大化肥尿素装置出现的问题及解决办法

陈海兵

（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750026）

宁夏石化公司大化肥尿素装置是中国石油寰球工程公司采用二氧化碳汽提工艺，设计生产能力为80×104t/a 的自然通风塔式造粒尿素装置，是国内首套具有自主知识产权的大化肥装置。

新型二氧化碳汽提技术充分吸收了传统二氧化碳汽提和氨汽提工艺技术的优点，结合生产实际运行研究而成，工艺由高压圈、低压分解回收、蒸发、造粒、工艺冷凝液处理等工序组成，具有能耗低，操作控制简单，安全可靠等特点。其技术特点是：采用双效蒸发技术，热回收利用好，节省能源。采用高效浸没式冷凝技术，冷凝与吸收结合为一体，能有效地将解吸气相冷凝吸收下来，减少循环量，降低能耗。采用高压甲氨喷射器提高了输送效率，合成塔采用高效塔板进一步减少返混，减少了合成塔容积。汽提塔效率高，循环系统负荷低，工艺流程短[1]。

自2018 年投料试车以来，经过2019 年至2021 年的连续生产，暴露出一些设计缺陷和影响装置安全稳定运行的不足，各级人员集思广益大胆进行了技改，消除了设计缺陷和生产瓶颈，为装置安全稳定长周期运行创造了条件。

1 出现的问题及实施的技改

1.1 高压系统不稳定转化率低

高压系统不稳定主要表现在合成塔液位不稳定，通过查资料、对比其他同类型装置及分析研究，认为造成这种现象的原因是原设计从合成塔至高压喷射器管线上的限流孔板孔径Ф6 mm 偏小，影响合成塔液位控制和高压系统的稳定运行。针对此情况在2018 年利用检修将孔径由Ф6 mm 扩成Ф10 mm 后，在2019 年高压系统运行稳定了很多，但高压系统转化率比较低，为此，经部门组织讨论后，在2020 年冬季停车检修期间将从合成塔至高压喷射器管线上的限流孔板孔径进一步扩至Ф20 mm。

实施技改后合成塔液位及高压系统趋于稳定，转化率由55%提高至60%，为装置长周期稳定运行打下了坚实的基础。

1.2 预浓缩器真空低

预浓缩器真空度设计值-45 kPa，而实际运行过程中真空度在-10 kPa 左右，与设计值相差较大，预浓缩真空度低带来的后果就是尿液槽浓度降低、蒸发流量增大耗汽量增加、氨水槽氨浓度提高等。经过对比分析认为预浓缩冷凝器和最终冷凝器的换热面积小冷凝量不足是造成预浓缩器真空偏低的原因，随后利用停车检修机会进行了技改，预浓缩冷凝器增加二级冷凝即增加蒸汽喷射器和冷凝器各一台（见图1）。

图1 预浓缩冷凝器技改流程示意图

实施技改后预浓缩器真空度提高至-35 kPa 左右，氨水槽氨浓度由15%降至9%，解吸水解系统运行逐步优化，蒸发耗汽量和解吸塔耗汽量都下降了2～3 t/h，从而使得整个装置的控制更优化，成品质量也易于控制。

1.3 蒸发一段出液缩二脲含量高

设计上蒸发一段出液缩二脲含量为0.52%，2019年生产运行过程中缩二脲含量实际在0.97%～1.02%严重超标，自分析数据看前系统缩二脲基本正常，可以判断问题就出在一段蒸发系统。通过查设计资料对比同类型装置等手段最终确定造成一段缩二脲含量高的原因是一段蒸发器蒸汽冷凝液分离器液位测点设计存在问题，随后进行了技改。由原设计测量分离罐罐底至罐顶的液位，技改为测量分离罐一段蒸发器蒸汽冷凝液分离器底部至换热器顶部的液位，即将原测量距离由4.5 m提升至10.7 m（见图2）。

图2 一段蒸发器蒸汽冷凝液分离器（V3907）液位计技改前后对比图

技改实施后蒸发一段出液缩二脲含量下降至0.72%，取得了非常好的效果，也为最终产品质量达到优级品创造了有利条件。

1.4 蒸发二段出液缩二脲含量高

设计上蒸发二段出液缩二脲含量为0.68%，2019年生产运行过程中缩二脲含量实际在1.03%～1.12%严重超标，自分析数据看前系统缩二脲基本正常，可以判断问题就出在二段蒸发系统。通过查设计资料对比同类型装置等手段最终确定造成二段缩二脲含量高的原因是二段蒸发器蒸汽冷凝液分离器液位测点设计存在问题，随后进行了技改。由原设计测量分离罐罐底至罐顶的液位，技改为测量分离罐二段蒸发器蒸汽冷凝液分离器底部至换热器顶部的液位，即将原测量距离4.4 m提升至8.2 m（见图3）。

图3 二段蒸发器蒸汽冷凝液分离器（V3908）液位计技改前后对比图

实施技改后蒸发二段出液缩二脲含量下降至0.84%，取得了非常好的效果，也为最终产品质量达到优级品奠定了基础。

1.5 低压洗涤吸收系统洗涤吸收水量不足

低压洗涤吸收系统洗涤吸收水是工艺冷凝液泵（P3705）送来的稀氨水，通过FV3302 阀位控制，在实际生产过程中发现，E3304 气相管PV3307 阀后导淋大量带水，这说明FV3302 来的洗涤吸收液大部分被气相带走，进入吸收塔（C3304）的水量就很少，从而导致C3304 内甲铵浓度较高，很容易导致吸收塔冷却器（E3304）结晶，去低压甲铵冷凝器（E3303）的洗涤吸收液量不足，从而导致低压甲铵冷凝器冷凝吸收不好，表现为低调水温差小，造成低压系统超压和波动。针对此情况增加一条50.8 mm 吸收水管线，具体技改（见图4）。

图4 低压洗涤吸收系统流程图

实施技改后保证C3304 有足够的洗涤吸收液，从而降低甲铵浓度，避免了E3304 结晶，确保低压不超压易于控制。

1.6 低压调温水冷却器E3306 主副线管线设计问题

低压调温水冷却器E3306 主路管线是609.6 mm的管线，而原设计旁路管线是254 mm 的管线，主副线管线管径相差太大，低压调温水冷却器正常流量设计是1 400 m3/h 左右，由于主副线管径不匹配，使得在正常生产操作中，对低压调温水的操作控制比较空难，特别是对其进出口温度TI3315 和TI3316 的控制相当困难。因为旁路管线管径太小，流量太低，要保证低压调温水流量在1 400 m3/h 左右，则必然通过开大主线阀TV3315 来控制，这样一来就很容易造成低压调温水进E3303 的温度低于设计值55 ℃，这样就很容易造成E3303 局部结晶，使得其冷凝效果变差，表现为其低调水进出口温差（即TI3316 和TI3315 的差值）减小，通常只有4～5 ℃，从而导致低压系统超压和波动。针对此情况通过技改又增加了一条355.6 mm 旁路管线和调节阀HV3311，具体（见图5）。

图5 低调水系统流程简图

实施技改后可通过原旁路管线调节阀和新增旁路管线调节阀的配合调节即能很好的控制低调水冷却器（E3306）出口温度，也使得低调水进出口温差达到了设计值10 ℃左右，从而消除了由于低压调温水温度及流量不易控制造成的低压系统不稳定的因素。

1.7 包装成品尿素粒度低

国产化大化肥尿素装置2019 年4 月开车以来，造粒塔塔底2#皮带处的粒度为97%～98%，经散库到包装机前9#皮带末端处粒度为90%～93%。达不到尿素产品优等品国标的要求。主要原因是尿素粒子强度不够，皮带运输距离长、两条皮带衔接处落差大等。一方面优化调整前系统，选用高强度造粒喷头增加粒子强度，另一方面在原8#皮带和9#皮带之间新增一套筛分系统，具体流程（见图6）。

图6 筛分系统流程简图

实施技改后最终将成品尿素粒度由之前的90%～93%提高到了95%～96%，达到了尿素粒度优等品的国标指标。

1.8 环保方面出现的问题及技改

（1）为防止系统异常、氨系统安全阀起跳、甲铵泵安全阀起跳导致泄放介质直接进入放空筒放空造成环境污染，在放空筒增加蒸汽冷凝液喷淋吸收。

（2）为防止含有工艺介质的设备管线直排导淋CY直接排放造成装置外排水环保超标，将所有含有工艺介质的设备管线直排导淋CY 与密闭排放CD 管线连通，进行回收处理。

2 结语

国产化大化肥尿素装置经过3 年多的运行各项指标均处于较好水平，废水已实现全部回收，产品质量全优、消耗指标接近设计值。通过总结分析并实施技改不断提高装置运行质量。