尿素装置防腐脱氢空气改造与应用

姜 磊，李 刚

(兖矿新疆煤化工有限公司，新疆乌鲁木齐 830011)

从净化工段来的纯度≥98.5%(体积分数，干基)、含硫化物质量浓度≤5 mg/m3(干基)、压力为0.04 MPa的气体，经CO2压缩机压缩后送入后续尿素工段。为脱氢和防止尿素高压圈设备的腐蚀，在CO2压缩机一段出口冷却器出口加入约为CO2体积总量4%的空气。在尿素生产过程中，空气中的氧气与氢气在钯铂催化剂的作用下反应生成水，剩余的氧气在尿素合成塔、CO2汽提塔、高压洗涤器、高压甲铵冷凝器等设备的表面形成一层氧化膜，防止尿素、甲铵溶液对设备的腐蚀。原设计所需的空气由2台SL132型螺杆式空气压缩机(1开1备)提供，压力0.7 MPa(表压)、气体温度≤45 ℃，经流量调节阀控制流量约在1 250 m3/h(标态)后，与CO2气体一起经CO2压缩机二段入口分离器分离液滴后进入压缩机二段入口。

为达到节能降耗的目的，结合兖矿新疆煤化工有限公司现场公用工程配置情况，决定接入空分增压机的压力>0.7 MPa(表压)、气体温度≤45 ℃的空气作为CO2压缩机的补入空气。

1 改造内容

尿素装置生产中所需空气量见表1。

结合空分工艺流程，采用增压机一级换热器出口工艺气体作为CO2压缩机的补入空气较为适宜。空分外供尿素空气管线需设置手动阀、放空阀、止回阀、自调阀、快关两位阀、流量计、远传压力及温度测点等(流量计、远传压力及温度利用原管线上测点)[1-2]。空分供尿素空气工艺流程见图1。

表1 尿素装置生产中所需空气量

2 工业应用

考虑到生产异常状况有两种：①空分跳车或紧急停车；②尿素CO2压缩机跳车或紧急停车。为防止空分跳车或卸载致不洁净气体倒窜进入空分系统，或是CO2压缩机跳车或卸载突然增大空气用量，影响空分系统运行安全，设置快关两位阀联锁。联锁要求如下：①空分停车，快关两位阀联锁关闭；②压缩机组卸载，快关两位阀联锁关闭；③CO2压缩机停车，快关两位阀联锁关闭；④快关两位阀关闭报警[3-4]。

正常生产时，空气用量用流量调节阀由尿素控制室根据尿素系统所需进行控制，尿素工段使用前需向调度室进行申请，调度室经空分工段控制室同意后，由调度室下达同意使用指令，由空分、尿素控制室配合执行。使用过程中，如果空气量出现≥300 m3/h(标态)的调节，尿素控制室应提前通知空分控制室做准备，防止引起增压机工艺指标的波动。

图1 空分供尿素空气工艺流程

改造后自2017年5月运行至今，空分、尿素系统均运行稳定，期间经历2次空分跳车、1次CO2压缩机跳车，联锁设置都起到了应有的作用。

3 效益分析

改造前，尿素脱氢与防腐空气供应为英格索兰公司制造生产的SL132型螺杆空压机。改造后，螺杆空压机停运，该机组功率为132 kW，按年运行时间8 000 h、工业电价0.4元/(kW·h)计，则年节约电费42.24万元左右。因螺杆空压机停运，也节省了专用润滑油、备件等的费用。

4 结语

无论何种尿素生产工艺，都需要一定量的空气用来防腐脱氢，且设计时大部分是通过往复式压缩机、螺杆空气压缩机补空气入尿素系统，通过装置改造，降低了电耗，同时对其他尿素装置的改造也具有一定的借鉴意义。