尿素裝置中壓分解器溫度低原因分析及對策

杜縫濤,張明強,于 豇

(重慶建峰化工股份有限公司， 重慶 408601)

1 中壓分解器工藝流程

重慶建峰化工股份有限公司尿素裝置采用意大利斯那姆氨汽提工藝，設(shè)計產(chǎn)能為1 750 t/d。尿素中壓分解器由中壓分離器、中壓分解加熱器、中壓分解器貯槽三部分組成。中壓分解器工藝流程見圖1。

300V02—中壓分解器頂部分離器； 300E02A/B—中壓分解加熱器；300V22—中壓分解器底部受槽；TV09301—溫度調(diào)節(jié)閥；300V09—中壓蒸汽冷凝液分離器；HV09303—中壓過熱蒸汽補充閥；LV09203A—進(jìn)液調(diào)節(jié)閥； LV09203B—出液調(diào)節(jié)閥； 300E04—高壓甲銨冷凝器； LV09301—中壓分解器液位調(diào)節(jié)閥。圖1 中壓分解器工藝流程圖

離開高壓氨汽提塔底部的含尿素、甲銨的溶液，經(jīng)減壓至1.7 MPa進(jìn)入中壓分解器頂部分離器，一部分甲銨液閃蒸分離，氣相進(jìn)入中壓回收系統(tǒng)進(jìn)行回收，液相進(jìn)入中壓分解加熱器管側(cè)進(jìn)行加熱分解，離開中壓分解器底部受槽的溶液送入低壓系統(tǒng)。中壓分解加熱器A段殼側(cè)由0.55 MPa、155 ℃的增壓蒸汽通過溫度調(diào)節(jié)閥供熱，中壓分解加熱器B段殼側(cè)由中壓蒸汽冷凝液分離器流出的2.17 MPa、219 ℃的蒸汽冷凝液供熱，還可通過中壓過熱蒸汽補充閥將來自尿素中壓蒸汽管網(wǎng)的2.2 MPa、318 ℃中壓飽和蒸汽補充供熱。中壓分解加熱器A/B段殼測蒸汽冷凝液全部返回到高壓甲銨冷凝器殼測，中壓蒸汽冷凝液分離器液位通過液位調(diào)節(jié)閥控制。

2 存在的問題

2015年高壓氨汽提塔整體更換后，殼側(cè)加熱蒸汽壓力從2.50 MPa降為1.75 MPa，增壓蒸汽壓力從650 kPa降到550 kPa，特別是在2016年高壓甲銨分離器氣相管線到中壓分離器氣相管線技改閥關(guān)小后，中壓分解器加熱溫度從155 ℃下降到151 ℃(見表1)。甲銨分解率下降，導(dǎo)致低壓系統(tǒng)壓力上漲，低壓壓力調(diào)節(jié)閥一直有開度，氨損失增加，蒸發(fā)和水解系統(tǒng)蒸汽消耗增加。一旦蒸汽管網(wǎng)緊張，極易引起蒸發(fā)轉(zhuǎn)循環(huán)和水解電導(dǎo)超標(biāo)，這給裝置穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運行帶來較大困難。

表1 高中壓系統(tǒng)工況變化對比

3 原因分析

3.1 中壓分解加熱器A段列管泄漏

中壓分解器管側(cè)工藝控制壓力為1.7 MPa，中壓分解加熱器A段殼側(cè)增壓蒸汽壓力為0.55 MPa，如果出現(xiàn)列管泄漏，管側(cè)的含氨尿液因壓力高會進(jìn)入到殼側(cè)的蒸汽中，造成蒸汽冷凝液污染，蒸汽冷凝液總管的電導(dǎo)會出現(xiàn)上漲。通過對電導(dǎo)的監(jiān)控及分析取樣，蒸汽冷凝液正常，因此排除該原因。

3.2 中壓分解加熱器B段列管泄漏

中壓蒸汽冷凝液分離器內(nèi)流出蒸汽冷凝液壓力(1.75 MPa)高于列管側(cè)物料壓力(1.7 MPa),如果出現(xiàn)列管泄漏，殼側(cè)的蒸汽冷凝液會進(jìn)入管側(cè)，造成中壓分解器尿液貯槽液相出口物料尿素濃度明顯降低，中壓蒸汽冷凝液分離器出液調(diào)節(jié)閥開度會明顯關(guān)小。

中壓蒸汽冷凝液分離器液位調(diào)節(jié)閥閥位對比見表2。

表2 中壓蒸汽冷凝液分離器液位調(diào)節(jié)閥閥位對比

由表1可以看出：中壓液相尿素濃度沒有出現(xiàn)明顯下降的情況。由表2可以看出：中壓蒸汽冷凝液分離器出液調(diào)節(jié)閥閥位維持平穩(wěn)。因此，可以排除中壓分解加熱器B段列管泄漏的原因。

3.3 中壓分解加熱器B段殼側(cè)到中壓分解加熱器A段殼側(cè)泄漏量增大

中壓分解加熱器的設(shè)備結(jié)構(gòu)為列管在殼側(cè)A/B隔板處脹管密封，存在中壓分解加熱器B段殼側(cè)壓力高的蒸汽冷凝液從列管脹接處漏入中壓分解加熱器A段殼側(cè)的可能性，泄漏增大到一定程度后，最直觀的表現(xiàn)為中壓蒸汽冷凝液分離器出液調(diào)節(jié)閥逐步關(guān)小，中壓蒸汽冷凝液分離器進(jìn)液調(diào)節(jié)閥逐步開大[1]。

通過對比表2的閥位可以看出，尿素裝置正常運行時中壓蒸汽冷凝液分離器進(jìn)液調(diào)節(jié)閥閥位為0，并且前后切斷閥關(guān)閉，中壓蒸汽冷凝液分離器出液調(diào)節(jié)閥閥位一直在45%以上，說明中壓分解加熱器B段殼側(cè)到中壓分解加熱器A段殼側(cè)泄漏量可控，可以排除該原因。

3.4 中壓分解加熱器列管的液體分布管分布孔堵塞

2018年12月利用尿素裝置消缺機會，檢查中壓分解加熱器列管頂部的進(jìn)液分布管，經(jīng)檢查所有分布管的分布孔全部通暢，不存在堵塞現(xiàn)象。但發(fā)現(xiàn)部分進(jìn)液分布管管口破損及變形嚴(yán)重，在安裝過程中起密封作用的生膠帶出現(xiàn)擠壓變形，導(dǎo)致漏液，破壞列管成膜度。具體情況見圖2和圖3。

圖2 分布管管口破損

圖3 分布管管口變形

3.5 中壓分解加熱器列管結(jié)垢嚴(yán)重

2018年12月在尿素裝置消缺期間，檢查發(fā)現(xiàn)中壓分解加熱器列管結(jié)垢情況，發(fā)現(xiàn)列管下部，即中壓分解加熱器B段的管壁結(jié)垢嚴(yán)重，機械清洗效果差，影響傳熱及列管降膜布液(見圖4)。

圖4 中壓分解加熱器B段管壁結(jié)垢

3.6 中壓分解器運行工況排查

3.6.1 高壓甲銨分離器至中壓分離器技改管線

2011年3月為解決中壓分解器加熱分解溫度低的問題，增設(shè)高壓甲銨分離器氣相管線到中壓分離器頂部氣相出口的技改管線(見圖5)，中壓分解器的加熱溫度從149 ℃上漲到154～155 ℃，后系統(tǒng)的運行工況好轉(zhuǎn)也驗證該技改管線的作用。

圖5 中壓分解器工藝流程圖

2015年低壓氨預(yù)熱器列管因腐蝕減薄，出現(xiàn)2次爆管事故，分析原因為高壓甲銨分離器至中壓分離器技改管線的投用將高壓氣相中的氧氣大部分走短路進(jìn)入中壓分離器氣相管線，造成高壓氣相原本通過中壓分解器貯槽后分流進(jìn)入低壓系統(tǒng)的氧氣大幅減少，無法形成低壓氨預(yù)熱器的防腐鈍化膜，出現(xiàn)腐蝕減薄加劇的情況。為降低這種異常情況的發(fā)生，在2016年開始將該技改管線閥位由50%減小到20%。

3.6.2 高壓甲銨分離器氣相閥閥位

從見諸報端的并購大事件來看，2018年的并購大事有順豐收購DHL、順豐與美國夏輝成立新夏輝公司、萬科物流并購太古冷鏈、滿幫收購志鴻物流；2017年則有貨車幫與運滿滿合并、蘇寧物流收購天天快遞、中遠(yuǎn)海運收購東方海外。并購一個接著一個，物流行業(yè)并購這兩年一直沒有停止過。

高壓甲銨分離器氣相閥閥位對比見表3。

由表3可以看出：高壓甲銨分離器氣相閥的閥位開度對中壓分解器的殼側(cè)加熱溫度有明顯影響[2]。

表3 高壓甲銨分離器氣相閥閥位對比表

2009年—2010年，原高壓氨汽提塔殼側(cè)溫度不高，高壓甲銨分離器氣相閥的閥位在9%～15%，通過提高中壓蒸汽冷凝液分離器壓力提升增壓蒸汽壓力可以將中壓分解溫度加熱到151～152 ℃。

2011年—2014年，高壓甲銨分離器至中壓分離器技改管線投用，與三胺聯(lián)運時，高壓甲銨分離器氣相閥的閥位較大，中壓分解溫度下降明顯，高壓系統(tǒng)被迫降負(fù)荷運行，高壓甲銨分離器氣相閥放空閥位降低，中壓分解溫度能夠控制在154～156 ℃。

2015年高壓氨汽提塔更新后，設(shè)備換熱面積增大，殼側(cè)加熱溫度在205 ℃時，高壓甲銨分離器氣相閥的閥位明顯開大，因高壓氨汽提塔更新后換熱能力增強，殼側(cè)蒸汽壓力大幅下降，由2.50 MPa下降到1.75 MPa，造成增壓蒸汽壓力只能維持在560 kPa左右，中壓分解溫度維持在153～154 ℃。

2016年將高壓甲銨分離器氣相管線到中壓分離器氣相管線技改閥關(guān)小到20%以后，中壓分解溫度只能維持在150～151.5 ℃。

高壓氨汽提塔整體更換后，在幾次大修檢查過程中發(fā)現(xiàn)高壓氨汽提塔液體分布管上部的柵板有一定程度的變形，對液體分布管的壓緊和固定作用減弱，部分液體分布管松動造成高壓氨汽提塔汽提效率下降，后系統(tǒng)分解負(fù)荷增加，返回高壓系統(tǒng)的甲銨液量增加，高壓甲銨分解器液位上漲，導(dǎo)致高壓回收段壓力上漲，在壓力自控情況下，高壓甲銨分離器氣相閥開大。在對柵板進(jìn)行校正回裝后裝置開車，存在高壓甲銨分離器氣相閥閥位比檢修前下降，但運行一段時間后又逐步開大的問題。

4 對策措施

高壓合成塔出口液相氨碳比從3.15提高至3.2～3.3，合成塔壓力提高至15.25～15.3 MPa，通過提高氨碳比及壓力提高合成塔的二氧化碳轉(zhuǎn)化率，降低后系統(tǒng)的分解回收負(fù)荷。

對中壓分解加熱器液體分布管管頭進(jìn)行校正，回裝時纏生膠帶由7圈增加到14圈，增加密封性。

在對中壓分解加熱器列管進(jìn)行機械清洗時，嚴(yán)格按照清洗檢驗要求進(jìn)行檢查，盡量確保對中壓分解加熱器B段列管內(nèi)壁結(jié)垢清理干凈[3-4]。

5 效果評估

2019年尿素裝置開車后，系統(tǒng)工況見表4。

表4 2019年開車前后運行工況對比

2019年2月高壓甲銨分離器至中壓分離器技改閥開度為20%，4月后全關(guān)高壓甲銨分離器至中壓分離器技改閥，中壓分解器溫度能夠穩(wěn)定在153 ℃以上(2020年拆除高壓甲銨分離器至中壓分離器技改管線)，比措施實施前(2018年2月17日)不開高壓甲銨分離器至中壓分離器技改閥時的149 ℃提高4 K以上，驗證該對策措施是有明顯效果的。

6 結(jié)語

對引起中壓分解器溫度低的原因，從工藝、設(shè)備等方面做了簡要分析，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，使中壓分解器溫度明顯提升。下一步計劃對中壓分解加熱器列管進(jìn)行先化學(xué)清洗后機械清洗，更換管頭有損壞或有缺陷的液體分布管，提高列管液體成膜度，提高中壓分解加熱器的加熱分解能力。