浅析尿素负荷实现柔性调整的措施

李 君，李 娜，马明新

(河南心连心化肥有限公司，河南新乡 453700)

河南心连心化肥有限公司(简称心连心化肥)二分公司现有两套水溶液全循环尿素生产装置，装置设计产能分别为300kt和400kt。随着尿素行业市场低迷，吨利润逐步降低，心连心化肥为实现装置盈利能力最大化，逐步增加了液氨、精醇及二甲醚等产品的产能，降低尿素生产装置负荷。但装置负荷降低后随之出现尿素系统供给溴化锂机组热量减少，合成氨系统冷量不匹配，尿素产品缩二脲偏高，尿素生产成本升高等问题，如何在保证成本、质量及热量平衡的基础上，实现尿素装置柔性调节，成为亟待解决的问题。

1 热量匹配调整

1.1 改造现状

以二分公司二期尿素为例，二期生产系统有3台热水型溴化锂机组，热水由尿素一吸冷提供热量，产生的冷量供合成氨使用。尿素满负荷生产时，能够提供3台溴冷机组所需的热量，但尿素低负荷生产时，产生的热量只能够提供2台(甚至1台)溴冷机组所需的热量，不能满足合成氨系统的冷量需求，具体数据见表1。

表1 尿素不同产量时提供热量的情况

1.2 改造方案

对比表1中两种工况，在尿素低负荷生产时，若满足溴化锂机组满负荷运行，需要提供的最大热量为9 660 kW；同时为保持尿素一吸冷水路系统大流量、小温差的稳定运行模式，去溴化锂水温需要提高到105 ℃以上。采取的改造方案是在尿素送溴化锂的热水管线上增加一台换热器，利用系统富裕低压蒸汽(0.5 MPa蒸汽管网)对一吸冷热水加热提温后送溴化锂机组，增加送溴冷机组的热量。蒸汽走壳程，热水走管程，蒸汽冷凝液送回尿素冷凝液槽；换热器采用原闪蒸换热段旧设备，经设备性能参数核算满足热水提温改造需求。改造于7月完成并投运。

1.3 改造效果

改造后送溴化锂热水流量保持在200 m3/h以上，温度可提高至115 ℃以上，消耗低压蒸汽约3 m3/h。经济效益对比：换热器投运后，班耗蒸汽24 t，班电耗节约3 516 kW·h，综合效益接近40万元/a；同时从合成氨整体操作层面分析，在尿素低负荷运行下，改造项目投运后利于合成氨系统冷量匹配调整，对于合成氨操作控制效果明显，具有推广价值，二分公司一期也在同年11月实施了热水提温改造。

2 质量改善措施

2.1 改造现状

以二分公司二期尿素为例，原始设计上塔管线直径Φ80 mm，满量生产时上塔流量约55 m3/h(管道流速约3 m/s)，为满足心连心化肥产品结构调整，尿素系统保持单塔单机或单塔满量生产，此时系统负荷仅能维持上塔流量在28 m3/h左右(管道流速约1.55 m/s)，因物料在系统内停留时间过长，直接导致尿素产品缩二脲升高约0.1%，无法满足尿素优级品的质量要求。

2.2 改造方案

查《氮肥生产手册》，尿液中缩二脲的生成速率与尿液浓度、温度、系统停留时间及氨分压等因素有关，结合二期尿素实际装置状况，查找出现问题的原因，从尿液浓度最高且缩二脲生成速率最快的上塔管线处着手解决。为匹配尿素低负荷生产，准备新增一路Φ50 mm的上塔管线，上塔管线长102 m，新增上塔管线可在尿素低负荷生产时减少停留时间约32 s，查《熔融尿素中缩二脲生成速率与温度、时间的管线表》，可使缩二脲降低约0.1%，改造于4月完成并投运。

2.3 改造效果

改造后尿素2机生产，上塔流量约30 m3/h，管线投运前后产品质量改善情况见表2。

表2 管线投运前后产品质量情况

新增上塔管线明显降低了产品缩二脲含量，保证了尿素系统低负荷生产期间的产品质量。

3 成本控制措施

3.1 改造现状

因尿素市场持续低迷，合成氨及尿素系统产品结构调整势在必行，尿素装置将面临更加严峻的低负荷生产模式挑战。但随着生产负荷的不断降低，尿素成本将升高，控制低负荷生产时尿素的生产成本迫在眉睫。

3.2 实施方案

生产模式调整后，二分公司两套水溶液全循环尿素生产装置均处于半负荷生产状态，根据市场销售需求，一期生产腐植酸尿素，同时供应大颗粒尿液需求，二期生产聚能网尿素。因两套装置相邻而建，主厂房距离不足百米，利用这一优势，决定两套系统共用合成及中低压系统，将两套蒸发系统并联使用，即在一、二期尿素装置中增加一条尿液互转管线，尿液从二期闪蒸泵出口可同时送往一期尿液泵或闪蒸泵进口，实现单套系统单独蒸发的目的，尿液互转管线途经尿素应急池，可应对生产突发情况，解决高浓度尿液远距离输送可能带来的风险，改造于11月完成并具备投运条件。

3.3 实施效果

二分公司一、二期尿液管线的打通，不仅实现了尿素装置生产负荷的柔性调节，装置持续满足公司尿素产品的多元化销售需求，同时可有效控制尿素生产成本，解决了负荷低、成本涨的问题。

4 结语

通过技术改造，心连心化肥水溶液尿素装置持续保持了质量好、成本低的竞争优势，装置实现了生产负荷弹性调节，能满足公司产品结构调整需求，为公司生产效益最大化奠定了坚实的基础。