影响氨汽提尿素装置夏季安全稳定运行的因素及整改措施

张玉轩，汉秀英，殷国良，杨海峰

(锦西天然气化工有限责任公司，辽宁 葫芦岛　125001)



影响氨汽提尿素装置夏季安全稳定运行的因素及整改措施

张玉轩，汉秀英，殷国良，杨海峰

(锦西天然气化工有限责任公司，辽宁 葫芦岛125001)

摘要：分析了影响氨汽提尿素生产装置夏季安全稳定运行的因素，采取了相关的技改措施和操作措施，技改结果表明：负荷一直保持在95%左右，连续运转超过300d，各项工艺指标正常，无安全生产事故，产品质量合格率100%，解决了夏季制约装置长周期、稳定运行的问题。

关键词：尿素装置；夏季；安全稳定运行；影响因素；措施

锦西天然气化工有限责任公司尿素装置采用意大利Snamprogetti氨汽提工艺，于1993年8月建成投产，年产尿素52万t。尿素装置在夏季由于受诸多因素的影响，一定程度上制约了装置的安全、稳定运行。通过多年的生产实践经验，针对存在的问题，采取了一系列措施，解决了影响装置夏季安全、稳定运行的瓶颈。

1影响因素分析

1.1气温

由于夏季气温升高对循环水温度影响较大，7～9月水温都在30 ℃以上，最高达34 ℃，尿素装置的一些重要水冷器换热能力降低，成为影响尿素装置夏季安全、稳定运行的重要因素之一。

1.2空气湿度

受夏季空气湿度增大及蒸发真空影响，尿素产品质量控制难度加大，工艺指标处在正常与非正常之间，蒸发造粒系统经常被迫循环，严重影响装置的正常运行。循环尿液的二次加入消耗了部分蒸汽，各项消耗指标上升。

1.3雷雨天气

夏季雷雨天气的增多也加大了中、低压尾气放空的危险。2006年尿素装置放空烟囱300D01共着火4次，2007年4月中压惰气洗涤塔300T03发生内爆一次，导致设备内件损坏，装置停车。同年4月30日，尾气放空烟囱300D01再次着火，火焰倒回管线，及时采取了措施才避免了恶性事故的发生。

2采取措施

2.1技改措施

2.1.1增加低压冷凝器300E08A

(1)改造原因。低压冷凝器300E08是尿素装置低压系统的一台换热器，300E08工艺侧出口设计温度为44 ℃，但国内各氨汽提尿素装置实际控制均在33～35 ℃之间，否则冷凝不完全，氨耗增加，尤其在夏季，由于循环水上水可以达到31～35 ℃,造成300E08出液温度达到37～40 ℃,低压放空阀PV09403全开，氨耗上升，低压系统压力高，致使蒸发系统压力上升，从而影响尿素产品内在质量及夏季装置的稳定运行。

(2)改造措施。通过增加1台冷凝器300E08A，与原低压冷凝器300E08串联，增大换热面积，使气氨充分冷凝，减小放空量，降低压力。并使用比循环水温度低的原水，一般在18～25 ℃之间，大大提高了冷凝效果。新增300E08A后的流程见图1，虚线为新增管线。

图1　新增300E08A后的流程示意

2.1.2甲铵分离器气相管线改造

(1)改造原因。甲铵分离器300V01气相经过PV9207减压后，温度下降至100 ℃左右，气相在上升过程中不能起到汽提作用，反而要消耗蒸汽将其温度提高到140 ℃，造成蒸汽消耗的部分增加。另一方面，低温气相在300V22/E02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，影响尿素装置夏季的稳定运行。

(2)改造措施。2012年大修将甲铵分解器出气管线进行技改，气相管线改造示意见图2，虚线部分为技改部分。高压系统来的气体大部分不进入中压分解器而直接到回收系统，节省了蒸汽，提高了中压分解温度，减轻了低压及蒸发系统的负荷，降低氨耗，提高了产品质量。

图2　V01气相管线改造示意

2.1.3低压惰性气洗涤塔300T04改造

(1)改造原因。300T04是浮阀吸收塔，容积小，含有NH3的惰性气体经吸收后温度较高，在300T04中无法冷凝回收。将300T04改造成一台带有冷却功能的吸收器后对气氨进行回收，将会降低氨耗。

(2)改造措施。在不改变洗涤塔整体结构的前提下，植入内置式冷却器，冷却介质为300T04洗涤水。采用冷却换热，目的是移走气氨溶于水的溶解热，使溶解吸收不断进行，将低压放空气相中的氨尽可能洗涤回收，达到降低氨耗的目的。300T04改造示意见图3，虚线部分为技改部分。

图3　低压惰气洗涤塔300T04改造示意

2.1.4增加脱氢装置并使用富氧

(1)改造原因。多年以来，氨汽提尿素生产工艺中压放空混合气体(氨、氢、氧、氮)时常处在爆炸范围之内。尿素装置曾发生过中压惰气洗涤塔内燃爆炸，致使塔盘损坏的事故；几次出现放空烟筒着火，危及装置安全生产；严重影响了装置的安全稳定运行。而且中压放空气体中氨(体积分数)高达10%～20%,不仅氨耗上升，而且对环境也造成了污染。

(2)改造措施。在CO2压缩机四段出口和合成塔之间增加脱氢装置，并且钝化气体使用一定量的富氧(70%浓度的氧气)，大大减小了中压放空气中可燃气体浓度进入爆炸极限的概率，既降低了中压放空气爆炸的风险，又减少了放空气中的氨量，降低了氨耗。

2.2操作措施

针对尿素装置的上述改造措施，结合生产实际情况，总结了如何保证装置夏季安全、稳定运行及确保尿素产品质量的操作措施。

(1)系统负荷控制在CO2气量28 000 Nm3/h以内，保证系统稳定，有利于转化率的稳定及转化效果最佳。

(2)调整二氧化碳压缩机300C1入口空气与氧气配比，脱氢后氧(体积分数)控制在0.3%，减小惰性气体对转化率的影响。

(3)稳定合成塔及汽提塔的操作，保证汽提塔底部温度在207～207.5 ℃之间，提高甲铵在高压的回收率。

(4)甲铵分离器气相改造管线投用，保证中压分解温度至160.5 ℃，低压系统分解温度至139 ℃，提高中、低压甲铵分解率。

(5)减少安全阀吹扫蒸汽，在保证水解达标的前提下，减少蒸汽用量，减少水解器给料泵P15、高压甲铵P02冲注水量，保证系统的水平衡；在维持碳铵液槽V06液位稳定的同时，T04盘管投入使用，减少低压系统放空，降低装置氨耗。

(6)夏季液氨贮槽V05改进冷氨，提高中压吸收效率。

(7)调整中压氨吸收塔E11液位及中压氨冷器E09汽相阀开度，尽可能冷却和吸收气氨。

(8)定时分析中、低压放空混合气体组成，准确计算、判定混合可燃气体NH3和H2含量是否处在爆炸极限之外，确保装置安全。

(9)E08A投用，出液温度TI09408控制在30 ℃，减小低压放空，降低低压系统压力，确保蒸发真空度。

(10)提高蒸发一、二段温度至133 ℃、139 ℃，分离器液位LV09501控制低位。

(11)每班冲洗二段喉管，蒸发后冷却器E157放空2次，保证二段真空在5.5 kPa(a)。

(12)每天冲洗一段喉管一次，提高预浓缩系统效率。控制低压蒸汽压力在390 kPa(g)，提高蒸发喷射器的效率。

(13)在尿液中适时加入甲醛，提高成品尿素强度，并根据室外湿度计显示，及时调整造粒塔塔底风窗开度及皮带走廊门窗。

(14)使用夏季专用造粒喷头。

3实施效果

(1)尿素装置自实施多项技改及采取相应操作措施后，负荷一直保持在95%左右，已连续运转超过300 d，各项工艺指标正常，无安全生产事故，产品质量合格率达100%。 2014年8～9月系统工况(均为平均值)见表1。 2014年8～9月尿素产品质量(均为平均值)见表2。

表1　2014年8～9月系统工况(均为平均值)

表2　2014年8～9月尿素产品质量(均为平均值)

(2)中、低压放空系统运行稳定，未出现放空烟囱着火和内燃爆炸现象。中压放空尾气每天取样分析3次， 95%都在爆炸极限以外，2015年8月和9月记录的部分分析数据见表3和表4。低压放空气体同样每天取样3次，几乎不含氢，混合气在爆炸极限外。

表3　2015年8月中压放空尾气取样分析数据

表4　2015年9月中压放空尾气取样分析数据

注：(NH3)是指当分析样中H2一定时，通过计算NH3必须小于此数值，氨氢混合气体才能出爆炸极限。

(3)由上表可知：中压放空中氨含量非常小。通过对氨、氢混合气体在空气中爆炸极限的计算可知，中压放空气体基本脱离了爆炸范围，而且可燃组分浓度能控制在爆炸极限的低限以下。

4结语

综上所述，通过采取低压系统增加冷凝器300E08A、增设CO2气体脱氢装置、甲铵分离器气相管线改造及采取相应的操作措施后，影响尿素装置夏季安全、稳定运行的瓶颈问题得到了解决，实现了装置在夏季的长周期、安全、稳定运行。

Factors Influencing Safe and Stable Operation of Ammonia Stripping Urea Process Plant in Summer and Retrofit Measures

ZHANG Yu-xuan, HAN Xiu-ying, YIN Guo-liang, YANG Hai-feng

(JinxiNaturalGasChemicalCo.,Ltd.,HuludaoLiaoning125001China)

Abstract：This paper analyses the factors influencing safe and stable operation of ammonia stripping urea process plant in summer. After technical revamping measures and operation measures are taken, the plant has remained at a load of about 95% and over 300 days continuous on-stream with normal process figures and without production accidents happened and 100% qualified product. The problem to restrict long-term and stable operation of the plant in summer has been solved.

Keywords：urea plant; summer; safe and stable operation; influencing factor; measure

收稿日期：2015-11-20

中图分类号：TQ 441.41

文献标识码：B

文章编号：1004-8901(2016)02-0054-03

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.02.015 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.02.015

作者简介：张玉轩(1968年-)，男，辽宁葫芦岛人，1990年毕业于沈阳化工学院化学工程专业，高级工程师，锦西天然气化工有限责任公司生产处处长，现主要从事化工生产装置的生产技术管理等工作。