高是由于合成氨一车间向尿素供应的2.4 MPa（G）压力在2.1～2.4 MPa之间波动造成。

（2）由于在试生产期间发现CO2压缩机组的汽轮机功率偏小，为使之汽轮机功率与CO2压缩机功率相匹配，对汽轮机进行了二次扩能，这是造成3.9 MPa（G）消耗高的主要原因。

（3）低压蒸汽系统压力不稳定，造成低压管网波动，公用工程系统不接收我装置自产的的低压蒸汽。致使直接放空，从而增加了蒸汽的消耗量，同时造成资源的浪费。

2.4 蒸发真空度偏低

（1）由于一、二段蒸发有带液现象，致使表冷器结晶，造成蒸发真空度低。

（2）由于低压系统频繁发生超压，致使蒸发背压，造成真空度偏低。

（3）一、二段蒸发之间压差过小，造成一段分离器内有尿素积存。同时蒸发冲洗时间过长。

2.5 氨水槽浓度偏高

（1）由于蒸发带液比较严重，将部分尿素带到氨水槽。

（2）由于氨泵在倒泵过程中，操作不当，造成氨泵入口安全阀起跳，不能及时回座，大量氨内漏到氨水槽。

3 采取改进措施

3.1 氨含量高采取的措施

（1）优化操作，控制加入系统防腐空气的量，增加二氧化碳系统中氧含量分析的频次，控制氧含量在工艺指标内。减少高压洗涤器放空阀的开度，减少氨损失。

（2）禁止在系统运行时将解吸切换至烟囱。低压甲铵冷凝器液位槽的组分分析由2 h取一次样改为1 h取一次样，当低压甲铵冷凝器内组分发生改变及时进行调整。

（3）加强低压操作，当低压系统超压时，立即查找原因，严禁将低压放空直接放到放空筒。

（4）在4巴吸收塔给料泵型号未更改前，采取双泵运行的方式，控制4巴吸收塔吸收量在工艺指标，保证惰气中带出的氨被完全吸收，减少氨放空量，同时减少吨尿素耗氨量。

3.2 氨含量高采取的措施

（1）将低压甲铵冷凝器液位槽液位控制在40%以下。

（2）2012年12月将低压甲铵冷凝器液位槽气相管线由伴热管伴热的方式改为由夹套保温的方式，同时要求操作人员将该管线上的0.88 MPa吹扫蒸汽保持常开状态。

（3）经与设计院沟通，重新核算低压调温水系统板换，决定在原有的工艺流程及设备基础上增加一台面积、结构、其他设计参数及其循环水冷却方式与原设计相同的板式换热器。

3.3 更换更大的泵

联系设计院对该泵重新进行核算，将原来的泵更换为扬程及流量更大的泵。

3.4 更换产能更大的喷头

3.5 对蒸发真空度采取的措施

（1）高负荷期间，将蒸发冲洗时间由两小时冲洗一次改为一小时冲洗一次。

（2）将冲洗蒸发的冲洗液由工艺冷凝液改为蒸汽冷凝液，在蒸发正常运行时，保证闪蒸槽气相、一段蒸发气相及升压器气相冲洗水有0.4－0.5 m3冲洗量。

（3）利用停车机会对蒸发系统加水进行热煮，彻底将蒸发系统内结晶的尿素清洗干净。

3.6 低压蒸汽全部回收利用

稳定低压蒸汽系统的压力，将尿素所产的低压蒸汽送至甲碱车间全部回收利用。

3.7 水解塔采取的措施

氨水槽浓度偏高，水解塔温度提不到工艺指标采取如下措施。

（1）保证一二段蒸发压差在35 kPa以上，增加尿液在一、二段增发系统内的流速，尽量减少尿液在一、二段蒸发分离器内积存，从而防止一、二段蒸发带液。

（2）加强操作人员的培训工作，制定氨泵倒泵措施。严禁倒泵过程中造成氨泵入口安全阀超压，如果出现超压，按照操作事故进行处理。当安全阀起跳后不回座，有停车机会及时将安全阀进行校验，并计划在2015年大检修期间在该安全阀阀前增加一台切断阀，当出现起跳不能回座时，能及时检修该阀。

（3）加强对氨水槽的浓度监测，当出现氨含量及尿素含量偏高，及时查找原因。

（4）将合成氨装置4.0 MPa的中压饱和蒸汽引一根DN50的管线至尿素装置，将水解塔热源由原来的2.5 MPa蒸汽加热改为由4.0 MPa的蒸汽作为热源进行加热。

4 采取改进后的运行的效果

采取改进措施和加强工艺管理后，装置吨尿素氨耗由原来的0.595－0.621 t降至0.575－0.580 t之间，吨尿素氨耗同比下降了20－41 kg，节约了尿素的生产成本，增加了我装置产品在同行业中的竞争优势。同时彻底解决了低压超压问题，稳定了尿素生产，实现了工艺指标事故率为零。将4巴泵双泵运行后，泵的流量达到了设计工艺指标，4巴放空阀由原来的70%关50%，4巴吸收塔的吸收效果明显增强。蒸发真空度低出现的频率大大降低了；更换造粒喷头后蒸发负荷能加到70t／h以上，成品尿素结块现象消失，提高了尿素产品质量。氨水槽浓度高的问题得以解决，水解塔温度偏低这一制约生产的瓶颈也得到解决，工业废液实现达标排放。

5 结束语

通过对高压系统满负荷运行期间出现的问题进行分析，找出限制尿素高负荷生产的瓶颈，有针对性地提出解决措施，实现尿素装置达产、达标及长期满负荷运行。

Urea plant at full capacity operation is analysed the existing problems and processing measures

Liu Ning-juan,Liu Wan-bing,Tan Xiao-long
（Qinghai Salt Lake Industry Group Co.，Ltd.Chemical Branch Qinghai Golmud 816000，china）

High load operation of urea analyzed problems appeared during the summary，find the urea unit high load operation of the problems，and puts forward corresponding countermeasures and measures.

concentration；load；the overpressure；ammonia consumption

TQ113.29

B

1003-6490（2015）03-0024-03

2015－03－20

刘宁娟（1983—），女，陕西户县人，助理工程师，2007毕业于青海大学化学工程与工艺专业，任职于青海盐湖工业股份有限公司化工分公司总工办。