蒸发系统缩二脲积存原因分析及处理

王 晨

蒸发系统缩二脲积存原因分析及处理

王 晨

（黑龙江建龙化工有限公司，黑龙江 双鸭山 155100 ）

缩二脲是尿素生产过程中不可避免的副产物，在整个尿素生产过程中都伴随缩二脲的生成，其中蒸发系统是缩二脲产生最多的系统。缩二脲的存在不仅会影响产品质量，而且会附着在蒸发系统设备、管线内壁，严重影响产品质量及装置的安全稳定运行。本文主要阐述了经过对设备的整改及系统的优化，最终解决了蒸发分离器内缩二脲积存的问题，为装置的长周期稳定运行奠定了基础。

蒸发； 缩二脲； 冲洗

缩二脲是尿素生产过程中的副产物，对农作物生长不利，并且缩二脲的生成存在于整个尿素生产过程中，其反应方程式如下：

2(NH)2CO=NH2CONHCONH2+NH3

该反应为吸热反应，即温度升高会加剧缩二脲的生成；其次氨分压低时对缩二脲生成有利；停留时间的增加也会产生更多的缩二脲。物料在进入蒸发系统提浓的过程中，同时具备了氨分压低、操作温度高、停留时间长的特点[1]，因此在尿素生产过程中50%~70%的缩二脲在蒸发系统产生，所以蒸发系统各工艺参数及操作工况直接影响着产品质量的优劣[2]。

1 工艺流程

蒸发系统是将前系统产生的浓度为73%的尿素溶液经过加热、分离将浓度提高到99.7%，然后通过尿素熔融泵输送至造粒塔进行造粒，提浓过程中分离的水、氨、二氧化碳被冷凝后进入氨水槽回收。考虑到投资及工艺的可行性，蒸发系统为两段式蒸发，设计一、二段操作压力分别为0.032、0.004 MPa，在蒸发一、二段间采用“U”型管连接来维持压差。蒸发系统一段将尿素浓度由73%提高至97%，即有24%（约40 t）的水汽混合物被蒸发，水分蒸发过程中将携带尿素至氨水槽，为了防止大量尿素进入氨水槽，在一段蒸发分离器顶部设置了百叶窗，水汽混合物经过百叶窗温度降低后部分尿素会冷凝析出附着在百叶窗上，未被冷凝的水汽混合物将会夹杂少量的尿素进入氨水槽，为了保证百叶窗不被尿素晶体堵塞，设计百叶窗用稀氨水进行冲洗。蒸发系统二段将尿素浓度由97%提高至99.7%，即有2.7%（约7.6 t）的水汽混合物被蒸发，该过程中产生的水量较少，不会有大量尿素被带入氨水槽，所以二段分离器顶部未设置百叶窗，仅有四根利用熔融尿液冲洗分离器内壁的管线。

2 存在问题

尿素装置检修期间，打开蒸发系统设备检查，发现二段分离器及气相管线内部积存较多的缩二脲（如图1），而蒸发一段分离器内基本无缩二脲积存。缩二脲在设备内积存较多后，将对装置的运行将造成很大的影响，主要会引起以下几个方面的问题：

图1 蒸发二段分离器内积存的缩二脲

（1）蒸发分离器内壁积存大量的缩二脲后，若长期不进行清理，将会在缩二脲积存的位置产生垢而损坏设备。

（2）蒸发分离器气相管线内缩二脲积存较多后，将会导致管道的流通直径减小，最终影响蒸发系统真空度。

（3）装置停车后打开二段分离器人孔，设备内部缩二脲积存严重，每次清理缩二脲量为1 t左右，清理难度大、工作量大。

（4）装置运行2~3个月，因设备内缩二脲积存较多影响蒸发真空度，必须停车进行清理，这将影响装置长周期运行。在清理时需要切除蒸发夹套蒸汽、分离器盘管蒸汽、各管线的伴热蒸汽及吹扫蒸汽，并且需要加装盲板进行置换隔离，施工量较大，且冬季基本无法实施。

（5）分离器内壁及气相管线缩二脲积存较多，掉落后会堵塞尿素熔融泵吸入口，导致泵抽空容易损坏设备，并影响蒸发系统稳定运行。

（6）分离器内壁缩二脲结块掉落至设备内，在高温熔融尿液的浸泡下不断溶解，最终导致一段时间内尿素产品缩二脲含量高，影响产品质量。

（7）分离器顶部缩二脲结块掉落，会损坏设备内气液分离挡板（如图2），若该挡板损坏，高速流动的尿液会经过分离器气相管线直接进入稀氨水槽，装置必须停车才能进行处理。

图2 蒸发分离器内气液分离挡板

3 原因分析

3.1 蒸发分离器

由于一段蒸发分离器内部有百叶窗，并且百叶窗有稀氨水作为冲洗水，开车期间对百叶窗进行冲洗，一段分离器开人孔检查未发现缩二脲积存。二段蒸发分离器内部无百叶窗，原设计尿素熔融泵出口设置回流管线对二段分离器内壁进行冲洗，但由于该管线规格小距离长，极易结晶堵塞，并且若利用高浓度尿液进行冲洗，尿液经过喷嘴后雾化，将会有大量的尿素随气相进入稀氨水中，解吸水解系统无法处理高浓度的尿素，所以蒸发二段分离器无法进行冲洗。

3.2 蒸发系统冲洗频率

蒸发系统冲洗频率为每天一次，冲洗频率较低时，每次积存在设备、管道的缩二脲量较大，需要将一、二段温度提高并进行长时间冲洗才能达到预期的效果，提高温度冲洗的同时缩二脲的生成也会增多，所以蒸发系统冲洗频率及温度的控制对缩二脲的生成有很大的影响。

3.3 设备内气液分离挡板

蒸发一、二段分离器内换热器上方均设有气液分离挡板，作用是换热后高速流动的尿素溶液经过挡板后，液相从分离器底部离开、气相从分离器顶部进入气相管线，该挡板为凹槽型，底部有排放管线。装置长周期运行后，设备内掉落的缩二脲会在凹槽型挡板上累积。

4 整改措施

4.1 二段分离器气相管线增加冲洗水

二段分离器容易积存缩二脲的气相管线处增加两个冲洗水点（如图3），该冲洗水为环形，在环形管线外壁开Ø2的小孔共48个，以保证冲洗气相管线时冲洗水可以直接对管线内壁进行彻底冲洗；并根据设备内缩二脲的积存位置，在每一个环形冲洗水管线上增加一个喷嘴，可以对气相管线低点积存的缩二脲进行冲洗。

图3 二段分离器气相管线增加的环形冲洗水

4.2 二段分离器内壁增加吹扫蒸汽及冲洗水

由于尿素熔融泵出口至设备内壁的冲洗点喷嘴不能投用，造成二段分离器设备内壁附着较多的缩二脲。检修期间对喷嘴清理并加固后复位，在冲洗点处增加0.9 MPa吹扫蒸汽及冷凝液，蒸发系统运行时打开吹扫蒸汽，一方面蒸汽吹扫过程中可以清除设备内壁积存的缩二脲，另一方面保证喷嘴不被高浓度尿液堵塞。由于该冲洗水冲洗时冷凝液会直接进入熔融泵入口而导致二段温度下降，所以只有当二段真空异常波动或蒸发打循环时才进行长时间的冲洗，平时只投用吹扫蒸汽

4.3 冲洗频率调整

为了及时冲洗分离器内积存的缩二脲，首先对分离器及气相管线的冲洗频率进行调整，由最初的每24 h一次，调整为每4 h一次。目前装置运行过程中一、二段蒸发温度控制为124、135 ℃，由于蒸发系统冲洗过程中，部分冷凝液会进入尿液中导致温度下降，所以在冲洗前先需要将一、二段温度提至126、138 ℃左右，控制每次整个冲洗时间在20 min以内（包括提高温度及降低温度），通过冲洗频率及方式的优化，解决了蒸发分离器缩二脲积存的现象。

4.4 分离器内气液分离挡板整改

图4 二段分离器气相管线增加的环形冲洗水

为了防止缩二脲在分离器挡板上积存，将分离器内气液分离挡板的凹槽改为图4所示的凸型挡板，并对支架进行加固，整改后缩二脲掉落至挡板上时不会累积，也不会损坏挡板。

4.5 蒸发系统热煮

蒸发系统设备经过长期运行后，设备内一些死角积存的缩二脲仅仅通过定期冲洗不能完全清除，所以当装置停车时间较长时（超过6 h），将对蒸发系统加水进行热煮，通过热煮可以清除掉设备内死角积存的缩二脲。

通过以上几个方面的整改及优化操作，减少了蒸发系统缩二脲的积存量。最初每次清理1 t左右的缩二脲，经过各项整改后，现在设备内部基本无缩二脲的积存。

5 结束语

蒸发系统内缩二脲的积存对装置的运行带来较大的隐患，针对该问题主要从分离器气相管线增加冲洗点、分离器内壁增加吹扫蒸汽及冷凝液冲洗管道，同时不断地优化工艺操作、控制蒸发冲洗时间等几个方面进行整改，最终解决了蒸发系统缩二脲积存的问题。该问题的解决，既提高了产品质量，又保证了装置的长周期安全稳定运行。

［1］钱镜清，朱俊彪，陈英明，等.尿素生产工艺与操作问答[M].北京：化学工业出版社，1988.

［2］呼伦贝尔金新化工有限公司尿素车间.日产 2860 吨尿素装置工艺手册[S].2010．

Reason Analysis and Treatment of Biuret Accumulation in Evaporation System

（Heilongjiang Jianlong Chemical Co., Ltd., Heilongjiang Shuangyashan 155100, China）

Biuret is an inevitable by-product in urea production, and the formation of biuret is accompanied in the whole process of urea production, the formation of biuret is the most in the evaporation system.The existence of biuret can not only affect the quality of the product, but also adhere to the evaporation system equipment, pipeline wall, which will seriously affect safe and stable operation of the device.In this paper, the improvement of the equipment and the optimization of the system were mainly expounded to solve the problem of the accumulation of biuret in the evaporative separator, which could lay a foundation for the long-term stable operation of the device.

evaporation; biuret; washing

2020-01-14

王晨（1982-），男，硕士，黑龙江省齐齐哈尔市人，2010年毕业于辽宁石油化工大学工业催化专业，现从事化工工艺技术管理。

TQ441.41

A

1004-0935（2020）05-0514-03