成品尿素水含量偏高的原因分析及处理

2011-03-05徐发淮佘红梅李鸣文蔡陶永

化工设计通讯 2011年5期

徐发淮，佘红梅，李鸣文，蔡陶永

（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750026）

宁夏石化公司一化肥尿素装置蒸发系统的作用，是将来自低压循环系统的尿液进一步提纯，使尿液浓度达到99.7%以上、温度达到138℃左右，具备造粒条件，同时，将尿液蒸发过程中产生的二次蒸汽冷凝和回收，避免NH3、CO2等少量未反应物对环境造成影响，进一步降低物料消耗。主要设备有一、二段蒸发加热器（401C、402C）、一、二段蒸发分离器（401CF、402CF）、熔融尿液泵（401J／JA）、一段蒸发冷凝器（702C）、二段蒸发冷凝器（703C）、二段蒸发后冷凝器（703LC）、最终冷凝器（705C）以及4个真空喷射器701L、702L、703LL1和703LL2，其中，702L又叫蒸发升压器，它具有提高出二段蒸发分离器二次蒸汽冷凝温度的作用。在设计上，它可以将该二次蒸汽的冷凝温度从29℃提高到42℃，为二段真空度的稳定创造条件。上述设备出现故障后，将给蒸发系统的正常运行带来明显影响，表现在尿液品质偏离蒸发造粒的要求。

1 问题的提出

2008年8月份，宁夏石化公司一化肥尿素装置经历年度检修后，半成品尿素中水含量偏高，由检修前的0.2%左右上升到0.25%左右，甚至接近或超过控制指标的上限0.4%。见表1。2009年到2010年，半成品尿素中的水含量总体上呈上涨趋势，且解吸水解系统的负荷也明显上涨。2010年2月份，在装置100%的负荷下，解吸水解系统的负荷由以往的42m3／h上涨到45m3／h以上，超出了操作范围的上限45m3／h。

表1 半成品尿素中水含量变化情况

由于半成品尿素中的水含量对成品尿素的粒度影响很大，因此，尽快分析问题所在，并采取应对措施消除成为摆在相关人员面前的重要课题。

2 原因分析

2.1 熔融尿液泵进口阀内漏

熔融尿液泵输送的尿液浓度在99.7%，其结晶温度约132.2℃。为了防止机泵在切换过程中尿液结晶堵塞设备影响正常操作，备用尿液泵通常用0.4MPa的低压蒸汽预热。正常情况下，熔融尿液泵进口尿液的压力为0.095MPa，出口压力在1.5MPa。如果备用尿液泵的入口阀内漏，低压蒸汽（水）将进入运行泵的尿液中，造成成品尿素水含量偏高。考虑到以往曾经出现过类似情况，岗位人员将尿液泵进行了切换，但半成品尿素中的水含量变化不明显；停止备用泵蒸汽预热，半成品尿素中的水含量依然没有变化，这说明，熔融尿液泵进口阀不存在内漏。

2.2 尿液泵进口夹套内漏

尿液泵进口尿液的压力在0.003 4～0.095MPa之间，而尿液泵进口管线伴热夹套的蒸汽压力在0.28MPa，如果尿液泵进口管线伴热夹套内漏，水蒸气很容易进入尿液中，引起尿液品质下降。2008年到2010年，相关人员多次怀疑该管线泄漏，多次切除蒸汽伴热夹套，从每次夹套蒸汽切除的效果看，半成品尿素中水含量变化不明显，尤其是装置停车后，在二段蒸发器压力高于夹套压力（夹套蒸汽切除）时，没有发现夹套内明显有工艺介质成分，从而排除了尿液泵进口夹套内漏的可能性。

2.3 二段蒸发升压器喉管被尿素结晶堵塞

二段蒸发升压器喉管堵塞后，二段蒸发分离器402CF内产生的二次蒸汽进入升压器的阻力增加，会影响二次蒸汽的正常流通，造成二段真空度下降，成品水含量上涨，这是影响成品尿素水含量的常见因素。2008年到2010年，岗位人员大幅度增加了喉管冲洗的频率、延长了喉管冲洗的时间，从每次冲洗的效果看，喉管冲洗后，成品尿素中的水含量均有不同程度的下降，但总体上看，成品水含量仍然偏高；是不是喉管冲洗不彻底呢？尿素一部利用停车机会对冲洗后的喉管进行拆卸检查，没有发现明显的尿素结晶物残留，这说明，二段蒸发升压器喉管被尿素结晶堵塞引起成品尿素水含量偏高的可能性可以排除。

2.4 造粒喷头预热蒸汽切断阀内漏

为了保证造粒喷头切换后，造粒喷头的温度高于尿液的结晶温度，防止尿液结晶堵塞喷头，在尿液进造粒喷头的接管上设有0.9MPa中压吹扫蒸汽。如果该蒸汽的切断阀内漏，在正常造粒过程中，蒸汽进入尿液，势必会对成品尿素中的水含量造成影响。为了确认该情况，岗位人员关闭吹扫蒸汽管线上的两道切断阀，打开两道切断阀之间的导淋阀，确认导淋阀无水蒸气流出，但成品尿素水含量仍然无明显变化，该影响因素得以排除。

2.5 蒸发喷射器前滤网堵塞

蒸发系统有4个真空喷射器，其中，只有两个喷射器703LL1和703LL2进口有滤网，如果该滤网被机械杂质堵塞，将降低喷射蒸汽流通量，影响喷射器的抽吸效果，表现在二段真空下降和成品水含量上升。利用停车机会，相关人员对喷射器的滤网进行拆卸检查，没有发现明显异常。

2.6 蒸发喷射器动力蒸汽压力偏低

喷射蒸汽的动力蒸汽设计为0.4MPa低压蒸汽，该蒸汽压力偏低，将会影响喷射器的抽吸效果，岗位人员将二段蒸发喷射器703LL1／LL2的动力蒸汽改为0.9MPa中压蒸汽，成品水含量依然没有明显变化，基本上可以排除动力蒸汽不足对成品尿素水含量的影响。

2.7 二段蒸发温度指示偏高

二段蒸发温度指示偏高，将造成成品尿素中水含量偏高、Bi含量下降，如果温度过低，将会在二段蒸发下液管视镜处发现明显的尿素结晶。岗位人员将二段温度缓慢调整到133℃，发现二段蒸发视镜处的尿素结晶明显增多，这同以往的情况相同，同时，在相同的操作温度下，成品尿素中的Bi含量无明显异常，另外，岗位人员又联系仪表人员用标准温度计对二段温度的可靠性进行确认，确认二段温度的误差在规定范围内，排除了二段温度偏高对成品尿素水含量的影响。

2.8 二段蒸发真空指示偏高

二段真空表指示的可靠性指导着相关人员对问题的查找和判断。二段真空的设计值是0.003 4MPa，银川当地的大气压是893kPa。正常情况下，二段真空的操作范围只要在－83～－89kPa之间，成品中的水含量就能控制在0.25%以下。由于二段真空表容易被尿液结晶堵塞，仪表人员在真空表处引入少量冲洗水，引起真空度显示值同比下降2～3kPa，但不会对成品水含量带来明显影响。2008年到2010年，为了确认真空表的可靠性，仪表人员更换了现场一次表和仪表变送器、停用了真空表冲洗水，没有发现二段真空偏离正常的操作范围。

2.9 二段蒸发加热器内漏

二段蒸发加热器402C壳侧是0.9MPa的中压蒸汽，管程是待加热的尿液，壳侧介质压力比管程介质压力约高1.0MPa，如果该换热器内漏，蒸汽将进入尿液，成品尿素中的水含量必然上涨。2009年，相关人员利用停车机会，排空二段蒸发加热器壳侧的加热蒸汽，适当提高管程工艺介质的压力，没有发现管程的工艺介质进入设备壳侧；随后，又利用设备小修的机会，对二段蒸发加热器拆开后单独进水试漏，仍然没有发现该设备有泄漏迹象。

2.10 一、二段蒸发冷凝器换热效果差

以往曾经发生过由于岗位人员操作不当，造成一、二段蒸发器尿液进入一、二段蒸发冷凝器中，尿液结晶堵塞管道，引起一、二段蒸发冷凝器换热效果下降，二段真空度下降，成品水含量上升。为了消除对该影响因素的怀疑，岗位人员对一、二段蒸发冷凝器进行了热煮：排尽一、二段蒸发冷凝器702C／703C内的冷却水，稍开一、二段蒸发器冲洗水，全开一、二段加热蒸汽阀和升压器蒸汽阀，关闭一、二段蒸发器下液阀，使一、二段蒸发冷凝器温度缓慢上涨到140℃，稳定30～40min。热煮后，二段真空度和成品的水含量没有明显变化。2009年，相关人员又利用设备检修的机会对一、二段蒸发冷凝器的列管（冷却水侧）进行了清理和确认，没有发现影响换热效果的明显结垢。并且，在设备检修前后，成品尿素中的水含量依然没有变化。

2.11 二段蒸发分离器及其相连设备外漏

如果二段蒸发分离器及其相连设备外漏，首先表现在二段真空下降。实际上，二段真空一直在正常操作范围，因此，二段蒸发分离器及其相连设备外漏的可能性较小。尽管如此，2009年到2010年，相关人员利用设备检修机会，对二段蒸发分离器及其相连设备进行水压试漏，除在二段蒸发升压器蒸汽接管处发现法兰少量泄漏外，其余部位均没有发现明显问题。

2.12 蒸发喷射器故障

影响一、二段真空的喷射器有4个：一段蒸发喷射器701L、升压器702L、二段蒸发喷射器703LL1和二段蒸发后喷射器703LL2。701L、 703LL1和703LL2结构简单，外观尺寸较小，拆卸方便，已经进行了多次拆卸和检查，均没有发现明显问题；702L外观尺寸较大、同时位置远离地面，拆卸比较困难，一直没有对它拆检。2010年年初，岗位人员发现解吸水解系统的负荷偏高，在前系统负荷达到100%时，解吸水解系统的负荷达到45m3／h以上（设计值38.6m3／h）。岗位人员希望关小二段蒸发升压器蒸汽阀，以便在不明显影响二段真空度的同时，降低解吸水解系统负荷。结果发现该蒸汽阀在某一个阀位（开度在2～3扣，总开度有10扣）时，成品水含量会明显下降。而此阀在以往一直处于全开位置，因为该喷射器喷射口的流通面积只有28cm2，而蒸汽总管的流通面积有80cm2。根据以往的操作经验，蒸汽切断阀的开度对蒸发系统真空度及喷射蒸汽流通量无明显影响。通过这次操作并结合其他影响因素的排查，相关人员判断，蒸发升压器异常是成品水含量偏高的主要原因。2010年年底，利用装置停车检修的机会，对702L进行了拆检，发现702L底部焊缝开裂约75%，开口处最宽达4mm（见图1），这样，喷射蒸汽进入702L后，从开裂处进入二段蒸发分离器喉管，再进入冷凝系统，造成解吸水解系统负荷偏高；同时，喉管处水蒸气的分压增加，给二段蒸发分离器水的分离带来不利影响。