低压回收系统局部改造简介

2012-10-20许明洪杨德林

化工设计通讯 2012年6期

许明洪，杨德林，李霞

（青海盐湖工业股份有限公司化工分公司，青海格尔木 816000）

青海盐湖工业股份有限公司化工分公司化肥厂一车间自开工建设以来，根据生产实际需要以及国内相同工艺装置生产过程出现的工艺问题，对尿素装置低压系统进行了一系列有针对性的工艺改造。下面详细介绍。

1 流程叙述

精馏塔出气与以下工艺液：从氨水槽经解吸泵送来的稀氨水；从高压氨泵进口总管来的液氨；从回流冷凝器液位槽经回流泵送来的工艺冷凝液等工艺物流一起进入低压甲铵冷凝器。在低压甲铵冷凝器内，冷凝吸收后的气液相混合物流入液位槽，在液位槽中进行气液两相分离。液位槽中的甲铵溶液由高压甲铵泵送入高压洗涤器。通过SIC1091调节高压甲铵泵的频率来控制液位槽的液位LIC1091。

如果因某种原因引起本工序的压力升高或调温水的温差减小，PV1094将开大，向常压吸收塔排放。在低压甲铵冷凝器中未冷凝的气体被引到常压吸收塔中，进一步吸收气体中的氨、二氧化碳和水。

2 存在的问题分析

2.1 超压放空不及时

若前系统生产不正常，如汽提塔液位控制不当，或指示不准，造成二氧化碳向低压系统窜气，以及汽提塔汽提效率低等一系列问题引起低压系统超压，当系统无法吸收的放空量大于调节阀（PV1094）的最大放空量时，造成系统超压严重则需操作人员去现场操作，在此过程中设备可能因为超压造成损坏，致使装置停车。

2.2 高压甲铵泵循环管线结晶堵塞

高压甲铵泵循环管线将低压甲铵冷凝器液位槽内的甲铵液循环至低压甲铵冷凝器内，主要用于甲铵泵开车初期的升压。当压力达到指标后，打开泵的出口阀将甲铵液送入高压洗涤器。此时关闭泵出口两道循环阀，若阀门存在内漏，致使甲铵液从低压甲铵冷凝器倒入循环管线，此管道极易堵塞，且进低压甲铵冷凝器切断阀距楼面5m左右，现场操作十分困难。另外，若在开停泵后管线内的甲铵液冲洗不净而甲铵液是易结晶物质，结晶后处理困难，这将给下次甲铵泵的开停带来极大的麻烦。

2.3 液位自动控制

装置水联动试车期间，低压甲铵冷凝器液位槽液位投自动控制后，经常因后续工序供水量波动造成低压甲铵冷凝器液位槽液位波动，从而导致泵频繁改变电机频率来控制泵向高压合成系统输送的量，相应引起送入高压系统甲铵液量频繁变化。如果是在装置正常生产期间，这将打破高压合成系统原有的平衡，造成系统紊乱，进一步影响高压合成系统的转化率，对生产造成很大影响，严重时致使装置无法进行生产。此外，高压甲铵泵因液位槽的液位变换而频繁加减速，对机泵自身也造成一定的损耗。所以液位的频繁波动只能人为去调节高压甲铵泵转速，以达到后系统的平稳控制，从而加大了操作人员工作强度，降低了装置自动化程度。

3 处理措施

3.1 超压放空不及时的处理

在原设计的截止阀后增加一台远程手动控制调节阀（HV1082），以及在阀后增加一条DN25的0.8MPa蒸汽管线，防堵。改造后的系统图见图1，所需材料见表1。

图1 改造后系统流程图

表1 处理超压放空所需材料

增加调节阀后，可以及时有效地解决因系统超压造成设备损坏的问题，降低了因设备损坏导致系统停车的风险以及因停车和设备损坏带来的经济损失，同时也减轻了现场操作工的劳动强度。而通过增加0.8MPa的蒸汽管线，可以有效地解决因阀门泄漏和放空后冷凝形成的碳铵积液产生结晶造成管道阀门堵塞的问题。

3.2 高压甲铵泵循环管线结晶堵的处理

改进的方法是借鉴水溶液全循环法工艺中二甲液的工艺流程。即从解吸塔给料泵至低压甲铵冷凝器氨水管线阀门前配一路DN20管线至高压甲铵泵循环管线临时接管¾″冲洗水阀处。具体见图1，所需材料见表2。

表2 改造循环管线堵塞所需材料

改造后，正常生产时关闭第一道循环阀及解吸泵至精馏塔出气的补液阀，打开第二道循环阀和两道¾″冲洗水阀，同时，循环液进低压甲铵冷凝器切断阀保持常开，从而保证循环管线内有氨水流动。降低该管线发生结晶堵塞以及因该管线堵塞导致系统停车的风险，同时也减轻现场工人的劳动强度和因停车带来的一系列经济损失。

3.3 低压甲铵冷凝器液位槽液位控制改进

3.3.1 原因分析

低压甲铵冷凝器液位槽液位控制原设计采取与高压甲铵泵转速串级线性控制。当与之相关的前系统和后系统不稳定导致甲铵液位槽液位发生变化时，由于高压甲铵泵转速不变，其出口流量未发生变化，而此时甲铵液位槽的液位改变，故LIC1091根据液位的变化与给定值的偏差去改变SIC1091的给定值，副调节器接到指令后很快产生校正作用，改变高压甲铵泵的频率，使甲铵液位槽液位返回给定值。因此，只要液位槽的液位有波动，则串级控制的甲铵泵电机频率变化，泵的输送量随之改变，这将直接导致前、后系统相关量连锁波动，从而影响到装置稳定运行。

3.3.2 改进措施

工艺操作上要求低压甲铵液位槽既不允许抽空也不许满液，但允许液位在20%～70%范围内波动。为此，我们只需将高压甲铵泵出口流量控制稳定，而让甲铵液位槽的液位在该范围内波动。因此，在改进的控制系统设计中仍选用一台非线性液位调节器LIC1091与高压甲铵泵频率调节器SIC1091构成串级控制系统。它根据液位的高度来改变高压甲铵泵电机的频率，从而通过变频器来调节电机转速。当液位在20%～70%范围内波动且处于非线性调节器的不灵敏区域时，高压甲铵泵的转速可以保持基本不变，使高压甲铵泵出口流量波动较小，从而更好地实现匀速控制。具体的控制系统如图2所示。

若使前述的不灵敏区域内的衰减系数r＝0，即在某一个可调的不灵敏区域内调节器不工作，这样，采用高选器、低选器与调节器组合在一起，就可以方便地组成一个非线性调节器，具体非线性调节器组成的方式与其特性表示在图3中。图中从变送器来的测量信号C直接送到调节器，作为测量值，测量信号C同时还经过一个高选器和一个低选器后送到调节器，作为给定值。其中，高选器的设定值C1应小于低选器的设定值C2，这样调节器的输入偏差e与不同的测量值之间有如表3所示的关系，即在被控变量C小于设定值C1时，调节器给定值为C1；C大于设定值C2时，调节器给定值为C2；而C介于C1～C2之间时，调节器给定值为C。

表3 由选择器组成非线性调节器时变送器输出C与调节器输入偏差e之间的关系（C1，C2）

根据上述关系还可以画出相应的调节器输入偏差e与变送器输出即被控变量C之间的关系，见图3。图中在C1～C2的范围内，由于给定值与测量值相等，输入偏差e等于0；其他两条斜线的斜率为－1，相当于给定值分别为C1，C2的调节器。显然，当C1＝C2＝A时，非线性调节器的特性就由折线变成直线，此时就变成一个给定值为A的线性调节器。从图3可以看出，用非线性液位控制器来控制比线性控制好，非线性调节器能使高压甲铵泵出口的流量更为平稳。当液位测量值在C1～C2之间时，液位调节器LIC1091的输入偏差为0，它的输出保持不变，能使高压甲铵泵出口流量稳定；只有当液位到不灵敏区C1～C2范围之外，液位调节器LIC1091才有输入偏差，它将改变输出，同时，保证变频器的输出增减必须在5Hz范围内。这样，既使液位重新回到不灵敏区的范围，又能够尽可能地保持高压甲铵泵出口流量不会产生大幅度变化，而让低压甲铵液位槽液位可以在20%～70%范围内作一些波动，改善装置前后系统工艺的操作。

图2 非线性控制系统流程

图3 由高选器、低选器组成的非线性调节器及特性

3.3.3 效果

将前期串级控制改进为非线性控制后，有效地解决了因液位波动致使送入高压合成系统流量频繁变化带来的问题。液位槽的液位在一定范围内波动，高压甲铵泵变频器输出频率保持不变，从而保证送入合成系统的甲铵液流量稳定，维持整个尿素装置系统平衡，实现了对工艺系统的平稳控制，同时，也提高了装置的自动化程度，降低了员工的劳动强度。