CO2汽提塔出液溫度異常升高的原因分析

康 瑄,張東旭,魏小鵬,陳 祥

(兗礦新疆煤化工有限公司, 烏魯木齊 830000)

兗礦新疆煤化工有限公司(簡稱兗新煤化)煤化工項目規(guī)劃設(shè)計產(chǎn)能為300 000 t/a甲醇、520 000 t/a尿素,同時副產(chǎn)26 000 t/a硫酸、50 000 t/a液氬、20 000 t/a液氧,項目于2012年投產(chǎn)運行。2020年兗新煤化于9月下旬至10月中旬進(jìn)行年度大修,于2020年10月21日系統(tǒng)正式開車。系統(tǒng)開車后出現(xiàn)汽提塔出液、出氣溫度指標(biāo)異常偏離,同時出現(xiàn)負(fù)荷明顯后移至低壓循環(huán)系統(tǒng),導(dǎo)致低壓循環(huán)系統(tǒng)負(fù)荷重,影響生產(chǎn)質(zhì)量與尿素氨耗,系統(tǒng)操作困難。

1 CO2汽提工藝流程

從尿素合成反應(yīng)塔中溢流出的合成液溫度控制在181～185 ℃,進(jìn)入汽提塔上部,經(jīng)汽提塔上部的液體分布器分布后,合成液均勻流入汽提塔列管內(nèi),并以膜狀形式沿管壁向下流動。CO2氣體從汽提塔塔底進(jìn)入汽提塔列管內(nèi)并與液膜逆流接觸。由于汽提是一個吸熱過程,所以在殼側(cè)2.5 MPa左右的蒸汽提供熱量的條件下,合成液中的氨基甲酸銨受熱分解成NH3、CO2,同時與原料氣中新鮮的CO2氣體混合后,從汽提塔頂部進(jìn)入高壓甲銨冷凝器進(jìn)行反應(yīng),從汽提塔底部出來的液體進(jìn)入低壓循環(huán)系統(tǒng)提純CO(NH2)2并回收未反應(yīng)的NH3、CO2[1-2]。

2 存在的問題

系統(tǒng)存在的主要問題為:(1) 汽提塔出液溫度異常高。(2) 尿素噸氨耗增大。(3) 常壓吸收塔出液溫度上升近12 K。(4) 氨水槽中NH3、CO2濃度增加異常明顯。

3 原因分析及解決措施

針對以上存在的問題,初步分析為高壓系統(tǒng)汽提塔出現(xiàn)問題,本應(yīng)在高壓系統(tǒng)完成的負(fù)荷后移至低壓循環(huán)系統(tǒng),造成各指標(biāo)異常。因汽提塔工作異常導(dǎo)致氣體效率降低,返回高壓甲銨冷凝器的汽提氣減少,惰性氣體含量不斷積累增加,最終導(dǎo)致高壓洗滌器的放空閥開度增大,氨也隨之排放出系統(tǒng)造成氨損失,低壓甲銨冷凝器負(fù)荷、常壓吸收塔及后系統(tǒng)出現(xiàn)指標(biāo)整體變化,影響工藝操作,使系統(tǒng)惡化,最終停車處理。

通過優(yōu)化工藝控制指標(biāo),從5個方面進(jìn)行原因排查:

(1) 汽提塔液位過高。由于汽提塔殼側(cè)通入2.5 MPa左右的蒸汽加熱,而汽提塔液位過高,使得汽提效率降低;殼側(cè)蒸汽直接變成加熱合成液的熱源,使汽提塔出液溫度增大。將汽提塔出液閥開大,保證在其液位在不竄氣的條件下低限操作,經(jīng)過一段時間控制操作仍未見明顯改善,故排除汽提塔液位過高的可能。

(2) 進(jìn)入汽提塔CO2溫度升高,使得汽提塔出液溫度增大。根據(jù)調(diào)控壓縮機四段出口溫度,控制進(jìn)入汽提塔CO2的溫度在指標(biāo)范圍內(nèi)合理波動。經(jīng)一段時間監(jiān)控運行,仍未見汽提塔出液溫度有明顯改善,故排除進(jìn)入汽提塔CO2溫度升高的可能。

(3) 生產(chǎn)負(fù)荷過低,使得汽提塔出液溫度增大。因為低負(fù)荷時液體分布器內(nèi)液位槽液位較低,會出現(xiàn)合成液在汽提塔列管中分布不均勻的現(xiàn)象,使得局部列管中氣液量減少造成出液溫度增大,并且伴隨著腐蝕加劇,危害設(shè)備與生產(chǎn)安全。但此時系統(tǒng)仍處于70%負(fù)荷運行,不構(gòu)成過低負(fù)荷運行條件,故排除生產(chǎn)負(fù)荷過低的可能。

(4) 進(jìn)入汽提塔的合成液中水與尿素的質(zhì)量比上升,使得汽提塔出液溫度增大。一般水與尿素的質(zhì)量比每上升0.1,出液溫度上升2 K[3-4]。經(jīng)過對取樣結(jié)果進(jìn)行分析,排除了這種情況。

(5) 液體分布器中某些液體分布小孔堵塞,使得汽提塔出液溫度增大。若液體分布小孔被堵塞,其他管束的液體量會增加,形成被合成液加熱的格局,減弱了汽提分解的效率,進(jìn)而造成出液溫度增大。因為系統(tǒng)剛經(jīng)歷年度大檢修,所以存在某些雜物隨物料進(jìn)入汽提塔堵塞液體分布器中液體分布小孔的可能。

短停系統(tǒng)檢修發(fā)現(xiàn)有些許雜物堵塞液體分布器中液體分布小孔,重新清理后回裝。系統(tǒng)恢復(fù)運行后,各工藝指標(biāo)正常、氨耗降低、后系統(tǒng)運行正常平穩(wěn)。

綜上所述,在系統(tǒng)停車大修過程中,應(yīng)及時對重要設(shè)備開口處進(jìn)行密封,防止雜物落入系統(tǒng)管道。同時,在各設(shè)備檢修過程中,若焊渣等雜物進(jìn)入系統(tǒng),在經(jīng)過汽提塔時堵塞液體分布器小孔,容易造成部分汽提管內(nèi)的液體分布不均勻。因此,在系統(tǒng)開車前應(yīng)嚴(yán)格吹掃工藝管道及設(shè)備,確保整個系統(tǒng)內(nèi)無雜物。

4 結(jié)語

CO2汽提塔出液溫度異常升高會引起整個系統(tǒng)各指標(biāo)的異常變化,如尿素氨耗增高、后系統(tǒng)負(fù)荷增重、尿素產(chǎn)品質(zhì)量降低及設(shè)備腐蝕安全性降低等。只有在平時系統(tǒng)生產(chǎn)過程中多學(xué)習(xí)觀察、多討論分析,同時借鑒參考其他同類型企業(yè)的類似問題,遇到異常及時處理,才能更好地優(yōu)化工藝系統(tǒng)。