斯纳姆氨汽提尿素装置改造小结

付常雷,孙喜庆

(海洋石油富岛有限公司,海南东方 572600)

海洋石油富岛有限公司一期尿素装置采用海德鲁流化床大颗粒尿素生产工艺,设计产能为1 765 t/d,主要生产粒径为2.0～4.75 mm大颗粒尿素。该装置自1996年10月投产以来已连续运行26 a,工艺运行稳定,产品质量合格率高。但在近期的运行过程中,发现液氨过滤器进出口三通阀故障率高,单台不能有效隔离更换滤芯;尿素造粒给料泵汽化;尿素造粒机烟囱氨含量偏高等问题。对生产过程中出现的工艺及设备问题进行分析,从安全生产、节能降耗等方面考虑,采取针对性的改造措施。

1 氨过滤器的改造

1.1 氨过滤器作用及改造的原因

氨过滤器原设计见图1。该氨过滤器容积为210 L,2台并联,进口、出口各通过1个一体式三通球阀连接[1]。三通球阀的作用是过滤合成氨装置送来的液氨,去除液氨内存在的触媒粉等,防止杂质进入,从而损坏高压氨泵机封摩擦付密封面,引起机封泄漏。运行过程中,三通球阀内漏且连接方式不可靠,不能对2台氨过滤器进行有效隔离,达不到在线清洗更换滤芯的目的,给尿素生产带来重大安全隐患[2]。

S102A/B—氨过滤器;V105—液氨储罐;CD—密闭排放;1″-VD04—DN25切断阀;1/2″-VD04—DN15切断阀。

1.2 氨过滤器改造设计

将氨过滤器调转180°,去掉进口、出口原有的一体式三通球阀。在进口与出口处各增加1个三通接头。在分支管线各加1个DN100切断阀。

各分支管线增加1个导淋。进出口管线材质与原管线保持一致。原充氮气管线根据转向后适当调整。改造后的氨过滤器设计见图2。

1.3 改造效果

新氨过滤器结构设计合理。设备投用后,系统引液氨确认,截止阀可靠性高,氨过滤器可以单台隔离后更换滤芯。该改造消除了原氨过滤器结构不合理对尿素装置的影响。

2 脲醛树脂(UF)系统的改造

2.1 UF溶液的成分及作用

UF溶液是由质量分数为37%的甲醛溶液与质量分数为96%的尿液按照1∶5质量比混合而成的。UF溶液作为一种添加剂可以起到凝结尿素、防止尿素成品结块、降低粉尘产生、提高产品质量、增长造粒机运行周期的作用;同时,UF溶液与尿素混合形成部分长链化合物,可以使尿素作为肥料时起到缓释作用。

2.2 UF系统工艺流程

UF系统的工艺流程见图3。来自尿素造粒给料泵出口的96%尿液,与来自甲醛泵37%甲醛溶液混合后送入UF溶液反应器。通过UF溶液反应器内搅拌桨搅拌,使尿液与甲醛溶液充分混合反应。混合后UF溶液温度为80～90 ℃,压力为0.2 kPa。甲醛溶液在与尿液混合前先加入少量稀氨水,将甲醛溶液pH调节至7.0～8.5。在UF溶液反应器中反应后,生成UF溶液,该溶液由UF溶液反应器上部排出,经过滤后进入尿素造粒给料泵入口,最后送入造粒系统。

图3 UF系统工艺流程

2.3 UF溶液反应器出液口改造

设备原始设计中,UF溶液反应器出口管位于设备顶端以下20 cm处(见图4)。装置大修过程中,解体UF溶液反应器,发现出液口上下管壁存在明显色差。设备经过长时间运行,出液口以上存在明显惰气积存。当惰气积存到一定程度,随着UF溶液进入造粒给料泵进口,造成机泵汽化;装置加减甲醛溶液或者尿液时,UF溶液反应器内原平衡发生改变,惰气随着UF溶液进入造粒给料泵进口,造成机泵汽化。针对该问题,对UF溶液反应器出液口进行改造,将出液口改在设备顶部,原出液管增加切断阀(见图5)。

图4 改造前UF溶液反应器

图5 改造后UF溶液反应器

2.4 改造效果

UF溶液反应器出液口改造后,UF溶液直接从设备顶部排出,避免了UF溶液反应器长时间运行,设备顶部惰气积存。设备投用后,造粒给料泵汽化次数大幅下降。该改造保证了机泵本身的运行安全,也减少了对尿素造粒系统的影响,取得了较好的效果。

3 水解解吸系统出液管线的改造

3.1 水解解吸系统的作用及改造的原因

水解解吸工序是将蒸发系统和密闭排放系统的工艺冷凝液(氨质量分数为6.32%、二氧化碳质量分数为1.17%、尿素质量分数为0.42%)处理成含氨质量分数<0.19、二氧化碳质量分数<0.11%、尿素质量分数<0.000 3%的工艺溶液。该溶液经工艺冷凝液泵升压至0.49 MPa。工艺冷凝液泵出口有4个走向(见图6):(1)送至造粒洗涤系统,用来洗涤吸收造粒系统产生的尿素粉尘。(2)送出尿素界区。(3)如果工艺冷凝液不合格,则循环至工艺冷凝液储槽。(4)工艺冷凝液长期不合格,则可输送至尿素装置废液储罐。

图6 工艺冷凝液泵出口走向

装置开车时,水解解吸系统尚未正常运行。工艺冷凝液中氨、二氧化碳、尿素含量超标。此时造粒洗涤系统需要提前运行,携带氨的不合格工艺冷凝液进入造粒洗涤系统,最后从造粒烟囱排出,造成氨排放指标升高,严重时排放不合格,污染环境。

3.2 水解解吸系统出液管线改造

在水解解吸系统工艺冷凝液泵至造粒洗涤系统管线上增加1条脱盐水管线,见图7[3]。

图7 工艺冷凝液泵出口增加脱盐水管线

3.3 改造效果

改造前,装置开车时,水解解吸系统运行不合格,造粒洗涤系统提前运行时,造粒烟囱氨排放量不达标。投用改造的脱盐水后,造粒烟囱氨排放量大幅下降,保证了烟囱的合格排放,该改造取得了良好效果。

4 其他改造

4.1 尿素界区蒸汽阀增加副线改造

原始设计尿素界区蒸汽总阀未设置副线。建立蒸汽管网时,由于阀门前后压差过大,开关困难,稍开阀门进行暖管时,蒸汽流量不易控制,极易导致升温过快,管线水击现象。在蒸汽总阀处增加小副线,暖管时,可先通过小副线进行暖管并升压至阀门两侧平衡,蒸汽流量容易控制,阀门开关容易,解决了管线水击与升温速率过快问题。

4.2 尿素废液罐密闭放空(BD)管线增加蒸汽吹扫改造

尿素废液罐为常压储罐,于2009年建成。尿素废液罐的作用是回收储存尿素装置异常工况下产生的工艺废液。在使用中发现,废液中尿素含量较高时,尿素挥发至废液罐顶部,引起废液罐BD管线频繁堵塞,威胁罐体安全。为解决该问题,在BD管处增加低压蒸汽进行连续吹扫,消除了管线堵塞的风险[4]。

5 结语

近年来,中海石油化学股份有限公司一期尿素装置在设备维护与环保排放管理方面进行了大量的工作。氨过滤器与UF系统的改造,对设备结构进行优化,有效地解决了三通球阀故障率高与UF溶液反应器出液口设计缺陷;水解解吸出液管线的改造,解决了装置开车过程中,造粒烟囱排放不达标的问题。通过合理的技术改造,提高了设备的运转效率,保障了设备运行安全,在节能减排、安全环保、减低员工劳动强度方面做出重大贡献。