海德魯流化床造粒裝置典型故障原因分析及對策

孫豐澤，李羅真

（海洋石油富島有限公司，海南 東方 572600）

海洋石油富島有限公司化肥一期造粒裝置采用挪威海德魯流化床大顆粒造粒技術，設計產能1 765 t/d［1］。隨著運行時間的延長，設備老化、管線泄漏等情況逐年增加。造粒裝置出現(xiàn)洗滌塔除沫網變形、振動篩篩網頻繁破損、造粒機噴頭支管泄漏等典型故障，筆者分析故障產生的原因，并采取相應措施，以保證設備安全運行。

1 造粒工藝介紹

來自熔融尿液泵質量分數(shù)為96%的尿素溶液與脲甲醛溶液經靜態(tài)混合器混合后，經調節(jié)閥送入造粒機各組尿液噴頭，壓力控制在0.11～0.15 MPa，與霧化空氣混合后噴淋到流化床造粒機內的晶種上［2］。

從造粒機出來的顆粒尿素，由抽料機抽至安全篩，在此將粒徑＞10 mm顆粒或結塊尿素篩出后流入流化床冷卻器冷卻。從流化床冷卻器出來的尿素顆粒由斗提機提升至篩分系統(tǒng)。粒徑2.00 ～4.75 mm顆粒經最終冷卻器冷卻后，由輸送皮帶送到成品倉庫［2］。

從造粒機排出的氣體夾帶尿素細粒（平均粒徑3 μm），約為裝置產量的4%，該氣流進入濕式洗滌塔，用稀尿素溶液洗滌，當洗滌液w（尿素）達到45%～50%時送到循環(huán)尿素溶液貯槽，再用泵抽出，經預熱器預熱后送蒸發(fā)系統(tǒng)回收。洗滌后幾乎不含尿素的尾氣由抽風機抽出，經煙囪放空［2］。

在洗滌器內部設有除沫器，為了防止其堵塞而影響風量，用水解解吸來的冷凝液連續(xù)沖洗除沫器。

2 典型故障原因分析及處理

2.1 洗滌塔除沫網變形

2.1.1 設備簡介

造粒尾氣洗滌塔內件包括除沫網、百葉窗、循環(huán)噴淋噴頭、除沫器噴頭。除沫網由多張鋼絲網壓制而成，網厚約200 mm，噴淋噴頭8 個，除沫器噴頭10個，洗滌塔容積308 m3。

2.1.2 洗滌塔工作原理

造粒裝置生產運行過程中產生的粉塵以及尿液中的一些游離氨，由造粒機頂部抽風道排出，送往造粒尾氣洗滌塔用稀尿素溶液進行有效清洗。尿素細粉被抽風機抽出在風道經過噴淋洗滌進入洗滌塔夾層空間。夾層厚度616 mm，出口在洗滌塔底部液位686 mm 處，且夾層出口是逐漸變窄的。夾層上方環(huán)周分布大循環(huán)噴頭，進行不間斷噴灑，以吸收尾氣中的粉塵和游離氨。氣流經液面吸收后折返向上經扇形百葉窗改變方向，在此經除沫器噴淋水洗滌，然后經除沫網水氣分離。液滴由幾個下液管流回液體中，干凈的尾氣被抽風機抽出經煙囪排入大氣。造粒尾氣洗滌塔結構見圖1。

圖1 造粒尾氣洗滌塔結構

2.1.3 故障原因分析

2019 年1 月造粒煙囪尾氣環(huán)保取樣ρ（NH3）＞50 mg/m3，超過設計指標（ρ（NH3）＜50 mg/m3），經過一系列工藝調整措施，取樣分析仍偶然超標。2019年4 月裝置停車檢查發(fā)現(xiàn)，造粒尾氣洗滌塔C150除沫網嚴重變形，固定網板彎曲，網與網的間隙增大，導致部分洗滌液未經除沫網便被抽風機抽至造粒煙囪放空，影響煙囪尾氣放空指標中的氨含量。

在拆除除沫網清理時，發(fā)現(xiàn)大量污垢積存在除沫網的夾層中，有尿素結晶物、縮二脲、銹渣等。造粒尾氣洗滌塔除沫網下方有噴頭沖洗裝置，受除沫網噴淋水壓力不穩(wěn)定及噴頭堵塞的影響，部分除沫網將無法被噴淋沖洗，洗滌塔內含有稀尿素溶液的水汽將附著在除沫網上，日積月累，在除沫網內積存尿素結晶物，造成堵塞，影響除沫網的通透性，除沫網壓差增大，加上篩網固定件因長期使用存在松動，在造粒抽風機的抽動下篩網變形。

2.1.4 對策

針對以上問題進行了技改，在C150 除沫網上方增加沖洗裝置，在除沫網上方1 m 處安裝直徑50 mm環(huán)形管，環(huán)形管對稱安裝16個小噴頭，噴淋水通過小噴頭噴灑覆蓋整個除沫網上部，形成反沖。噴淋水采用115 ℃的蒸汽冷凝液，能夠有效溶解除沫網中殘留的尿素結晶物。增加沖洗裝置，定期沖洗除沫網，會有效緩解除沫網的堵塞問題，確保除沫網的通透性，防止除沫網因上下壓差大而變形。

自2020 年改造完成后，在每月清洗造粒機時，投用除沫網上部噴淋水，沖洗除沫網15～20 min，確保除沫網內尿素結晶物沖洗干凈，保證運行時除沫網壓差在正常范圍內。改造后，幾次裝置檢修時對造粒洗滌塔檢查，除沫網形狀完好，未再發(fā)現(xiàn)變形、網中積存大量尿素結晶物等現(xiàn)象。

2.2 振動篩篩網頻繁破損

2.2.1 設備簡介

振動篩由LOCKER ROTEX 工廠制造，型號為72SP，雙系列并行工作。主要包括驅動電機、曲軸箱、底架、篩體（上篩框、下篩框）、吊繩、牽引桿［3］。振動篩的支架由4 根吊繩牽引與地板平行，振動篩相對于支架成4°坡度的篩傾角；振動篩篩體采用2 層篩框結構，篩網用螺栓固定在篩框上；篩網及篩框采用304 不銹鋼材質，兩層篩框篩網孔徑不同，上層篩框絲網孔徑4.5 mm，絲徑1.00 mm，下層篩框絲網孔徑2.6 mm，絲徑0.8 mm；每個篩框分24個篩格，每個篩格中放置3個直徑50 mm的橡膠小球（主成分氯丁橡膠質量分數(shù)為75%，其含量越高，彈性越好［4］）。橡膠小球的作用是振動篩晃動時，小球不斷碰撞篩網和側壁，保持篩網網孔清潔和下料順暢，避免尿素粉塵堵塞網孔［3］。

當尿素顆粒進入振動篩上層篩網時，篩網將粒徑大于4.75 mm 的顆粒篩分出來，通過大顆粒輸送管送至破碎機破碎后送入造粒機作為晶種。剩下的尿素顆粒進入下層篩網，下層篩網將粒徑2.00～4.75 mm 的成品顆粒篩分出來，通過成品輸送管送至成品皮帶，最終送往成品散裝庫。粒徑小于2.00 mm 的顆粒，穿過下層篩網來到箱體底部，通過小顆粒輸送管進入造粒機作為晶種，用于尿素生產。

2.2.2 故障原因分析

自投產以來，篩網和橡膠小球的運行周期約6個月。但2020 年以來，振動篩第二層篩網出現(xiàn)了頻繁破損的現(xiàn)象，2 個月左右就需要更換一次篩網和橡膠小球。

振動篩網運行過程中，隨著運行時間的推移，橡膠小球逐漸磨損變小，小球跳動空間逐步增大，與篩網的磨損進一步加劇，最終導致篩網破損。

振動篩篩網破損后，尿素成品顆粒會進入小顆粒中，增加了系統(tǒng)返料比，造粒系統(tǒng)負荷增加，工況惡化，大幅度縮短造粒裝置運行時間，另外頻繁更換篩網和橡膠小球，導致維修和時間成本也大幅度增加。

2.2.3 對策

針對第二層篩網頻繁破損，在保證第二層篩網篩分能力的前提下，將第二層篩網的鋼絲直徑由原來的0.8 mm 增加為0.9 mm，篩網孔徑略微減小。通過取樣分析，改進對尿素顆粒分布幾乎無影響，篩網強度得到明顯提升。

同時，將第二層篩網的材質由304 更換為316L，因316L 不銹鋼Ni 含量高，由此制成的篩網韌性強、彈性更好，同時由于316L 是低碳鋼，對抗晶間腐蝕性能更好，耐用性更出色。

將橡膠小球中氯丁橡膠質量分數(shù)由75%提升為80%，使篩網能夠滿足造粒高負荷工況，既可以保證篩網的篩分效果，又可以最大限度延長篩網的使用時間。

通過對篩網和橡膠小球材質調整，振動篩恢復正常使用壽命。

2.3 造粒機噴頭支管泄漏

2.3.1 設備簡介

噴頭支管在造粒機的下殼體，多孔板下方。尿液管底部配有蒸汽伴熱管線，每組尿液管線上的噴頭分支，穿入霧化空氣管線中，與霧化空氣管線一同穿過多孔板，噴頭固定在多孔板上，尿液管與蒸汽伴熱管線完全由保溫層包裹。噴頭支管結構如圖2所示。

圖2 噴頭支管結構

2.3.2 故障原因分析

在近幾年生產過程中，造粒機出料會突然出現(xiàn)尿素顆粒不同程度的黏結現(xiàn)象，且呈逐漸擴大趨勢，超大顆粒尿素增多，造粒機各室流化空氣量下降，使造粒機運行周期縮短。主要原因是隨著運行周期的增加，設備逐漸老化、腐蝕等因素導致尿液噴頭支管焊縫泄漏，質量分數(shù)96%的尿液從支管焊縫噴出，隨下殼體流化空氣噴灑在多孔板上，造成多孔板局部堵塞，流化狀態(tài)變差，逐步加劇造粒機工況惡化。

2.3.3 對策

（1）進入造粒機下箱體檢查各組噴頭支管檢漏孔是否有尿素結晶物，判斷是哪一組支管有漏點。用木槌敲擊尿液支管外部不銹鋼保溫層，通過聲音判斷是否有泄漏。通常無泄漏尿液管外殼敲擊聲為空心聲，如尿液管泄漏，保溫層會積存大量尿素結晶物，敲擊時會有實心發(fā)悶的聲音。當尿液漏量大，則需要對整條尿液管保溫外殼進行切割。切割時從保溫外殼底部向上2/3 處切割，以防止損傷到周邊管線。長期泄漏的尿液跟保溫層形成塊狀凝結物，異常堅硬，需要使用氣動手錘將尿素結塊打碎并清理干凈，使尿液管線及噴頭焊縫露出。

（2）受管線熱脹冷縮影響，采用空氣、水難以查到漏點，因此采用蒸汽查漏。模擬正常運行工況溫度，將造粒機所要查漏的23 個噴頭全部拆除，沿尿液流向除第一個噴頭和末端噴頭不安裝堵頭，其余噴頭都安裝堵頭，將蒸汽發(fā)生器放置造粒機門外，蒸發(fā)器出氣口用耐壓膠管與第一個噴頭連接，末端噴頭安裝帶閥門的短接管，再用耐壓膠管從短接管引至造粒機門外，用于排放蒸汽冷凝液保證蒸汽流動。

蒸汽發(fā)生器出氣壓力控制在0.25 MPa，以保證蒸汽溫度在130 ℃以上。向尿液支管充入蒸汽提壓至正常生產運行壓力時，保壓30 min后可進入下殼體查漏。尿液支管焊縫泄漏點一般呈現(xiàn)的是水霧間斷噴出或鼓小水泡，通過PT（滲透檢驗）檢測確認具體泄漏位置，記錄泄漏位置。對焊縫漏點進行補焊處理，再次查漏，確認正常無漏點。

3 結束語

中海石油化學股份有限公司化肥一期造粒生產裝置，隨著運行時間延長，設備逐漸出現(xiàn)問題。通過不斷摸索、技改和總結，有效處理了所發(fā)生的典型故障，保證了造粒系統(tǒng)的安全穩(wěn)定長周期運行，同時也為處理同類裝置問題提供了借鑒經驗。