尿素装置蒸发打循环原因分析及改进措施

尿素装置蒸发打循环原因分析及改进措施

殷在疆 

独山子石化公司塔里木石化分公司化肥生产部， 新疆 库尔勒 841000

摘要：蒸发系统打循环不仅影响尿素产品质量，还会增加装置综合能耗。本文主要针对尿素装置蒸发系统打循环原因进行分析，找出打循环原因，提出操作上的改进措施。

关键词：尿素装置  蒸发打循环  原因分析  改进措施

1 前言

　  我厂尿素装置采用水溶液全循环预精馏预分离工艺流程, 经过多次技术改造，目前生产能力达到160kt/a。2006年蒸发系统增设了水力抽真空系统，代替原蒸汽喷射系统流程。水力抽真空系统投用后, 不仅确保了蒸发系统运行的稳定, 而且提高了装置的产品质量。但在多年的生产运行过程中，蒸发频繁打循环问题一直困扰者我厂。针对存在的问题，我厂实施了技术改造并取得了显著成效。改造后稳定了蒸发系统操作，减少了蒸发打循环次数，提高了产品质量。在此，笔者对蒸发打循环原因及改进措施做一总结。

2 蒸发系统流程概述

装置蒸发系统采用的是两段真空蒸发, 抽真空动力为水力抽真空泵。一段控制尿液温度在127～133℃ , 一段真空度控制在-54～-64 kPa(表压)； 二段控制尿液温度在137～142℃, 二段真空度控制在-80～-84kPa (表压)。二段蒸发分离器的熔融尿素经尿素熔融泵送至造粒喷头进行造粒。在蒸发系统非正常运行时, 蒸发系统打循环。蒸发系统改进前流程见图1。

3 蒸发打循环对生产的影响

3.1 产品质量下降

在异常情况下(如切换喷头)蒸发系统打循环时, 尿液通过循环阀循环至尿液槽，待系统操作稳定后恢复造粒，尿液槽的尿液缓慢补加至蒸发系统。若蒸发系统不能及时恢复造粒，随着打循环时间的延长，则尿液槽内尿液中缩二脲含量上升。当恢复造粒后尿素产品中缩二脲含量极易超标。当其它条件不变, 造粒后蒸发负荷低时,补加量不能加大的缘故，尿液槽长时间处于高液位，使尿液槽浓度和缩二脲含量急剧增加，造粒初期缩二脲含量超标的尿素量同样较多。

3.2 能耗增加

尿液槽的尿液根据装置负荷大小补加至蒸发系统。当装置负荷小于7000Nm3/h时，蒸发补加量控制500kg/h以下。当负荷高于7000Nm3/h时，补加量控制500～1500kg/h之内。根据理论上计算1吨尿液在二次蒸发提浓过程中额外需要0.28t蒸汽。若蒸发打循环1个小时，所增加的蒸汽消耗为5.8吨（日产500吨计算）；启动尿液输送泵将尿液槽的尿液补入蒸发系统过程中，所需要的电能为7.5kW（尿液输送泵功率为7.5kWh）。

4 打循环原因及分析

4.1 倒换喷头清洗过滤器次数较多

由于尿素生成过程中会发生缩合反应生成缩二脲, 从尿素的合成、提纯、浓缩到造粒的各个工序都会不同程度的产生缩二脲, 蒸发系统产生的最多, 约占产品中缩二脲含量的50%左右。绝大部分缩二脲进入成品尿素中，含量为0.7%～0.9%，少量缩二脲在蒸发系统真空分离器中随闪蒸汽析出后附着在分离器的器壁上, 并形成堆积现象。

在蒸发系统正常运行时, 为了避免过滤器杂质过多, 通常需要将喷头过滤器每周1次清洗。如果喷头未定期清洗, 由于系统积累的块状缩二脲进入喷头过滤器后局部堵塞过滤网，遇到系统过料不稳蒸发未及时打循环时会容易造成尿液结晶堵塞管道。虽然不会造成喷头溢料, 但很容易造成蒸发二段满液。蒸发二段满液相应增加了二段负荷，严重时导致二段垮温，二段真空度下降，蒸发系统不得不打循环处理。

图1、蒸发系统改进前流程

考虑到夏季气温较高，装置每年从7月开始运行3台循环水泵。此时循环水上水温度最低达到23℃。由于装置高负荷运行, 二段蒸发分解气量多，二段表冷器循环水量大, 冷却过度, 造成二段蒸发表冷器下液管管壁上出现尿液结晶,时间长了结晶增多，就会使二表冷下液管堵塞,二表冷内有尿液积聚，二表冷下液不畅,导致二段真空度下降蒸发打循环。因此，每周利用清洗喷头时间，二表冷进行单独热洗。此法可暂缓二表冷下液不畅对二段真空度的影响。

4.2 二段分解加热器结垢

装置每次大检修期间检查分解加热器结垢情况是一项常规检修项目。在装置大检修期间发现二段分解加热器列管内壁形成了一层棕褐色污垢，甚至部分列管因结垢几乎堵死。由于分解加热器结垢使二段分解塔分解效果差，液位高。一方面,造成二段分解气带液, 二循一冷尿素含量高，二段循环吸收系统操作困难；另一方面，二分塔精馏段周期性拦液，系统过料不稳，蒸发系统打循环。在生产中的主要表现为:（1）蒸发系统过料不稳。高负荷时, 二分塔液位突升, 出塔液相温度比操作温度突降10 ℃左右,进入蒸发系统的尿液过多造成蒸发系统波动。

(2) 二分塔液位较难控制。工艺要求二分塔尽量控制低液位，缩短尿液停留时间, 减少尿素水解、缩合等副反应的发生。由于二分塔的分解率低，当系统负荷大时，二分塔液位上升，使液位调节阀开度达80%～100%。在系统波动时，二分塔液位不稳,易发生串气、积液等事故，影响二段吸收和蒸发系统的稳定。

（3）二分塔气相尿素含量上升。系统加量后，分解气量和氨蒸气量都加大,二分塔精馏段的空速过大,出现气体偏流或液泛现象，使精馏效果下降，气相带液严重，致使二循一冷液相中尿素含量上升，引起二循一冷吸收紊乱。

4.3 一分塔液位调节阀故障频繁

 一分塔液位调节阀（L3调节阀）的灵活好用直接影响蒸发系统负荷大小，调节阀卡住从而影响蒸发温度及真空度，蒸发温度及真空度一旦指标不达标就按照管理要求蒸发进行打循环处理。

5 改进措施及效果

5.1 喷头过滤器改进

为了避免杂物堵塞喷孔，将原来喷头前的缓冲器和过滤器更换为罐型二合一的缓冲过滤器（见图2）。用以过滤杂质，并定期对过滤器进行清洗。

图2、蒸发系统改进后流程

为了避免过滤器中杂物（主要是块状缩二脲和油泥）过多而需要经常清洗喷头过滤器，对缓冲过滤器本体及其进出口管线增设了保温。缓冲过滤器上封头采用法兰连接，便于拆装喷头过滤器。从近几年的运行情况看，达到了预期的目的。以前每周需对喷头进行1次倒换，且喷头过滤器较脏，现在每月倒换1次喷头，喷头还比较干净，说明杂质在过滤器得到了拦截。此外，利用蒸发打循环清洗喷头时间，对蒸发系统进行全面热洗。通过热洗提高表冷器的冷却效果，满足蒸发真空要求，除掉蒸发系统累计的缩二脲从而保证产品质量。安装喷头缓冲过滤器后，喷头不易堵塞，倒换喷头的次数减少，也就减少了蒸发打循环次数。

5.2 二段分解加热器进行化学清洗

为避免二段分解加热器结垢原因，分解效果下降导致后续系统负荷加重， 在装置大检修期间按照预先制定的化学清洗方案应用Lan257C清洗剂对分解加热器进行反复清洗，清洗完后对分解加热器进行了钝化。从近几年装置的运行情况看，基本达到了化学清洗目的。装置在夏季高负荷运行、总管蒸汽压力足够时，二段分解加热器副线阀关闭的情况下分解温度也能达到指标上限，减轻了蒸发系统的负荷。

5.3 加强二段分解液位调节阀的维护保养

对二段分解液位调节阀不合理的伴温蒸汽管线进行改造，加强对阀体和阀芯的保温，使尿液不在结晶卡住，同时每班对调节阀进行略微活动，避免长时间不动作卡在某一位置。在正常生产情况之下，巡检时专人对L3调节阀串气情况进行检查。采取措施后由于加强了对调节阀阀体保温、听串气声、仪表维护后，避免了尿液在阀体和阀芯结晶，而使调节阀卡住打不开，造成蒸发系统过料不稳打循环。

6 总结

通过采取以上措施，目前蒸发打循环次数及时间都得到了有效控制，打循环期间产生的不合格尿素量都在下降，采取的措施达到了预期的效果。为装置的尿素产品质量的提高和降低各类的消耗打下了基础。

参考文献

[1] 钱镜清.水溶液全循环工艺尿素装置操作指南[M].四川：四川元丰化工技术咨询有限公司,2005,366～367;

[作者简介] 殷在疆,男,1973年8月出生，山东淄博人，2012年毕业于新疆大学   本科专业, 高级技师，现独山子石化公司塔里木石化分公司化肥生产部工作。