CO2汽提塔液体分布器堵塞的处理与预防

王付生

（安徽六国化工股份有限公司，安徽铜陵 244021）

在CO2汽提法尿素装置中，CO2汽提塔担负着尿素合成塔出料中80%未反应物的分离回收任务，是CO2汽提法尿素装置中的关键设备，其汽提效率的高低直接关系着整个尿素装置的安全、稳定、长周期运行。而CO2汽提塔运行过程中，进液分布器堵塞是造成其汽提效率降低的原因之一，需高度重视，一旦发现CO2汽提塔液体分布器堵塞，应根据问题原因及时采取相应的措施进行处理。以下据安徽六国化工股份有限公司 （简称安徽六国化工）的实际生产经验，对CO2汽提塔液体分布器小孔堵塞问题的2种不同原因提出相应的解决办法，并对系统运行管理方面提出一些相关建议和预防措施

1 CO2汽提塔工作原理及液体分布器堵塞现象

1.1 CO2汽提塔的工作原理

来自尿素合成塔的合成液，经合成塔出液调节阀 （HV4201）控制合成塔液位 （LI4201）后进入汽提塔的上花板，并在上花板上形成液位，然后经液体分布器下端φ3mm的小孔进入汽提塔的换热列管；在换热列管内，合成液沿换热列管内壁呈膜状自上而下流动，而来自CO2压缩机的原料气从换热列管中间空腔自下而上流动；由于原料CO2气大大降低了下降液膜表面的氨分压，促使液体中的游离态氨首先被驱离出来，其次甲铵开始分解，分解出的NH3、CO2随同原料CO2气一同进入高压甲铵冷凝器作为原料予以回收利用。氨逃逸和甲铵分解所需的热量由汽提塔换热列管壳侧的高压蒸汽提供。

1.2 CO2汽提塔液体分布器的工作原理

实际生产中，要保证汽提塔的汽提效率，首先必须保证来自尿素合成塔的合成液均匀地分配到汽提塔的每一根换热列管。那么如何保证合成液均匀地进入汽提塔的每根换热列管内呢？这需要保证以下两个条件。

一是尿素装置负荷不低于70%。只有当尿素装置的负荷不低于70%时，合成塔出液才能在汽提塔花板上形成足够的液位，才能淹没每一根汽提塔液体分布器下端进液小孔，而只有合成液完全淹没每一根进液分布器下端分配头，才能确保每一根液体分布器下端进液小孔获得相同的进液量。

二是每一根汽提塔液体分布器下端φ3mm的进液小孔必须保证无堵塞，即保持畅通。

1.3 CO2汽提塔液体分布器堵塞的现象

当CO2汽提塔液体分布器发生堵塞时，通常系统表现出如下现象：①汽提塔汽提效率下降，出液中氨含量高；② 低压系统负荷重，低压系统超压；③汽提塔出液温度超标；④高压系统紊乱，稍不注意整个尿素装置就被迫停车。

以安徽六国化工CO2汽提法尿素装置中的CO2汽提塔为例来谈谈液体分布器堵塞的现象。安徽六国化工尿素装置设计产能1000t／d，汽提塔共计有1733根完全相同的液体分布器，这些分布器都安装在汽提塔水平度很高的换热列管上花板上，每根分布器下方都有3个完全相同的φ3mm进液小孔以互成120°地分布在同一截面上，即整台汽提塔有5199个进液小孔分部在汽提塔上花板同一水平度很高的截面上。在尿素装置负荷≥70%的条件下，来自合成塔的合成液在汽提塔上部花板形成足以淹没进液小孔截面的液位，然后合成液就能均匀地进入每一个进液小孔，从而均匀地进入每一根换热列管，而若任何一根液体分布器上的进液小孔被堵塞，那么进入这根换热列管的合成液就会减少，合成液在换热列管内壁形成的液膜就会减薄，换热列管内空腔就会增大，进入的CO2气就会增多，也就会导致进入其他换热列管的CO2气量减少，继而造成气液比升高，汽提效率下降。

2 CO2汽提塔液体分布器堵塞的处理

CO2汽提塔液体分布器堵塞主要有2种情况：一是油污堵塞，二是机械杂质堵塞。针对此2种堵塞问题，所采取的处理方法是不同的。

2.1 油污堵塞的处理方法

2.1.1 CO2反吹法

当判定汽提塔工作不正常是由汽提塔液体分布器堵塞引起的时，一般首先选用CO2反吹法来清理汽提塔。在 CO2汽提法尿素装置中，出尿素合成塔的合成液通过液位调节阀 （HV4201）进入CO2汽提塔上部，经由升气管下端的液体分配头进入各汽提管，每个分配头上有3个φ3 mm的进液小孔。实际生产中，进液小孔常常会被合成液中夹带的油污堵塞，使合成液不能均匀地进入每根汽提管，导致汽提塔出液温度升高乃至超温、设备腐蚀加剧、汽提效率严重下降等现象出现，同时分解回收系统负荷增加乃至超压，吨尿素消耗明显升高。出现这种情况时，若采用停车打开汽提塔实施人工清理，不仅费工耗时，而且频繁地泄压、升压会加剧设备的疲劳损坏，直接影响整个高压系统设备的安全运行。实践表明，堵在分配头进液小孔的油污一般呈膜状，采用CO2反吹法可有效清理。

CO2反吹法的工作原理：尿素装置停车后，将系统压力降至8.0MPa，将压力为14.0MPa的CO2快速通入CO2汽提塔，同时迅速全开HV4201，让CO2气体通过合成塔出料管直接进入高压洗涤器放空，以减小CO2气体上升的阻力。在CO2气体瞬间进入汽提塔的过程中，进液分配头内会短时形成一股压力高于外部压力的CO2气流，将分配头小孔上附着的油膜吹破，并随CO2气被吹出至合成塔液面上，从而达到清理油污堵塞的目的。

CO2反吹法的具体操作步骤：按计划停车或系统停运后，全开高压洗涤器出气调节阀（HV4202），将系统压力 （PV4201）降至 8.0 MPa，泵房操作人员用放空切断阀 （PV4204）将入塔前CO2气的压力提升至14.0MPa，然后快速打开CO2气入汽提塔切断阀，随后关闭放空阀；在PV4204压力下降后，总控操作人员迅速全开合成塔出料调节阀 （HV4201），直至PV4204降至接近于PV4201时，关闭 HV4201，通知泵房人员切断入塔CO2气。如此连续操作3～5次即可收到明显的效果，而且由于整个吹除过程中CO2气的压力始终略高于系统压力，因而不会发生合成塔 “倒液”事故。

2.1.2 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加热＋CO2鼓泡”清洗法

汽提塔液体分布器油污堵塞后，若采用CO2反吹法效果不理想时，则可采用 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加热＋CO2鼓泡”清洗法。

“蒸汽冷凝液＋蒸汽加热＋CO2鼓泡”清洗法的工作原理：据杂质油密度小于水和现有高压系统停车排放流程设计的特点，在尿素装置短停期间将汽提塔列管内加满蒸汽冷凝液，列管壳侧则用1.5～1.8MPa蒸汽加热热煮，之后再通入CO2气体鼓泡清洗，以将汽提塔上部油泥状杂质打散，利用高压系统停车排放流程，通过开合成塔出液阀及高压系统排放管线将这些杂质排出或部分排出，达到清除汽提塔上部液体分布器小孔油污堵塞物的目的。

“蒸汽冷凝液＋蒸汽加热＋CO2鼓泡”清洗法的具体操作步骤：尿素装置停车后，启动高压冲洗水泵，从汽提塔底部CO2管线进水，进水时间控制为1.4h，壳侧同时通入1.5～1.8MPa的蒸汽，使列管内水达到沸腾状态，观察汽提塔气相温度 （TR4211）、尿素合成塔出液温度（TR4209）的变化情况，当TR4211温度指示不再变化时，即可认为水已至沸腾状态，待水沸腾0.5h后，降低加热蒸汽压力至1.2MPa，此时联系调度和压缩岗位开启1台CO2压缩机，缓慢提高CO2气的压力，CO2压缩机出口压力一般高于高压系统0.5MPa后，将CO2气体通入汽提塔进行鼓泡清洗。CO2气体在汽提塔换热列管内形成一定的流动和扰动，从而松动、分离、清除汽提塔换热列管内壁和升气管下部液体分配器上附着的油污，清除掉的油污漂浮在液面上，此时即可全开合成塔出液阀及高压系统排放阀，将漂浮在液面上的油污随蒸汽冷凝液从高压系统排放管线排出，达到 “清洗”的目的。

2.1.3 清洗操作的注意事项

（1）汽提塔列管加水时长的选择。由于尿液和水的密度不同，因此不能用汽提塔的液位计来判断蒸汽冷凝液是否加满。简单估算加水时长的方法如下。

汽提塔列管需加水总量等于列管内容积与上下封头容积之和。汽提塔共计有1733根换热列管，每根换热列管外径31mm、内径25mm，列管长度6000mm，则汽提塔列管总容积为5.1 m3，加上上、下封头约3m3的容积，汽提塔内加水总量约为8.1m3。高压冲洗水泵的输送能力为6m3／h，即估算加水时长约为1.4h。

（2）在对汽提塔加热的过程中，应注意控制壳侧加热蒸汽的压力和流量，需在现场检查汽提塔有无振动情况，防止汽提塔内发生液击或振动过大。

2.2 机械杂质堵塞的处理方法

如果在尿素装置高压系统不排塔的情况下清理汽提塔液体分布器，效果不理想，那么就有可能是机械杂质堵塞了液体分布器小孔。而液体分布器上的机械杂质采用 “CO2反吹法”和 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加热＋CO2鼓泡”清洗是无效的。此种情况下一定要排空尿素合成塔，泄尽高压系统的压力并置换高压系统，之后再人工拆开汽提塔进行清理。

3 CO2汽提塔液体分布器堵塞的预防措施

3.1 减少进入尿素装置的油污

如果系统进油过多，就会导致合成塔出液带油，而液体分布器小孔的直径只有3mm，当油经过小孔时很容易高温碳化，就会堵塞CO2汽提塔液体分布器小孔。而要减少进入尿素装置的油污，需从以下几个方面做起。

（1）氨库要保持高液位。合成氨生产系统中，油污随同液氨进入氨库，液氨在氨库内流速减慢，由于油污密度大于液氨密度，油污会逐渐分离出来并沉淀到氨库底部，当氨库液位较低时，沉淀在氨库底部的油污就会随液氨被氨泵一同送入高压系统。

（2）严格控制CO2压缩机的排油。尿素装置CO2压缩机根据机械需要每分钟会分别向各气缸和填料注入6～8滴的润滑油，注入的润滑油连同CO2气进入段间冷却器，然后进入液体分离器，最终从液体分离器底部排出，但若液体分离器内油位较高，油就会被气体带入下一级压缩，最终随同CO2气进入系统。

3.2 控制好尿素合成塔的液位

（1）加减量时尿素合成塔液位 （LI4201）应控制在高位。只要不是紧急大减量，合成塔出液调节阀都要有预见性地关；加量时，最好是先加气量后再开大合成塔出液阀，其目的是保证CO2汽提塔内的气液比不受影响，合成塔液位（LI4201）控制在高位。尤其要指出的是，如果合成塔液位大幅波动，极易引起CO2汽提塔出液温度 （TR4210）上升甚至超温。这是因为：正常生产过程中，由于系统运行稳定，合成塔液位相对稳定，由原料氨、原料CO2带入到系统内的油因其密度小于合成液会自然漂浮在合成液液面之上，时间长了合成液液面上积聚的油污越来越多，当合成塔液位大幅波动时，这些油污会返混在合成液中进入CO2汽提塔，堵塞CO2汽提塔液体分布器进液小孔，使CO2汽提塔汽提效率下降。

（2）严格把控封塔停车时合成塔出料调节阀的关闭时间。当尿素装置停车时，如果待合成塔液位 （LI4201）下降到0%时再关闭合成塔出料调节阀 （HV4201），塔内合成液液面上的油污很容易进入汽提塔，其原因与加减量时尿素合成塔液位 （LI4201）应控制在高位一样，这也是为什么有时候会出现停车前汽提塔工作正常、开车后汽提塔工作不正常的原因之一。因此，尿素合成塔液位 （LI4201）显示50%时就要及时关闭合成塔出料调节阀 （HV4201），防止合成塔液面上的油污经HV4201进入汽提塔。

3.3 减少进入系统的杂质

为避免机械杂质堵塞汽提塔液体分布器，一般应从以下几个方面做好预防工作：①检修时一定要清理干净设备内部杂物后方可以封住设备口；②管道使用前一定要清理干净；③进入系统的氮气、空气、蒸汽、脱盐水、原料CO2气、原料液氨等一定要干净无杂质；④各机泵进出口过滤器一定要保持完好并定期清洗。

4 结 语

CO2汽提塔汽提效率的高低直接关系着整个尿素装置的安全、稳定、长周期运行，汽提塔液体分布器堵塞只是造成汽提塔汽提效率低的原因之一，在处理汽提塔汽提效率低的问题时，一定要先确认造成汽提效率低的原因，再对症下药。在确认是汽提塔液体分布器堵塞造成汽提效率低后，一般先采用CO2反吹法清理汽提塔，或者采用 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加热＋CO2鼓泡”法进行处理，若不能达到理想的效果，可以判定造成液体分布器堵塞的不是油污，有可能是机械杂质，这时就需停车拆开汽提塔进行人工清洗。