海德魯流化床造粒裝置長周期運行的研究

黃衛(wèi)星

(中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方 572600)

海德魯流化床造粒是尿素工業(yè)大顆粒生產(chǎn)的主流技術(shù)，我國于20世紀90年代后期由中海石油化學(xué)股份有限公司首次引進該技術(shù)。該技術(shù)具有放空尾氣污染小、縮二脲含量低、產(chǎn)品緩釋長效等優(yōu)良特性，生產(chǎn)的尿素顆粒在粒度分布、水分含量、球形度等方面與傳統(tǒng)的塔式造粒工藝相比具有較大的優(yōu)勢；但其缺點是運行周期短、維護及維修的工作量大。在對該套裝置的運行維護中消化吸收了流化床造粒技術(shù)并加以應(yīng)用，達到了延長造粒裝置運行周期的效果。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

海德魯流化床大顆粒尿素造粒工藝的核心設(shè)備是造粒機。在穩(wěn)定運行狀態(tài)下，出料為均勻的顆粒狀尿素。經(jīng)連續(xù)運行一段時間后，出料會伴有塊狀尿素結(jié)晶；出料結(jié)塊較多時，就會堵塞篩分系統(tǒng)，生產(chǎn)不能正常進行，必須停運造粒裝置，清洗造粒機。清洗時，尿素前系統(tǒng)所生產(chǎn)的96%(質(zhì)量分數(shù))尿素溶液需貯存于貯槽中，待造粒機清洗干凈后重新造粒。該造粒裝置運行周期最長為48 d，最短為10 d，平均連續(xù)運行15～28 d。頻繁清洗造粒機后，會出現(xiàn)系統(tǒng)蒸汽消耗增加、尿素產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題[1]。尿素裝置的日常維護通常針對造粒裝置，其中清洗造粒機是尿素裝置最繁重的維護工作。清洗造粒機平均作業(yè)時間為4 h，同時需要安排相關(guān)設(shè)備的檢查檢修，操作人員勞動強度大、進度要求緊。清洗造粒機造成前系統(tǒng)負荷反復(fù)波動，尿素裝置被迫停車的概率增加。

從歷年運行周期的統(tǒng)計結(jié)果來看，1997—1999年運行周期要好于2000—2003年，2003—2004年對造粒系統(tǒng)采取一定的控制措施后，運行周期維持在20 d以上，有過28 d的運行記錄，但總體上運行周期難以突破30 d瓶頸。2005年繼續(xù)攻關(guān)，總體上運行仍不是很穩(wěn)定。因此，需要對影響造粒系統(tǒng)長周期運行的相關(guān)因素進行研究，找出關(guān)鍵因素，總結(jié)規(guī)范的生產(chǎn)控制思路。

2 大修后造粒工況異常情況

造粒機運行周期不穩(wěn)定的案例很多，每次原因都不完全相同。其中2005年初大修開車后，造粒裝置的異常特別具有代表性，直接反映了造粒裝置長周期運行影響因素的復(fù)雜，查找過程較艱難。2005年1月16日，大修開車后造粒工況出現(xiàn)異常，2月21日才找到根本原因，在短短的 37 d 時間里，清洗造粒機多達7次，平均間隔6 d清洗1次。具體清洗情況見表1。

表1 造粒機清洗情況

造粒裝置外在環(huán)境不穩(wěn)定，大修后尿素系統(tǒng)運行一直不正常：①從2005年1月16日裝置開車至2月21日，因前系統(tǒng)合成氨裝置的輔鍋跳車，導(dǎo)致整個尿素裝置停車4次，尿素裝置壓縮機跳車1次，停電系統(tǒng)跳車1次，共計停車6次；②尿素造粒添加劑脲醛系統(tǒng)反應(yīng)器堵塞，造粒給料尿液泵頻繁汽化；③造粒機流化空氣風(fēng)機風(fēng)門連桿斷裂，直接造成造粒機死床。

3 查找故障過程

排除造粒機外在影響因素示意見圖1，初步結(jié)論是造粒機本身問題(見圖2)。

圖1 排除造粒機外在影響因素示意

圖2 初步結(jié)論示意

2005年大修后，造粒系統(tǒng)故障的查找過程是曲折的。首先，對造粒系統(tǒng)認識不到位，認為主要設(shè)備屬于礦山機械，簡單易于掌握；其次，在噴頭檢查中未能認識到尿液噴頭的噴淋試驗無法解決霧化噴頭存在的問題，致使問題在較長時間后才得到解決。

4 分析影響流化床造粒裝置長周期運行的因素

流化床大顆粒尿素造粒裝置設(shè)備多，工藝復(fù)雜，需控制的影響因素較多。按人、機、料、法、環(huán)因果分析法總結(jié)影響流化床造粒裝置長周期運行的因素有：噴頭壓力控制、造粒機料位控制、蒸發(fā)真空度控制、尿液水分控制、粉塵控制、脲醛添加劑反應(yīng)的控制、流化空氣風(fēng)量、霧化空氣壓力、流化狀態(tài)、破碎機破碎狀態(tài)、振動篩篩分情況、造粒機溫度、造粒機各室風(fēng)量的調(diào)整策略等重要因素，必須判斷和區(qū)分這些因素哪些是主要因素、核心因素、直接因素，哪些是次要因素、非核心因素、非直接因素。在判斷這些因素對造粒機的影響時，要注意以下幾點。

4.1 局部因素導(dǎo)致造粒機長周期運行的中斷

造粒機共有3個造粒室和3個冷卻室，3個造粒室共有9組噴頭，每組23個，共207個噴頭，這些噴頭保證79 t/h左右的尿液霧化造粒。1個噴頭出現(xiàn)問題將導(dǎo)致1排噴頭不能正常投用，造成造粒機死床；個別噴頭的問題會導(dǎo)致整個造粒機出料的惡化。

實踐中發(fā)現(xiàn)，造粒機出現(xiàn)尿素大塊的問題主要發(fā)生在第一室，統(tǒng)計結(jié)果表明其占造粒機運行故障的70%左右，往往發(fā)現(xiàn)第一室噴頭的周圍結(jié)塊，局部的多孔板堵塞，其余兩室均可繼續(xù)運行。造粒機運行周期中斷是由于局部故障，而非整體問題，因此可以得出結(jié)論是局部因素導(dǎo)致造粒機長周期運行的中斷。

4.2 內(nèi)因是關(guān)鍵

2006年以前，對造粒機的長周期運行進行了攻關(guān)研究，但運行周期一直突破不了30 d 的瓶頸?？疾焱愋脱b置，如富島二期、宜化、馬來西亞ABF裝置等，發(fā)現(xiàn)其造粒裝置的運行周期都比本裝置長。究其原因在于一直圍繞造粒機的外部因素進行探討，犯了方向性錯誤，其實造粒機長周期運行的關(guān)鍵在于造粒機本身，主要有噴頭問題、多孔板堵塞、造粒機結(jié)疤等[2]，內(nèi)因才是影響造粒機長周期運行的關(guān)鍵。確定了內(nèi)因，就可通過分析各種因素對內(nèi)因的影響來區(qū)分直接因素與間接因素、關(guān)鍵因素與次要因素等。

4.3 設(shè)備因素、造粒機的清洗和日常維護不容忽視

尿素造粒系統(tǒng)設(shè)備較多，主要有5臺風(fēng)機、3條運輸皮帶以及振動篩、破碎機、斗式提升機等，設(shè)備處于粉塵、高溫、腐蝕性等惡劣環(huán)境中運行。由于所用設(shè)備多，往往一臺設(shè)備發(fā)生故障將會導(dǎo)致整個造粒機停運。因此，設(shè)備因素對造粒機長周期運行的影響不容忽視；同時，造粒機的清洗程序、日常維護和計劃性檢修對造粒機的長周期運行也有重要影響。

5 影響造粒機長周期運行的因素

造粒機長周期運行的關(guān)鍵在于造粒機本身，內(nèi)因是決定性的因素。造粒機內(nèi)部因素可以概括為噴頭問題和造粒機結(jié)疤兩大類，其中噴頭問題為核心問題，造粒機結(jié)疤是重要影響因素。同時，這兩種因素又相互影響、相互作用，交織在一起。

5.1 造粒機噴頭故障

該噴頭為組合式，內(nèi)噴頭為尿液噴頭，外部套一霧化噴頭，霧化噴頭內(nèi)流通的熱空氣將尿液噴頭噴出的尿液霧化。其中尿液噴頭由噴頭、轉(zhuǎn)子、螺帽等三部分組成。噴頭運行的關(guān)鍵在于帶螺旋形尿液通道的轉(zhuǎn)子。在噴出尿液過程中，該轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，尿液被均勻地霧化成液滴，噴入造粒機內(nèi)部流化床晶種上，通過累積長大的模式生成尿素顆粒。轉(zhuǎn)子與噴頭外壁間隔3 mm左右。在實際運行中，非常容易被前系統(tǒng)雜物堵塞，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子無法轉(zhuǎn)動、霧化效果差，造粒機出大塊[3]。

5.2 造粒機結(jié)疤

造粒機結(jié)疤是累積效應(yīng)造成的，量變到一定程度會發(fā)生質(zhì)變。造粒機結(jié)疤按部位可分為多孔板堵塞、造粒機內(nèi)壁結(jié)疤、出口風(fēng)道結(jié)疤。

(1)多孔板堵塞會導(dǎo)致造粒機流化空氣風(fēng)量下降，到一定程度后導(dǎo)致造粒機晶種不流化，噴頭尿液直接噴在床層，使尿素粒子間發(fā)生粘連，形成大塊，導(dǎo)致出料惡化。

(2)造粒機內(nèi)壁結(jié)疤，特別是造粒機頂部結(jié)疤，累積到一定程度，脫落至造粒機床層中，壓住噴頭，噴頭噴出的尿液直接噴在脫落的結(jié)疤上，不斷長大，直至造粒機死床[4]。

(3)出口風(fēng)道結(jié)疤導(dǎo)致造粒機出口負壓無法維持，對造粒機的安全運行有一定的影響。

6 改進措施

6.1 噴頭問題

6.1.1 安裝

噴頭的安裝要求各噴頭內(nèi)、外噴嘴處于同一水平面、等高、同心。強調(diào)噴頭的安裝要求，密封嚴緊，采用耐高溫聚四氟乙烯墊片，避免霧化噴頭和尿液噴頭螺紋間的泄漏[5]。轉(zhuǎn)子進行除垢、打磨，變形損壞的絲扣要進行更換，確保每個噴頭螺旋轉(zhuǎn)子能自由旋轉(zhuǎn)。考慮到尿液噴頭加裝墊片，同時需要調(diào)整霧化噴頭高度。

6.1.2 維護

清洗造粒機時，一定要保證霧化空氣管清洗徹底，需定期檢查霧化空氣各支管堵頭，確認尿液是否漏入霧化空氣側(cè)。造粒尿液泵汽化時，要及時對噴頭進行蒸汽吹掃，避免噴頭堵塞。

6.1.3 系統(tǒng)物料潔凈度管理

系統(tǒng)物料潔凈度對于尿液噴頭轉(zhuǎn)子具有重要意義。合成氨和尿素前系統(tǒng)所有主流程物料及輔助物料最終都將通過尿液噴頭，任何超過3 mm的顆粒都會導(dǎo)致噴頭轉(zhuǎn)子堵塞，一個噴頭堵塞足以使整個造粒機死床，管理難度很大。因此，必須分析所有可能進入造粒機噴頭和多孔板的物料，在物流管道上增加濾網(wǎng)，嚴格執(zhí)行“三級過濾”。

具體措施如下：①尿液主流程管線加濾網(wǎng)、尿液泵進口濾網(wǎng)，造粒機入口管道濾網(wǎng)加大目數(shù)，定期清理。②加入的脲醛添加劑要特別加強過濾，防止高黏度聚合物對噴頭的影響。③加強大修過程系統(tǒng)的清理。在大修時尿素高、中、低壓系統(tǒng)的反應(yīng)器、分解器要打開清理，焊渣、鐵絲及銹蝕必須清理干凈，換熱器列管的分布管處積存的污垢要徹底處理，對系統(tǒng)的尿液儲槽、工藝冷凝液儲槽、甲醛儲槽要專門列出計劃，清理其中長期積存的縮二脲或聚甲醛，避免其開車后進入工藝主系統(tǒng)中。④正常系統(tǒng)運行中，雜質(zhì)最大的來源就是造粒系統(tǒng)本身。造粒的粉塵洗滌系統(tǒng)，特別是除塵系統(tǒng)，由于采用的碳鋼管道不耐尿素的腐蝕，會產(chǎn)生較多的銹渣，因此必須嚴格對物料進行過濾，濾網(wǎng)壓差高時應(yīng)立即安排更換，一般20 d左右就必須更換2個濾網(wǎng)。

6.2 造粒機結(jié)疤問題

針對不同的位置，采取不同的方法：①出口風(fēng)道結(jié)疤，需加沖洗水噴頭定期沖洗，避免尿素大塊積累。②造粒機內(nèi)壁結(jié)疤，可利用噴淋試驗確定噴頭在正常運行壓力時噴射的液滴高度，以此高度來控制造粒機料位，避免過低料位時噴頭噴出的液滴穿透流化床層，直接噴射到造粒機頂部，導(dǎo)致頂部結(jié)疤急速增長，并探討內(nèi)壁涂抹不沾材料，避免結(jié)疤的形成?？刂七M噴頭尿液壓力，在設(shè)計范圍內(nèi)壓力越低越有利于減少粉塵的產(chǎn)生。對于造粒機結(jié)疤塌方的應(yīng)急處理原則是立即處理，盡可能以最快的速度找出受影響的噴頭組，并將故障的噴頭組切出系統(tǒng)，避免故障的擴大化。③多孔板堵塞，需提高霧化空氣噴頭安裝質(zhì)量，避免高溫霧化空氣泄漏到多孔板，導(dǎo)致尿素顆粒高溫熔化而堵塞多孔板。在流化風(fēng)機出口軟連接允許的情況下，應(yīng)提高流化空氣溫度進行熱吹。

6.3 操作規(guī)程的改進

6.3.1 優(yōu)化造粒機清洗的控制

加強清洗造粒機過程的控制，保證每次清洗徹底干凈，從以下幾個方面改進操作方法：①停造粒之前，清掃造粒機返料管線及其連接設(shè)備積沉的粉塵，以防在開啟造粒機風(fēng)機時將管道內(nèi)的粉塵吸入造粒機而污染尚未干燥的多孔板。②在尿液噴頭清洗的同時，重視霧化噴頭的清洗，一次清洗的霧化噴頭不宜過多，1次3組，每組10 min為宜。③在造粒機烘干過程中，應(yīng)保持造粒機導(dǎo)淋全開，并在造粒機返料前關(guān)閉，以此保證風(fēng)道內(nèi)的積水完全排放干凈。④在造粒機烘干過程中，要對尿液總管進行充分排水，防止在投噴頭時將管道中的水分噴入造粒機。⑤造粒機清洗完畢后，要及時烘干；若未及時烘干，重開造粒時要對造粒機各組噴頭、多孔板重新沖洗。

6.3.2 正常維護規(guī)程的改進

(1)噴頭從后向前減，避免加減噴頭時產(chǎn)生故障而影響后續(xù)噴頭。

(2)運行中要保持第一室的風(fēng)量穩(wěn)定。若發(fā)現(xiàn)第一室風(fēng)量下降，要及時提風(fēng)量，保證第一室的良好流化。

(3)造粒機出料發(fā)生異常時，要及時找出發(fā)生故障噴頭所在的噴頭組，關(guān)閉該組噴頭，避免事故的擴大，以維持出料的正常。

7 結(jié)語

造粒裝置長周期運行的核心在于造粒機。通過對海德魯流化床造粒機噴頭和內(nèi)部結(jié)疤的研究，采取針對性的措施后，2006年造粒機的運行周期突破30 d的瓶頸，2007年運行周期最長可達38 d，至2013年取得運行48 d的好成績。