斯那姆工艺的技术改造

李苏军

（重庆MDI一体化建峰项目部，重庆长寿 401221）

尿素

斯那姆工艺的技术改造

李苏军

（重庆MDI一体化建峰项目部，重庆长寿 401221）

通过技改技革，解决斯那姆氨汽提工艺生产中出现的设备腐蚀老化、管道结晶堵塞，生产成本高以及影响系统稳定运行等问题。尤其面对三聚氰胺来料的影响。装置做了大量改进，实现了系统的扩容、优化和稳定运行。

三聚氰胺；尿素；高压甲铵泵；水解系统；中压冷凝器

0 引言

重庆建峰化工股份有限公司化肥分公司的第一套尿素装置，采用意大利斯那姆氨汽提工艺，设计能力1750 t／d。自1993年建成投产以来，经过设备磨合，技术更新，人员技能提升。尤其是在面对后期出现的设备老化、三聚氰胺来料影响，装置扩容以及工艺设计缺陷等，建峰化工股份有限公司化肥分公司对这套装置做了许多大胆的改进。也使得这套装置达到了良好的运行状态。

1 优化、技改内容及效果评估

1.1 甲胺分离器（V01）气相管线技改

1.1.1 技改前状况

甲胺分离器（V01）气相管线的作用是将完成汽液分离后的V01中的气相，减压到中压后进行回收。原工艺是将约153℃含氨、甲胺气相物料从甲胺分离器（V01）引入中压分解塔受槽（V22），此气相再在中压分解塔受槽（V22）中吸热后汽提至中压分解塔分离器（V02）中，然后进入中压吸收塔、中压冷凝器、中压氨冷器，回收其中的氨，甲胺。再将其中的惰气通过中压洗涤塔洗涤后，排放大气。

甲胺分离器（V01）气相经过PV9207A减压后，温度下降至100℃左右，进入到中压分解塔受槽（V22），然后此气相再沿中压分解塔换热管中心上升至中压分解塔分离器（V02）。上升过程中不能起到设计理论的汽提作用，反而要消耗蒸汽将其温度提高到158℃，造成蒸汽消耗的增加。这一部分气体，还要经过E06冷凝降温，又增加了中压冷凝器的冷凝负荷。另一方面，这股低温气相在E02／V22对分解物料造成冷却作用，使得中压分解温度提不起来，导致低压分解负荷增大，使得低压放空损失增加、蒸发系统控制困难。

1.1.2 技改思路

将甲胺分离器（V01）气相经过PV9207A减压后直接引至中压分解塔分离器（V02），（如图1）这样一方面避免这股冷的物料经过中压分解塔（E02），减少了装置的蒸汽消耗，同时提高了中压分解塔（E02）的温度。另一方面，由于V01气相未经E02加热，降低了中压冷凝器的冷凝负荷。

1.1.3 技改效果

甲胺分离器（300V01）气相管线技改项目于2010年8月Snam技术服务专家来我厂交流中正式提出，2010年9月6日获得化肥分公司审批通过，并于2011年1月尿素装置大修中实施改管。2011年3月14日正式投入运行。

图1 甲胺分离器技改流程

表1中反映尿素高压汽提塔300E01工况前后存在较大变化，在2010年3－5月份300E01出液尿素浓度明显高于2011年同期，而中压分解温度不但低于同期水平，且补充蒸汽阀HV9303开度较大。

表1 2010年3－5月与2011年3－5月份相关参数统计表

表2 2010年与2011年相同负荷条件下各蒸汽单耗统计表

在蒸汽综合成本上吨尿素节约蒸汽成本2.96元，按照2011年计划生产尿素产量52万t计算，尿素系统为此在节约蒸汽消耗方面实现效益约150万元／a。300V01气相管线技改后，减少蒸汽耗量节约了能源，真正实现了节能降耗；同时对降低尿素装置中低压放空氨损失有积极作用，减少了放空气相中氨对大气可能造成的污染；对尿素产品质量控制起到积极作用。

上述两点说明该技改效果达到预想目标。

1.2 中压冷凝器的改造

1.2.1 技改前状况

1.2.1.1 通过E06冷却水温度较高

中压甲铵冷凝器300E06是冷凝与回收来自中压分解器300E02气相与来自低压系统的碳铵液的重要设备，E06采用的是二次循环水，进口设计为38℃的冷却水，出口冷却水的温度达65℃，高于循环冷却水的水稳剂所要求的温度（水稳剂要求＜50℃）。水温高，加速了水稳剂中聚磷酸盐的水解，造成磷酸钙沉淀，加快了结垢速率.水温高，也使E06出口中p H值升高，易使锌离子产生氢氧化锌沉淀，产生结垢。

1.2.1.2 通过E06的冷却水流速低

E06是一台双管程换热器，该设备位置高，距离地面20m。循环水上水压力0.39 MPa，回水压力0.25 MPa；由于该设备位置高，加之采用的是300E09的二次水。从设计数据查得E09冷却水压力损失为47 kPa，E06自身冷却水压力损失为32.3 kPa。则E06两端压差为0.39－0.2－0.047－0.0323＝0.1107 MPa，再减去回水压力阻力降，计算为0.1107－（0.25－0.20）＝0.0607 MPa。显然，300E06两端压差低，冷却水流速慢，冷却水在E06管程运行时间长，致使水中的悬浮物和磷酸锌等盐类沉积造成结垢。

1.2.1.3 中压系统A段压力高，AB段压差大

自从2007年11月25日三聚氰胺投产以来，尿素装置一直受到来自三聚氰胺物料甲铵的困扰，致使尿素装置系统负荷高，高压系统H／C升高，转化率降低。300E06设计流量为71.2 t／h，通过计算，在目前尿素负荷27 800 m3（标）／h时，实际上从300P02送往高压系统的甲铵液已经超过80 t／h，所以导致300E06操作压力的提高，中压系统A段压力高，AB段压差大。

1.2.2 技改思路

针对系统存在的问题，首先在提高合成塔转化率与汽提塔气体效率等优化操作的同时，2009年6月我厂对中压段进行了技术改造，即新增加了1台300E06B；改二次水为一次循环水。为降低中压前段压力，提高中压分解效率，同时也为避免操作不当而造成中压安全阀起跳，2010年4月20日将300E06A单独运行，改成了300E06A／B并联运行，如图2。

图2 中压冷凝器并联流程

1.2.3 技改效果

由表3可以看出，通过300E06A／B并联，有效地降低了，中压前段压力，缩小了中压前后段压差。降低300T01顶底温度高，SC6二氧化碳含量高，SC7氨损失高的诸多不利因素，说明该技改达到了积极效果。（从TV315阀从80%关小至20%，说明我们也有能力将TI315温度降至设计温度70－80℃，但基于中压回收负荷高，含水量多的现象，为避免其对高压圈的影响，所以并未降低TI315的控制温度）。

表3 300E06A／B并联投用前后参数对比表

1.3 解吸塔的改造

1.3.1 水解装置工艺流程简介（见图3）

来自尿素蒸发系统的工艺冷凝液（NH35%－7%，CO21%－2%，尿素1%－2%）经解吸塔上塔处理后，其中大部分氨和二氧化碳被分离进入气相。上塔溶液经泵送往水解器，在230℃、3.4 MPa的条件下，尿素水解被氨和二氧化碳，水解液再送入解吸塔下塔脱出残留的氨和二氧化碳。塔顶气相返回前系统再利用。塔底废水（NH3、CO2、尿素均≤5mg／L）回收进入退盐水系统。

解析塔直径1140mm，塔高约27m。内置55层浮阀塔板，上塔20层、下塔35层；上下塔间气相可以自由通过，操作中控制上塔液相不溢流进入下塔。

1.3.2 技改前的状况和面临问题

解析塔设计处理能力为43.7 t／h，实际运行负荷一般在47－51 t／h。经多年使用塔盘浮阀出现变形、脱落、破损等问题，导致设备运行不稳定，蒸汽消耗较高（每处理1 t工艺冷凝液需要消耗235－250 kg的蒸汽）；同时由于三聚氰胺项目投产运行后将向尿素水解系统输送约12t／h的工艺冷凝液，以目前解析塔的现状显然无法满足要求，为此决定对解析塔进行改造。

图3 水解装置工艺流程

1.3.3 改造方案

要求保持塔体外形尺寸，废水电导小于20 us／cm。NH3、CO2、尿素均≤5 mg／L以下，处理1t工艺冷凝液最大蒸汽消耗小于225 kg，内件材料采用耐腐蚀的304L不锈钢要求前提下。经过多方对比，最终决定采用河北工业大学开发的立体传质高效塔盘（CTST22）专利技术对解析塔进行改造。

CTST塔盘有生产能力大、塔板效率高板间压降低、能耗低）操作弹性大液体提升量大的特点。CTST塔盘为梯形立体传质塔板，塔板采用矩形开孔，矩形开孔上方设置带筛孔的梯形喷射罩，罩的侧面为带筛孔的喷射板，两端为梯形端板，上部为分离板，在喷射板与分离板间设气液通道，如图4。

图4 解析塔改造图

气体自塔板孔进入喷射罩中，在塔板的板孔形成缩流，在板孔附近形成低压区；液体受罩体内外差压和板面液面高度静压强的作用自罩底间隙进入罩内；气体、液体两相的接触、传热、传质。

1.3.4 技改效果考核

2006年7月20日至8月3日利用装置大修机会完成施工改造。2006年8月16日，解析塔改造后首次投入运行，2006年9月21日对解析塔进行了性能考核，结果见表4。

表4 解析塔性能考核结果

从设备改造运行至今，解吸塔设备运行稳定，各项控制指标及操作运行参数在正常范围内。改造后，在现运行负荷（80%）下，解吸塔蒸汽消耗从11.5 t／h下降到9.5 t／h；由于解吸塔工作状况改善使水解器蒸汽消耗明显下降，节能效果比较明显。

1.4 高压甲铵泵的改造

1.4.1 技改前的状况

高压甲铵泵P02出口压力高电流高。下表是尿素高压甲铵泵运行电流和其他参数与设计值的比较：

表5 高压甲铵泵运行参数实际与设计值比对表

经对统计数据进行计算，在三胺满负荷状况下，高压甲铵泵P02的负荷增加量在25 t／h左右，使得整个系统回收水量增大，正常操作无法降低低压碳铵储槽V06液位，工艺人员只有采用了提高中压冷凝器TC09315温度的方式减少高压甲铵泵P02入口打量。即便如此，仍满足不了系统的优化控制，高压甲铵泵P02长期处于高电流、高压力和入口超温度运行状态。目前该泵运行电流平均在68～70 A，而在三胺未投入运行前，平均为55 A，两相比较增加了13 A以上，泵额定电流62 A，长期在额定电流之上运行对泵电机的造成了较大安全隐患。亦成为目前尿素装置高负荷装置运行的瓶颈问题。

1.4.2 实施对高压甲铵泵P02A／B泵的改造

经过对高压甲铵泵P02的安装和泵各项设计尺寸、电气配置等多方论证计算和反复研究，在不改变总变配电装置的现有配置的情况下，电机从原来的560 kW更换到710 kW。同时，考虑由于高压甲铵泵P02泵的最大打量不能满足实际要求，设备上对叶轮及泵壳进行改造以提升能力，使高压甲铵泵P02输出流量得以提高，经过技改后的高压甲铵泵运行工况得到较好改善。

1.5 尿素二段真空V08的改造

1.5.1 V07／V08技改前状况

尿液两段蒸发分离器为旋风式分离器，尿液以切线方向进入分离器物料后，在旋风分离器的挡圈内成高速旋转状态，由于离心力作用，液相被甩到塔壁进后向下流，而高速旋转的气相则向上进入分离器的气相空间，进而实现气液分离。在气相向上流动的过程中，由于气速较快存在少量气液夹带现象，少量液滴被气相携带向上进入气相区。随着上部空间加大，气体流速降低，液相在重力作用下开始下落到旋风分离器的上挡板上面，在流动过程中生成的缩二脲和尿液结晶粘接到挡板连接平台处，久而久之就在挡板上形成了大量的缩二脲堆积层，缩二脲在上升气流的冲击或者自身重力下，就会不定期的剥离脱落掉入管道入口（见图五），一段出现这种现象，会造成300E15入口流道局部堵塞，一段分离器积液，随着运行时间延长，堵塞物被融解带出，流道瞬间增大，一段积液在位差增加作用下迅速流入二段蒸发，导致二段蒸发温度波动、真空下降，这种现象在蒸发系统高负荷条件下愈加明显。二段出现这种现象会造成尿素熔融泵入口管线堵塞，或少量缩二脲结晶物进入泵体，造成泵汽化，严重的将引起系统停车。

图5 尿素二段蒸发分离器改造

1.5.2 V07／V08技改

为防止V07／V08缩二脲剥落堵塞300E15和尿液熔融泵入口流道，我们在一二段蒸发分离器底部增加一圆形筛板（见图五），筛板均匀开布800个Φ10孔径，装置正常运行时能较好地避免因缩二脲偶尔剥落造成300E15堵塞和尿液熔融泵汽化现象。

2 结束语

重庆建峰化工股份有限公司化肥分公司的第一套尿素装置，自1993年建设投产以来，历时22a。从最初的试运行到现在的超高负荷（113%）。从尤其面对三聚氰胺来料的影响。装置不仅做了上述技改，其间还对汽提塔进口流道与围堰，甲胺喷射泵、E0109循环水管线，造粒塔风窗等做了大胆改进。实现了系统的扩容、优化和稳定。

[1]袁一编.尿素[M].北京：化学工业出版社，1997.50，139.

[2]陈观平，赵元凯编著.尿素生产工艺与操作[M].北京：中国石化出版社，1993.01－05.

[3]苏文才.采用CTST高效塔盘技术改造尿素解析塔[J].大氮肥料，2007，（4）.

[4]朱永忠，李苏军.三胺返甲铵液对尿素系统的影响与对策[J].化工设计通讯，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

李苏军（1967－），男，江苏省宝应县人，矿石冶炼专业毕业，工程师，主要从事合成氨生产技术管理工作。