尿素装置中氯离子来源探析及预防措施

赵涛子

(海洋石油富岛有限公司， 海南东方 572600)

海洋石油富岛有限公司(简称富岛公司)一期尿素装置采用意大利斯那姆公司氨汽提工艺和挪威海德鲁公司流化床机械造粒技术，用以生产大颗粒尿素，设计产能为1 765 t/d。

由于甲铵、尿液等工艺介质的存在，使得尿素在生产过程中具有强烈的腐蚀性。除此以外，在氯离子的作用下，不锈钢会发生应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀现象，对不锈钢材质设备运行安全造成极大的威胁[1-2]。国内外尿素装置中合成塔的衬里和塔板、汽提塔分配头、高压洗涤器等设备均出现过因应力腐蚀造成破裂的现象，在裂纹处均发现有氯离子聚集。富岛公司一期尿素装置已投产运行长达22 a，其设备性能、力学强度相对减弱，更应严格禁止氯离子进入尿素工艺系统中，因此氯离子就成为尿素装置最重要的防护和监控对象。

1 氯离子来源探析

1.1 循环水

循环水由于原水成分或药剂因素，其氯离子质量浓度大约为150 mg/L。循环水泄漏至尿素工艺系统，进而带入氯离子的现象比较常见。有4处来源的泄漏可能将氯离子带入尿素装置。

1.1.1 离心泵机封夹套泄漏

工艺介质的温度在100 ℃以上，为了延长机械密封使用寿命，需要降低机封温度，通常会在离心泵泵壳靠近机封侧设置夹套冷却水。

设备运行到一定年限后，泵壳夹套因长年冲刷和介质腐蚀等原因，可能会发生泄漏；当设备备用或停车期间，循环水系统压力高于泵体内工艺介质压力，导致循环水中的氯离子进入泵体，带入尿素工艺系统。蒸汽冷凝液冲洗泵(P110A/B)中出现机封夹套泄漏问题，见图1。

图1 P110A/B泵机封夹套

1.1.2 离心泵机封冷却水换热器泄漏

采用自身介质密封离心泵，工艺介质温度高，为了延长机封使用寿命，工艺介质通过换热器降温。如果换热器泄漏，在泵停运期间，循环水压力高于泵体压力，导致循环水中的氯离子进入泵体，并带入尿素工艺系统中。

净化工艺冷凝液泵(P117A/B)曾先后出现换热器泄漏故障，见图2。

图2 P117A机封冷却水换热器

1.1.3 循环水冷却器泄漏

循环水冷却器使用年限过长或操作不当都会引发泄漏，主要表现为列管产生裂纹、爆管和管板处泄漏。查漏需要视具体情况进行：一般泄漏量较大的在线查漏可以确认；泄漏量小的要在停车情况下做气密或水压测试才能确认。在大修期间一定要对可以隔离交出检修的冷却器进行查漏。

比较循环水压力和工艺介质压力，可将换热器分为三类：第一类是工艺介质压力高于循环水压力设备，主要有中压冷凝器E106和氨冷凝器E109；第二类是工艺介质压力与循环水压力压差小的设备，主要有低压冷凝器E108和低压氨吸收塔E112；第三类是工艺介质压力低于循环水压力设备，主要有透平冷凝器E121和蒸发系统冷凝器E128。

1.1.4 换热盘管泄漏

工艺废液和尿液两用储槽T103设有换热盘管，低压蒸汽和循环水可以在线切换使用。当盘管泄漏时，一旦使用循环水降温，其中的氯离子就会进入储槽；当蒸汽冷凝液阀门泄漏时，循环水中的氯离子也会通过冷凝液管线进入储槽。

1.2 公用水

为方便接管给设备加水降温以及冲洗地面，尿素装置现场设有多处公用水甩头，所用的公用水中氯离子质量浓度大约为40 mg/L。使用不当时，公用水的氯离子会带入尿素工艺系统。

由于流化床机械造粒工艺不同于小颗粒塔式造粒工艺，流化床机械造料所使用的工艺造粒机、流化床冷却器、破碎机、振动筛、除尘管线等设备存在尿素颗粒、粉尘黏结现象(见图3)，在正常运行或停车检修期间需要用水冲洗才能处理干净。在没有意识到公用水中氯离子含量较高的情况下，经常使用公用水来冲洗设备，会将氯离子带入尿素工艺系统。

图3 造粒机室内尿素粉尘黏结

1.3 物料

尿素生产的主要原料有液氨和二氧化碳，均来自于以天然气为原料的合成氨装置。经检测发现天然气中含有质量浓度大约为0.3 mg/L的氯离子，利用天然气作为原料生产的液氨和二氧化碳中无法避免地含有少量的氯离子。

1.4 其它来源

1.4.1 增值肥料生产所用原料

目前，为了提高肥效和农作物的吸收率，国内外开发了多种增值肥料，采取的方法是在传统的化肥中加入少量微量元素[3]，其中就含有氯离子，从而会将氯离子带入尿素工艺系统。

例如，多肽尿素的生产需要在多肽液中加入一定比例的柠檬黄，而柠檬黄中的氯离子质量浓度比较高，氯离子会随之进入工艺系统。大颗粒装置由于要回收造粒返回质量分数为45%的尿液，氯离子就进入尿素装置中高压、中压、低压的各工段[4]。

1.4.2 保温棉中含有氯离子

为了防止热量散失和防烫伤，生产装置中的大部分工艺管线和设备都进行了保温处理。没有伴热蒸汽的工艺管线会直接与保温棉接触，在保温铝皮防水不好的情况下，水会进入保温棉，这样保温棉中的氯离子就会附着在工艺管线上，对不锈钢管线造成腐蚀。净化工艺冷凝液泵P117出口至高压甲铵预热器E104管线(304L)表面保温棉腐蚀情况见图4。

图4 不锈钢管线表面保温棉腐蚀情况

1.4.3 蒸汽冷凝液浓缩后氯离子超标

高压甲铵冷凝器E105利用汽提塔返回的氨和二氧化碳的反应热副产低压蒸汽，在满负荷的情况下，每小时有60 t的蒸汽冷凝液在E105壳侧加热变成蒸汽。为此，在E105壳侧会逐渐积累冷凝液中存在的微量氯离子。

2 预防措施

2.1 循环水泄漏预防措施

(1) 增加检漏装置。对于类似蒸汽冷凝液冲洗泵P110A/B带夹套冷却水系统的设备，在泵的冷却水回水阀前增加一个排放导淋，定期确认泵壳夹套是否泄漏，及时发现并安排检修(见图5)。

图5 P110泵壳体增加检漏排放导淋

(2) 更改密封形式。通过技术改造将自身密封改为直接外来低温冲洗水密封，拆除中间循环水冷却器。水解气给料泵P115A/B自身密封改造为外来低温冲洗水密封(见图6)。

图6 P115A/B泵密封水改造

(3) 对于使用循环水不锈钢材质的换热器，大修后要做好化学清洗和预膜，日常操作中循环水回水温度要控制在60℃以下，同时做好设备维护检查。对于第一类换热器，如中压冷凝器E106和氨冷器E109壳侧工艺介质中都含有氨，可以从循环水回水导淋处取样分析氨含量来判断是否泄漏；第二类换热器因为其工艺介质和循环水压差较小，在停车情况下做气密或水压测试才能确认；第三类换热器可以从工艺侧取样分析是否含有氯离子来判断。

(4) 在工艺废液储槽T103内有工艺介质时，定期打开盘管低点导淋确认盘管是否泄漏；改变循环水和低压蒸汽与盘管连接方式，增加4块“8字”盲板，在使用循环水或蒸汽时做到有效隔离。

2.2 公用水系统改造

对造粒框架的公用水进行改造，全部更换为脱盐水，避免氯离子进入系统；设备进行置换、查漏时一定要使用冲洗水或脱盐水，禁止使用公用水；在大修时，如果蒸汽冷凝液储槽V110没有检修项目，储存80%液位的脱盐水，便于工艺管道或设备冲洗需要。换热器水射流或其他设备一旦使用了公用水，必须立即排放并用空气吹干，等脱盐水具备使用条件后，再用脱盐水置换干净。

2.3 其它预防措施

(1) 定期跟踪、检测原材料中氯离子含量，一旦发现超标，及时查找原因。对于特殊原材料中自身携带较高含量氯离子时，建议新增一套独立的蒸发系统来处理返回液，不要将含有氯离子的溶液返回到前系统，例如多肽尿素的生产装置。

(2) 关注蒸汽冷凝液和工艺冷凝液电导，发现升高及时排查原因。

(3) 在循环水换热器出口增加取样点，定期

取样分析。

(4) 关于不锈钢管线保温，建议先对管线涂刷高温漆，再用厚度为0.1 mm的铝皮包裹，然后再包裹保温棉(避免保温棉直接接触不锈钢管线)。

(5) 对于蒸汽冷凝液浓缩后氯离子超标问题，通过技改增加了连排管线，同时定期排污。

(6) 检查确认高压设备检漏孔是否畅通时，必须使用氮气，不要使用蒸汽或空气，避免氯离子在衬里外侧富集，引起衬里损坏。

3 结语

众所周知，尿素在生产过程中具有强烈的腐蚀性，特别是在高温高压设备中表现更加明显。由于设备材料老化以及工艺参数的控制、维护及检修等方面的问题，经常因腐蚀造成设备泄漏。而氯离子是导致尿素高压设备产生腐蚀的主要因素，因此在日常设备维护和操作中要充分认识到氯离子的危害，严格禁止氯离子进入工艺系统，定期排查氯离子可能引起腐蚀的部位，避免因氯离子引起设备腐蚀损坏，确保装置稳定运行。