尿素蒸发系统优化操作及技术改造

尿素蒸发系统优化操作及技术改造

姚兰

兖矿新疆煤化工有限公司 新疆乌鲁木齐市 830000

摘要：目前，通过对尿素装置一、二段蒸发加热器进行堵管、增加分布器等技术改造，使尿素产品缩二脲含量降至0.9%以下，达到GB／T2440—2019农业优等品水平。

关键词：尿素发加热器；堵管；分布器；缩二脲含量

引言

2010年开始项目建设，2012年10月16日原始开车，开车初期尿素成品中的缩二脲含量一直在1.2%～1.4%（农业合格品标准为不大于1.5%）。在较长一段时间内，困扰企业生产。通过对装置优化操作（优化蒸发分离器冲洗频次）、技术改造（改造冲洗水、降低汽提塔入口CO2温度）等手段，截至2017年3月尿素产品的缩二脲含量降至1.0%以下。目前尿素装置已经满负荷生产，如何使缩二脲含量稳定在0.90%以下，是企业下一步努力的方向。

1蒸发工艺流程

斯塔米卡邦2000+二氧化碳汽提工艺蒸发工艺同传统CO2汽提工艺一样，蒸发系统为两段真空蒸发。其蒸发系统的工艺流程为：来自尿液槽的73%的尿素溶液经尿液泵送往一段蒸发加热器和一段蒸发分离器，通过控制一定的工艺参数（温度125～130℃、压力60～70KPa（A））将溶液中的部分水分蒸发掉。尿液浓度从73%提浓到95%，一段蒸发的真空由一段蒸发喷射器和一段蒸发冷凝器维持。一段蒸发来的95%尿素溶液经“U”型管进入二段蒸发加热器和二段蒸发分离器，在温度135～140℃、压力3～7KPa（A）工艺条件下，除去溶液中残余的水分，得到99.7%的尿素溶液由尿素熔融泵送至造粒塔进行造粒，生产小颗粒尿素。

2蒸发系统改造情况

由于尿素合成塔CO2转化率未达到设计要求，同时因装置老化，汽提塔、中低压分解器换热效率下降，造成一段蒸发系统真空度只能控制在85kPa(绝压，下同)。针对此种情况，对一段蒸发系统进行了改造，即在一段蒸发系统第1冷凝器(E151)后串联1台换热器(E151B)。

来自真空预浓缩器和一段蒸发分离器的气体首先进入E151，冷凝后的液体进入工艺冷凝液储槽，未冷凝的气相进入E151B内继续冷凝，冷凝后的液体进入工艺冷凝液储槽，E151B内未冷凝的气相进入一段蒸发系统第2冷凝器(E152)内继续冷凝，冷凝后的液体进入工艺冷凝液储槽，E152内未冷凝的气相通过蒸汽喷射器进入一段蒸发系统第3冷凝器(E157)内继续冷凝，冷凝后的液体进入工艺冷凝液储槽，未冷凝的惰气排放。

3蒸发系统运行中存在的问题

蒸发系统自2009年底水联运试车以来，运行状况较差，主要表现在如下几个方面。

(1)2009年10月4日，为检验设备性能和仪表测量精度，蒸发系统试抽真空，在抽真空的过程中发现一段蒸发分离器的压力始终维持在－20kPa左右，始终未达到抽真空试验设计指标－40kPa或更低的要求，且真空度也未能在尽可能短的时间内(约30min)达到。而进蒸发系统的蒸汽冷凝液的温度为75℃，一段蒸发分离器出液温度控制在100℃，进水量约为16t/h;一段蒸发冷却器的出液温度为50℃，二段蒸发分离器的压力始终维持在－60kPa左右，一、二段蒸发系统真空度均达不到设计指标。

(2)2012—2013年化工投料期间，多次发生一、二段蒸发系统真空度在正常工况下突然降至零的异常现象，不得不将蒸发系统由造粒状态转至循环状态，严重影响了尿素产量，同时造成蒸发系统长时间打循环，尿素成品中缩二脲含量增高，尿素废品量增加。

(3)一、二段蒸发分离器气相带液比较严重，导致蒸发冷凝器常常结晶堵塞，冷凝效果差，蒸发系统在正常工况下真空度时常不能保持稳定，同时造成氨水槽内氨水中氨、二氧化碳、尿素含量超标。

4蒸发改造

4.1改造内容

根据我厂目前的工艺运行和设备情况，初步提出两种改造方案。

（1）由目前的一段蒸发造粒改为两段蒸发造粒；

（2）提高进入一段蒸发加热器的尿液浓度。通过对工艺流程进行认真分析，如果采用第1种方案，由一段蒸发造粒改为两段蒸发造粒，虽然仅需要调整相应的工艺参数，就可以完成，但由于存在操作不便和产品中缩二脲高问题，此方案放弃；如果采用第2种方案，工艺流程只需要简单的改一下，利用原闲置的蒸发二段蒸发加热器和二段蒸发冷凝器，用于提浓从大颗粒尿素返回的稀尿液，大颗粒装置返回的稀尿液经此预蒸发，从45%提浓到66%，然后与尿液槽内73%的尿液混合后，经尿液泵加压后送至一段蒸发系统，提浓后的尿液经熔融泵送至大颗粒装置进行造粒。

4.2工艺分析

二段蒸发总的蒸发量为7.2t。如果大颗粒尿素返回稀尿液量为11t，浓度为45%，经此预蒸发后尿液浓度为66%，则其蒸发量为3.5t，其蒸发量为原蒸发量的一半，则原蒸发二段分离器满足气相分离空间要求。

二段蒸发加热器换热器数据:列管椎38mm×2.5mm，列管数541根，换热面积96.9m2，原设计热负荷4510kW；蒸汽温度进口165℃，操作压力0.588MPa（G），蒸汽流量为8t/h，经计算对数传热温差驻T=29.7℃，根据Q=KA驻T，换热器总传热系数K为5641.5kJ/（℃·m2·h）。

假定预蒸发工艺参数：进预蒸发稀尿液温度45℃和浓度为45%，出预蒸发尿液温度为100℃和尿液浓度为66%，预蒸发蒸发水量为3.5t，操作压力控制在0.07MPa（A）。根据《氮肥工艺设计手册》尿素分册进行简单的热量衡算：查45%尿素溶液的比热为3.18kJ/（kg·℃），66%尿素溶液的比热为2.73kJ/（kg·℃），水蒸气在0.07MPa（A）压力和100℃下的热焓为2679kJ/kg，基准温度为25℃。

如不考虑其他热量损失，总需热量为9.8GJ。装置低压蒸汽压力为0.588MPa（G），温度为165℃，潜热为2067.65kJ/kg，蒸汽消耗量计算为4.7t/h。经计算对数传热温差驻T=89.7℃，根据Q=KA驻T，计算得总传热系数K为1127.5kJ/(℃·m2·h)，小于原设计换热器总传热系数，能满足工艺要求。预蒸发气相冷凝使用原二段蒸发第一冷却器，其换热面积1883m2，能满足气相冷凝需要。

5技术改造及效果

利用2018年10月大修机会对一、二段蒸发加热器列管进行封堵，减少其换热面积。其中一段蒸发加热器换热面积减小15%，二段蒸发加热器换热面积减小10%，封堵列管采用加工的不锈钢堵头上、下两头封堵，并进行点焊加固，防止堵头脱落进入熔融泵损伤设备。沿着一、二段蒸发器外圈向里进行堵管，防止外圈因进入尿液较少而造成停留时间过长。此外，封头增加液体分布器，增强尿液在蒸发器内的分布效果。

通过尿素装置一、二段蒸发加热器列管堵管和增加液体分布器的技术改造实施，有效降低了尿素成品缩二脲含量，与未改造前的同负荷状态下对比，缩二脲含量降低了0.1%左右。2018年12月系统负荷在85%～90%运行，尿素缩二脲含量的优级品率达到96.55%，改造效果明显。

结语

综上所述，通过此次技术改造，一方面充分利用了闲置设备，使其变废为宝，另一方面延长了大颗粒尿素装置的运行周期，减轻了操作人员的劳动强度，同时尿素的产品质量得到了明显改善，为产品的良好销售打下坚实的基础。

参考文献

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