谢 安, 高 箭
(四川美青化工有限公司, 四川射洪 629200)
四川美青化工有限公司20万t/a合成氨联产30万t/a尿素装置于2009年7月建成投产。尿素装置采用的是荷兰斯塔米卡邦CO2汽提法技术,投产后运行正常。
2020年4月8日装置大修投产后,5月13日出现高压洗涤器气相带液现象。之后,呈频繁趋势6月25日发展到每班多次(见表1)。
表1 高压洗涤器气相带液情况统计 次
由表1可知:从5月13日早班开始高压洗涤器气相出现带液现象。6月25日后,尿素系统不得不减负荷运行。
当出现高压洗涤器气相带液现象时,表现如下:
(1) 高压圈压力(PI2201)正常,高压系统各温度点正常,高调水系统运行正常,甲铵泵、液氨泵转速未做调整,高压甲铵喷射器开度调节阀(HC2203)未做调整。在此情况下,高压洗涤器出气温度(TI2213)及低压吸收塔进气温度(TI2225)突然急速下降。
(2) 低压吸收塔运行不正常,低压吸收塔压力(PI2203)上升,低压吸收塔液位(LI2205)猛升后突降,波动幅度较大。
(3) 一旦出现高压洗涤器带液现象,及时降低甲铵泵转速,系统运行恢复。
(4) 随着带液次数的增加,甲铵泵转速恢复不到原开度[1-2]。
由于解吸水解温度和压力控制相对稳定,从抽检的数据统计看,几乎对外排废水无影响。
高压洗涤器气相带液发生后,部分甲铵液被高压洗涤器出气带入低压吸收塔,使得进入高压洗涤器填料层和列管内的甲铵液减少,对尿素合成塔出气冷凝吸收不足,高压洗涤器出气中NH3与CO2的含量相应增加。双重叠加会导致低压吸收塔氨水浓度增加以及吸收变差,排入放空筒的NH3和CO2含量增加,造成环保压力。抽检的放空筒外排废气数据见表2。
表2 放空筒排放数据
由表2可知:当高压洗涤器气相带液发生后,放空筒外NH3排放量明显上升,是正常生产时的3~5倍。
在高压系统,由于部分甲铵液被高压洗涤器出气带入低压吸收塔,在高压洗涤器内吸收变差,进入高压甲铵冷凝器和合成塔参与反应的甲铵液量同样也会减少,导致尿素产量减少,相应的电耗和氨耗增加(见表3)。未参与高压系统反应的甲铵液中,绝大部分被冷凝回收到氨水槽,极少部分通过放空筒排放[3]。
表3 吨尿素耗氨统计表
2020年5—7月,高压洗涤器气相带液发生时,尿素产量为9.3万t,以2019年平均吨尿耗氨(567 kg)为基数,多耗氨5 kg,按液氨价格为2 200元/t计算,仅氨耗损失就多达102.3万元。
来自尿素合成塔的尾气,从合成尾气进口进入器内上部防爆空间,由合成尾气出口离开上部,沿器外U型管道,从器底部合成尾气入口进入管式换热器底部。从高压甲铵泵送来的甲铵液由器顶部的进口经分布器及填料层进入器内的中心管,向下流进循环漏斗口,沿中心循环管往下流至液封槽内,之后溢流到器底。合成尾气入器后经气体分布器分散至甲铵液中,并流经环封小孔,充分混合后进入冷却管中。高压洗涤器设备简图见图1。
图1 高压洗涤器设备简图
在冷却管内,部分CO2与NH3被冷凝吸收,其反应热被壳侧的高调水带走;气液混合液从冷却管上端进到中部鼓泡段,未被吸收的气体分离出来,进入中心管外的夹套管;最后,经填料层从器顶不凝气出口流出,送至低压吸收塔。
吸收CO2与NH3后的浓甲铵液从甲铵液出口流出,由高压甲铵喷射器抽吸至高压甲铵冷凝器参与反应。部分浓甲铵液流入循环漏斗,与中心管流下的甲铵液汇合,沿中心循环管返回器底。
高压洗涤器的作用就是通过甲铵泵送来的甲铵液洗涤尿素合成塔尾气中的NH3和CO2,只有在特殊工况下才会发生带液现象。带液原因主要有: 高压系统转化率下降,过多的NH3和CO2进入高压洗涤器; 高调水系统工作不正常,高压洗涤器冷凝效果不佳; 低压蒸汽控制不合理; 甲铵泵转速过高; 高压系统压力调节阀(HC2202)开度过大,造成出高压洗涤器气体流速增加; 高压甲铵喷射器故障,导致抽吸能力不足; 液体分布器堵塞、填料堵塞、中心降液管液封槽移位故障。
由于尿素装置汽提塔中Co60放射源活性降低,汽提塔液位显示失真(原计划2020年大修更换射源液位计,受疫情影响,更换时间推后)。在实际生产过程中,操作人员考虑汽提塔液位显示不准会影响循环系统的操作,在原有基础上关小了LC2202的角阀,导致汽提塔出料不畅,实际液位偏高,最终CO2随着汽提液进入循环系统,造成循环系统氨碳比失调,严重影响甲铵泵的打量。甲铵泵倒泵频繁,造成甲铵泵组合阀阀罩与阀座间密封圈损坏。4月26日—5月3日,甲铵泵出现多次倒泵现象(见表4)。
表4 甲铵泵倒泵次数统计表 次
通过不断调整因工艺条件变化导致高压洗涤器气相带液的因素,并予以排除,综合判断本次高压洗涤器带液是由于设备出现故障造成的。由于前期甲铵泵多次倒泵,组合阀阀罩与阀座间密封圈碎片随甲铵液进入高压洗涤器,堵塞了液体分布器或填料,导致甲铵液下液不畅,形成的积液漫过夹套管后,随气相被带到了低压吸收塔。
由于设备发生问题时正值农业旺季,尿素供不应求,不具备停车条件。同时,高压洗涤器液体分布器或填料堵塞不是很严重,在系统氨水能够平衡的情况下[4],通过以下改进操作以维持生产:
(1) 控制好系统氨碳比,稳定转化率。因甲铵泵转速加不上去,适当提高液氨泵转速。
(2) 适当降低低压蒸汽压力,减少进入高压洗涤器的NH3和CO2。
(3) 适当降低高调水温度,增加高压洗涤器的冷凝,减少放空尾气。
(4) 只要高压圈压力可控,尽量不调整甲铵泵转速,通过加水量控制循环系统液位。
(5) HC2202保持合适开度。
(6) 通过提高高压汽包压力和降低解吸负荷来调整甲铵液浓度。
从6月27日起,尿素系统除了消耗较高以外,负荷和产量基本恢复正常。
7月24日,受雷电影响,外电网断电,公司所有装置紧急停车。利用这次机会,对尿素装置进行排放、清洗,并拆检高压洗涤器。检修时发现甲铵泵组合阀密封圈填料碎片严重堵塞液体分布器,导致甲铵液下液不畅。经检修后的高压洗涤器于7月26日开车运行至今,未再出现气相带液现象。
甲铵泵组合阀密封圈填料采用四氟材料,可耐高温和腐蚀,但运行中的磨损难以避免。为了从源头上防止损坏的密封圈填料碎片进入高压系统,在甲铵泵出口管线上增加管道过滤器;每次倒泵时清洗过滤器。公司已与西安亚星泵阀制造公司订制专用过滤器,计划大修期完成改造,以彻底解决甲铵泵组合阀密封圈碎片对高压洗涤器的影响。
尿素高压洗涤器气相带液后,尿素的消耗会明显增加,放空筒尾气排放超标,严重时会导致环保事故的发生。尿素高压洗涤器气相带液的原因复杂,应具体分析并采取相应措施,才能确保尿素装置稳定运行。