李蘇軍

（重慶MDI一體化建峰項目部，重慶長壽 401221）

尿素

斯那姆工藝的技術(shù)改造

李蘇軍

（重慶MDI一體化建峰項目部，重慶長壽 401221）

通過技改技革，解決斯那姆氨汽提工藝生產(chǎn)中出現(xiàn)的設(shè)備腐蝕老化、管道結(jié)晶堵塞，生產(chǎn)成本高以及影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行等問題。尤其面對三聚氰胺來料的影響。裝置做了大量改進，實現(xiàn)了系統(tǒng)的擴容、優(yōu)化和穩(wěn)定運行。

三聚氰胺；尿素；高壓甲銨泵；水解系統(tǒng)；中壓冷凝器

0 引言

重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司的第一套尿素裝置，采用意大利斯那姆氨汽提工藝，設(shè)計能力1750 t／d。自1993年建成投產(chǎn)以來，經(jīng)過設(shè)備磨合，技術(shù)更新，人員技能提升。尤其是在面對后期出現(xiàn)的設(shè)備老化、三聚氰胺來料影響，裝置擴容以及工藝設(shè)計缺陷等，建峰化工股份有限公司化肥分公司對這套裝置做了許多大膽的改進。也使得這套裝置達到了良好的運行狀態(tài)。

1 優(yōu)化、技改內(nèi)容及效果評估

1.1 甲胺分離器（V01）氣相管線技改

1.1.1 技改前狀況

甲胺分離器（V01）氣相管線的作用是將完成汽液分離后的V01中的氣相，減壓到中壓后進行回收。原工藝是將約153℃含氨、甲胺氣相物料從甲胺分離器（V01）引入中壓分解塔受槽（V22），此氣相再在中壓分解塔受槽（V22）中吸熱后汽提至中壓分解塔分離器（V02）中，然后進入中壓吸收塔、中壓冷凝器、中壓氨冷器，回收其中的氨，甲胺。再將其中的惰氣通過中壓洗滌塔洗滌后，排放大氣。

甲胺分離器（V01）氣相經(jīng)過PV9207A減壓后，溫度下降至100℃左右，進入到中壓分解塔受槽（V22），然后此氣相再沿中壓分解塔換熱管中心上升至中壓分解塔分離器（V02）。上升過程中不能起到設(shè)計理論的汽提作用，反而要消耗蒸汽將其溫度提高到158℃，造成蒸汽消耗的增加。這一部分氣體，還要經(jīng)過E06冷凝降溫，又增加了中壓冷凝器的冷凝負荷。另一方面，這股低溫氣相在E02／V22對分解物料造成冷卻作用，使得中壓分解溫度提不起來，導(dǎo)致低壓分解負荷增大，使得低壓放空損失增加、蒸發(fā)系統(tǒng)控制困難。

1.1.2 技改思路

將甲胺分離器（V01）氣相經(jīng)過PV9207A減壓后直接引至中壓分解塔分離器（V02），（如圖1）這樣一方面避免這股冷的物料經(jīng)過中壓分解塔（E02），減少了裝置的蒸汽消耗，同時提高了中壓分解塔（E02）的溫度。另一方面，由于V01氣相未經(jīng)E02加熱，降低了中壓冷凝器的冷凝負荷。

1.1.3 技改效果

甲胺分離器（300V01）氣相管線技改項目于2010年8月Snam技術(shù)服務(wù)專家來我廠交流中正式提出，2010年9月6日獲得化肥分公司審批通過，并于2011年1月尿素裝置大修中實施改管。2011年3月14日正式投入運行。

圖1 甲胺分離器技改流程

表1中反映尿素高壓汽提塔300E01工況前后存在較大變化，在2010年3－5月份300E01出液尿素濃度明顯高于2011年同期，而中壓分解溫度不但低于同期水平，且補充蒸汽閥HV9303開度較大。

表1 2010年3－5月與2011年3－5月份相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計表

表2 2010年與2011年相同負荷條件下各蒸汽單耗統(tǒng)計表

在蒸汽綜合成本上噸尿素節(jié)約蒸汽成本2.96元，按照2011年計劃生產(chǎn)尿素產(chǎn)量52萬t計算，尿素系統(tǒng)為此在節(jié)約蒸汽消耗方面實現(xiàn)效益約150萬元／a。300V01氣相管線技改后，減少蒸汽耗量節(jié)約了能源，真正實現(xiàn)了節(jié)能降耗；同時對降低尿素裝置中低壓放空氨損失有積極作用，減少了放空氣相中氨對大氣可能造成的污染；對尿素產(chǎn)品質(zhì)量控制起到積極作用。

上述兩點說明該技改效果達到預(yù)想目標。

1.2 中壓冷凝器的改造

1.2.1 技改前狀況

1.2.1.1 通過E06冷卻水溫度較高

中壓甲銨冷凝器300E06是冷凝與回收來自中壓分解器300E02氣相與來自低壓系統(tǒng)的碳銨液的重要設(shè)備，E06采用的是二次循環(huán)水，進口設(shè)計為38℃的冷卻水，出口冷卻水的溫度達65℃，高于循環(huán)冷卻水的水穩(wěn)劑所要求的溫度（水穩(wěn)劑要求＜50℃）。水溫高，加速了水穩(wěn)劑中聚磷酸鹽的水解，造成磷酸鈣沉淀，加快了結(jié)垢速率.水溫高，也使E06出口中p H值升高，易使鋅離子產(chǎn)生氫氧化鋅沉淀，產(chǎn)生結(jié)垢。

1.2.1.2 通過E06的冷卻水流速低

E06是一臺雙管程換熱器，該設(shè)備位置高，距離地面20m。循環(huán)水上水壓力0.39 MPa，回水壓力0.25 MPa；由于該設(shè)備位置高，加之采用的是300E09的二次水。從設(shè)計數(shù)據(jù)查得E09冷卻水壓力損失為47 kPa，E06自身冷卻水壓力損失為32.3 kPa。則E06兩端壓差為0.39－0.2－0.047－0.0323＝0.1107 MPa，再減去回水壓力阻力降，計算為0.1107－（0.25－0.20）＝0.0607 MPa。顯然，300E06兩端壓差低，冷卻水流速慢，冷卻水在E06管程運行時間長，致使水中的懸浮物和磷酸鋅等鹽類沉積造成結(jié)垢。

1.2.1.3 中壓系統(tǒng)A段壓力高，AB段壓差大

自從2007年11月25日三聚氰胺投產(chǎn)以來，尿素裝置一直受到來自三聚氰胺物料甲銨的困擾，致使尿素裝置系統(tǒng)負荷高，高壓系統(tǒng)H／C升高，轉(zhuǎn)化率降低。300E06設(shè)計流量為71.2 t／h，通過計算，在目前尿素負荷27 800 m3（標）／h時，實際上從300P02送往高壓系統(tǒng)的甲銨液已經(jīng)超過80 t／h，所以導(dǎo)致300E06操作壓力的提高，中壓系統(tǒng)A段壓力高，AB段壓差大。

1.2.2 技改思路

針對系統(tǒng)存在的問題，首先在提高合成塔轉(zhuǎn)化率與汽提塔氣體效率等優(yōu)化操作的同時，2009年6月我廠對中壓段進行了技術(shù)改造，即新增加了1臺300E06B；改二次水為一次循環(huán)水。為降低中壓前段壓力，提高中壓分解效率，同時也為避免操作不當而造成中壓安全閥起跳，2010年4月20日將300E06A單獨運行，改成了300E06A／B并聯(lián)運行，如圖2。

圖2 中壓冷凝器并聯(lián)流程

1.2.3 技改效果

由表3可以看出，通過300E06A／B并聯(lián)，有效地降低了，中壓前段壓力，縮小了中壓前后段壓差。降低300T01頂?shù)诇囟雀?，SC6二氧化碳含量高，SC7氨損失高的諸多不利因素，說明該技改達到了積極效果。（從TV315閥從80%關(guān)小至20%，說明我們也有能力將TI315溫度降至設(shè)計溫度70－80℃，但基于中壓回收負荷高，含水量多的現(xiàn)象，為避免其對高壓圈的影響，所以并未降低TI315的控制溫度）。

表3 300E06A／B并聯(lián)投用前后參數(shù)對比表

1.3 解吸塔的改造

1.3.1 水解裝置工藝流程簡介（見圖3）

來自尿素蒸發(fā)系統(tǒng)的工藝冷凝液（NH35%－7%，CO21%－2%，尿素1%－2%）經(jīng)解吸塔上塔處理后，其中大部分氨和二氧化碳被分離進入氣相。上塔溶液經(jīng)泵送往水解器，在230℃、3.4 MPa的條件下，尿素水解被氨和二氧化碳，水解液再送入解吸塔下塔脫出殘留的氨和二氧化碳。塔頂氣相返回前系統(tǒng)再利用。塔底廢水（NH3、CO2、尿素均≤5mg／L）回收進入退鹽水系統(tǒng)。

解析塔直徑1140mm，塔高約27m。內(nèi)置55層浮閥塔板，上塔20層、下塔35層；上下塔間氣相可以自由通過，操作中控制上塔液相不溢流進入下塔。

1.3.2 技改前的狀況和面臨問題

解析塔設(shè)計處理能力為43.7 t／h，實際運行負荷一般在47－51 t／h。經(jīng)多年使用塔盤浮閥出現(xiàn)變形、脫落、破損等問題，導(dǎo)致設(shè)備運行不穩(wěn)定，蒸汽消耗較高（每處理1 t工藝冷凝液需要消耗235－250 kg的蒸汽）；同時由于三聚氰胺項目投產(chǎn)運行后將向尿素水解系統(tǒng)輸送約12t／h的工藝冷凝液，以目前解析塔的現(xiàn)狀顯然無法滿足要求，為此決定對解析塔進行改造。

圖3 水解裝置工藝流程

1.3.3 改造方案

要求保持塔體外形尺寸，廢水電導(dǎo)小于20 us／cm。NH3、CO2、尿素均≤5 mg／L以下，處理1t工藝冷凝液最大蒸汽消耗小于225 kg，內(nèi)件材料采用耐腐蝕的304L不銹鋼要求前提下。經(jīng)過多方對比，最終決定采用河北工業(yè)大學(xué)開發(fā)的立體傳質(zhì)高效塔盤（CTST22）專利技術(shù)對解析塔進行改造。

CTST塔盤有生產(chǎn)能力大、塔板效率高板間壓降低、能耗低）操作彈性大液體提升量大的特點。CTST塔盤為梯形立體傳質(zhì)塔板，塔板采用矩形開孔，矩形開孔上方設(shè)置帶篩孔的梯形噴射罩，罩的側(cè)面為帶篩孔的噴射板，兩端為梯形端板，上部為分離板，在噴射板與分離板間設(shè)氣液通道，如圖4。

圖4 解析塔改造圖

氣體自塔板孔進入噴射罩中，在塔板的板孔形成縮流，在板孔附近形成低壓區(qū)；液體受罩體內(nèi)外差壓和板面液面高度靜壓強的作用自罩底間隙進入罩內(nèi)；氣體、液體兩相的接觸、傳熱、傳質(zhì)。

1.3.4 技改效果考核

2006年7月20日至8月3日利用裝置大修機會完成施工改造。2006年8月16日，解析塔改造后首次投入運行，2006年9月21日對解析塔進行了性能考核，結(jié)果見表4。

表4 解析塔性能考核結(jié)果

從設(shè)備改造運行至今，解吸塔設(shè)備運行穩(wěn)定，各項控制指標及操作運行參數(shù)在正常范圍內(nèi)。改造后，在現(xiàn)運行負荷（80%）下，解吸塔蒸汽消耗從11.5 t／h下降到9.5 t／h；由于解吸塔工作狀況改善使水解器蒸汽消耗明顯下降，節(jié)能效果比較明顯。

1.4 高壓甲銨泵的改造

1.4.1 技改前的狀況

高壓甲銨泵P02出口壓力高電流高。下表是尿素高壓甲銨泵運行電流和其他參數(shù)與設(shè)計值的比較：

表5 高壓甲銨泵運行參數(shù)實際與設(shè)計值比對表

經(jīng)對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行計算，在三胺滿負荷狀況下，高壓甲銨泵P02的負荷增加量在25 t／h左右，使得整個系統(tǒng)回收水量增大，正常操作無法降低低壓碳銨儲槽V06液位，工藝人員只有采用了提高中壓冷凝器TC09315溫度的方式減少高壓甲銨泵P02入口打量。即便如此，仍滿足不了系統(tǒng)的優(yōu)化控制，高壓甲銨泵P02長期處于高電流、高壓力和入口超溫度運行狀態(tài)。目前該泵運行電流平均在68～70 A，而在三胺未投入運行前，平均為55 A，兩相比較增加了13 A以上，泵額定電流62 A，長期在額定電流之上運行對泵電機的造成了較大安全隱患。亦成為目前尿素裝置高負荷裝置運行的瓶頸問題。

1.4.2 實施對高壓甲銨泵P02A／B泵的改造

經(jīng)過對高壓甲銨泵P02的安裝和泵各項設(shè)計尺寸、電氣配置等多方論證計算和反復(fù)研究，在不改變總變配電裝置的現(xiàn)有配置的情況下，電機從原來的560 kW更換到710 kW。同時，考慮由于高壓甲銨泵P02泵的最大打量不能滿足實際要求，設(shè)備上對葉輪及泵殼進行改造以提升能力，使高壓甲銨泵P02輸出流量得以提高，經(jīng)過技改后的高壓甲銨泵運行工況得到較好改善。

1.5 尿素二段真空V08的改造

1.5.1 V07／V08技改前狀況

尿液兩段蒸發(fā)分離器為旋風(fēng)式分離器，尿液以切線方向進入分離器物料后，在旋風(fēng)分離器的擋圈內(nèi)成高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于離心力作用，液相被甩到塔壁進后向下流，而高速旋轉(zhuǎn)的氣相則向上進入分離器的氣相空間，進而實現(xiàn)氣液分離。在氣相向上流動的過程中，由于氣速較快存在少量氣液夾帶現(xiàn)象，少量液滴被氣相攜帶向上進入氣相區(qū)。隨著上部空間加大，氣體流速降低，液相在重力作用下開始下落到旋風(fēng)分離器的上擋板上面，在流動過程中生成的縮二脲和尿液結(jié)晶粘接到擋板連接平臺處，久而久之就在擋板上形成了大量的縮二脲堆積層，縮二脲在上升氣流的沖擊或者自身重力下，就會不定期的剝離脫落掉入管道入口（見圖五），一段出現(xiàn)這種現(xiàn)象，會造成300E15入口流道局部堵塞，一段分離器積液，隨著運行時間延長，堵塞物被融解帶出，流道瞬間增大，一段積液在位差增加作用下迅速流入二段蒸發(fā)，導(dǎo)致二段蒸發(fā)溫度波動、真空下降，這種現(xiàn)象在蒸發(fā)系統(tǒng)高負荷條件下愈加明顯。二段出現(xiàn)這種現(xiàn)象會造成尿素熔融泵入口管線堵塞，或少量縮二脲結(jié)晶物進入泵體，造成泵汽化，嚴重的將引起系統(tǒng)停車。

圖5 尿素二段蒸發(fā)分離器改造

1.5.2 V07／V08技改

為防止V07／V08縮二脲剝落堵塞300E15和尿液熔融泵入口流道，我們在一二段蒸發(fā)分離器底部增加一圓形篩板（見圖五），篩板均勻開布800個Φ10孔徑，裝置正常運行時能較好地避免因縮二脲偶爾剝落造成300E15堵塞和尿液熔融泵汽化現(xiàn)象。

2 結(jié)束語

重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司的第一套尿素裝置，自1993年建設(shè)投產(chǎn)以來，歷時22a。從最初的試運行到現(xiàn)在的超高負荷（113%）。從尤其面對三聚氰胺來料的影響。裝置不僅做了上述技改，其間還對汽提塔進口流道與圍堰，甲胺噴射泵、E0109循環(huán)水管線，造粒塔風(fēng)窗等做了大膽改進。實現(xiàn)了系統(tǒng)的擴容、優(yōu)化和穩(wěn)定。

[1]袁一編.尿素[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.50，139.

[2]陳觀平，趙元凱編著.尿素生產(chǎn)工藝與操作[M].北京：中國石化出版社，1993.01－05.

[3]蘇文才.采用CTST高效塔盤技術(shù)改造尿素解析塔[J].大氮肥料，2007，（4）.

[4]朱永忠，李蘇軍.三胺返甲銨液對尿素系統(tǒng)的影響與對策[J].化工設(shè)計通訊，2011，37（1）：58－60.

Technical transformation of Snamprogetti process

Li Su-jun
（Chongqing MDI integrated construction project department，Chongqing longevity 401221，China）

Via the technical reformation，resolve some problems on the produce of the SNAM process.for example the equipment erode、piping jammed by crystallization、high cost、the influence on stability.Especially the influence by the material form melamine plant.because a lot of technical reformation，so the system can run on higher load and more optimize and more stability.

melamine；urea；high pressure ammonium pump；hydrolyze system；medium pressure condenser

TQ441.4l

B

1003-6490（2015）03-019-05

2015－03－10

李蘇軍（1967－），男，江蘇省寶應(yīng)縣人，礦石冶煉專業(yè)畢業(yè)，工程師，主要從事合成氨生產(chǎn)技術(shù)管理工作。