張成勝，臧傳國，何樹文

(瑞星集團有限公司 山東東平 271509)

大型國產化二氧化碳汽提法尿素裝置運行總結

張成勝，臧傳國，何樹文

(瑞星集團有限公司 山東東平 271509)

介紹了大型國產化二氧化碳汽提法尿素裝置的系統(tǒng)配置和工藝特點，總結了其設計中存在的問題和開車后采取的改進措施。實際運行情況表明，大型國產化二氧化碳汽提法尿素裝置操作運行穩(wěn)定，各項指標達到設計要求，噸尿素氨耗和蒸汽耗分別為569 kg和870 kg，尿素產品一等品率達到100%。

尿素 二氧化碳汽提法 國產化

隨著技術的不斷進步、單套設備生產強度的提高以及裝置投資和生產成本最優(yōu)化的要求，尿素裝置不斷向單系列大型化方向發(fā)展。目前，世界上單套尿素裝置設計產能已達4 000 t/d。近年來，我國開車和在建的520 kt/a以上規(guī)模的尿素裝置已達20余套，其中800 kt/a以上的有8套，1 200 kt/a的有2套。這些大型尿素裝置采用的工藝路線以二氧化碳汽提法為主，氨汽提法有3套(設計產能為520 kt/a)。隨著大型尿素裝置的逐漸建成投產，大型尿素裝置產能占尿素總產能的比例不斷上升，500 kt/a以上尿素裝置產能占尿素總產能的60%以上。

近年來，為適應市場發(fā)展、進一步降低消耗及提升效益，瑞星集團有限公司加大了新工藝、新技術、新設備、新材料的應用和淘汰落后工藝的力度，2013年建成1套大型二氧化碳汽提法尿素裝置替代傳統(tǒng)水溶液全循環(huán)法尿素生產裝置。

1 裝置概況

1.1 工藝流程

瑞星集團有限公司大型尿素裝置采用國內改進型二氧化碳汽提工藝路線，并結合近年來國內、外先進技術在尿素裝置中的應用成果，在確保國內設備、電器、儀表制造技術最先進的基礎上，力求達到裝置的能耗最低、投資最省。改進型二氧化碳汽提尿素裝置工藝流程如圖1所示。

1.2 主機設備

1.2.1 二氧化碳壓縮機

離心式壓縮機理論輸氣量為45 000 m3/h(標態(tài))，轉速8 600～13 846 r/min，采用汽輪機驅動。

圖1 改進型二氧化碳汽提法尿素裝置工藝流程

汽輪機、壓縮機低壓缸、增速機和壓縮機高壓缸采用公用底座，壓縮機高壓缸和低壓缸形式為垂直剖分6級離心壓縮。

1.2.2 氨泵和甲銨泵

氨泵和甲銨泵全部選用中速多級離心式，為首次應用于國內大型化二氧化碳汽提法尿素裝置的國產化設備。氨泵1開1備，采用電機驅動并通過增速齒輪箱提速；軸承采用稀油強制潤滑，配套專用的潤滑油站。甲銨泵1開1備，采用電機驅動，為臥式雙殼體、首級單吸、內芯節(jié)段式的高壓多級離心泵，葉輪采用背靠背對稱布置結構，采用集裝式機械密封，配置沖洗水和冷卻水；設計流量為68 m3/h，揚程1 178 m，轉速2 980 r/min，額定功率630 kW。

1.3 高壓圈設備

高壓圈設備主要技術參數(shù)見表1。

表1 高壓圈設備主要技術參數(shù)

設備名稱設備參數(shù)尿素合成塔Φ3200mm×42000mm,V=300m3二氧化碳汽提塔Φ2700mm×13016mm高壓洗滌器上部球型筒體Φ2835/Φ1050mm高壓甲銨冷凝器Φ2500mm×17361mm,立式

設備位差布置情況：二氧化碳汽提法尿素裝置框架高度為76.0 m，高壓洗滌器上封頭位于70.0 m平面處，尿素合成塔上封頭位于62.0 m平面處，高壓甲銨冷凝器上封頭位于38.0 m平面處，二氧化碳汽提塔上封頭位于13.5 m平面處。

1.4 水解系統(tǒng)

尿素水解采用中壓深度水解技術，水解塔操作壓力2.00 MPa,解吸塔操作壓力0.28 MPa。水解系統(tǒng)采用2.50 MPa蒸汽直接加熱，解吸采用高壓甲銨冷凝器副產的0.35 MPa蒸汽直接加熱，水解、解吸后的廢液中含氨和尿素質量分數(shù)設計值均為≤5×10-6，設計水解量為100 m3/h。水解塔采用立式結構，水解液與蒸汽在塔內逆流接觸，具有設備結構簡單、操作容易的特點。解吸塔內裝填無壁流規(guī)整填料，水解塔塔盤采用槽式無限點液體分布器。水解系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

2 存在的問題及改造措施

瑞星集團有限公司大型尿素裝置于2013年8月建成，9月1日進行水聯(lián)動試車，9月25日試車成功，9月29日進行化工投料。開車后，經過1周生產調試，對部分運轉設備存在的設計缺陷進行調整并對系統(tǒng)物料進行合理配置，10月4日起系統(tǒng)運行穩(wěn)定，各項經濟、質量指標均達到設計

圖2 水解系統(tǒng)工藝流程

要求，各項消耗達到先進水平。

2.1 氨泵、甲銨泵存在的問題及改進措施

2.1.1 增設氨泵密封水站

氨泵未設置密封水站，利用來自發(fā)電系統(tǒng)的鍋爐給水經冷卻后對密封進行冷卻。運行一段時間后，由于密封水壓力不穩(wěn)定，密封水壓力低于泵內壓力，進而造成密封處泄漏。為此，增設密封水站，密封水泵1開1備，實行閉路循環(huán)。密封水站投運后，確保了密封效果，氨泵運行較穩(wěn)定。

2.1.2 提高甲銨泵揚程

開車初期甲銨泵運行不穩(wěn)定，甲銨液不能穩(wěn)定進入高壓圈，造成高壓系統(tǒng)壓力波動。其原因是國外同類型甲銨泵設有前置泵，最后確定重新設計葉輪，改造為A字輪，揚程達到使用要求。

2.1.3 改造氨泵和甲銨泵出口管路

通過運行發(fā)現(xiàn)，由于設計中氨泵和甲銨泵出口未設置單臺泵的流量調節(jié)裝置和止逆閥，導致倒泵和日常操作困難。為此，增設了單臺泵的流量調節(jié)裝置和出口止逆閥，穩(wěn)定了操作。

2.2 蒸發(fā)系統(tǒng)增設最終冷凝器

蒸發(fā)系統(tǒng)全部采用蒸汽噴射器抽真空，二段設有升壓器，噴射器動力蒸汽全部采用尿素系統(tǒng)自產的低壓蒸汽。一段蒸發(fā)表面冷凝器的氣體由一段噴射器抽入放空總管，造成放空總管蒸汽量較大。在開車初期，由于低壓系統(tǒng)放空量大、常壓吸收塔內部壓力高，造成二段蒸發(fā)中間冷凝器未冷凝的氣體經由噴射器抽入常壓吸收塔的阻力較大，導致二段真空度低，尿素產品水分含量高。后新增1臺最終冷凝器，將一段蒸發(fā)表面冷凝器抽出的氣體和中間冷凝器抽出的氣體混合后送入最終冷凝器，冷凝后再送入放空總管。改造后，尿素產品質量好轉，系統(tǒng)放空量降低。

2.3 高壓噴射器存在的問題及調整措施

開車初期，當高壓噴射器氨噴入口流量低于45 t/h時，氨噴出口溫度下降且壓力上升，高壓洗滌器出現(xiàn)帶液現(xiàn)象，此時即使將高壓噴射器的噴針全部關閉，高壓噴射器前后壓差達到2.5 MPa以上也不能解決問題。后經加量生產，當氨流量達到50 t/h以上生產才穩(wěn)定，其主要原因是高壓噴射器抽吸能力差、彈性小，擬更換噴針。

2.4 尿素合成塔氣相安全閥不正常起跳

尿素合成塔氣相管道上并排安裝了3只氣相安全閥(DN 100 mm，起跳壓力為15.3 MPa)。開車期間，多次出現(xiàn)未達到起跳壓力安全閥即起跳的現(xiàn)象，且起跳后安全閥不能復位，必須關閉根部閥門才能復位。為此，更換安全閥供應商并重新設計，安裝后運行正常。

3 結語

(1)大型國產化尿素裝置采用改進型二氧化碳汽提工藝路線，技術可靠，生產操作穩(wěn)定，各項能耗達到先進水平(噸尿素氨耗和蒸汽消耗分別為569 kg和870 kg)，產量達到設計指標，尿素產品一等品率達到100%。

(2)裝置開車以來，高壓設備工藝運行正常，各項指標完全受控。運轉設備因大型化設計經驗不足，尤其在氨泵和甲銨泵大型化設計上，國內技術應用時間短，應該吸收國外設計長處、消除缺陷、提高性能，以確保裝置長周期穩(wěn)定運行。

(3)大型尿素裝置全部國產化設計可節(jié)省軟件費50%以上、硬件費20%；國產設備制造周期短，從開始設計到建成投產只需12個月，可大大縮短建設周期。

Sum- Up of Operation of Large Scale Domestic Carbon Dioxide Stripping Process Urea Plant

ZHANG Chengsheng, ZANG Chuanguo, HE Shuwen

(Ruixing Group Co., Ltd. Shandong Dongping 271509)

The system configuration and process features of large scale domestic carbon dioxide stripping process urea plant are introduced, and problems in design and countermeasures taken after restart up are summed-up. Actual operation situation shows that the operation of the large scale domestic carbon dioxide stripping process urea plant is stable, all indices reach the design requirements, ammonia consumption and steam consumption per ton of urea are 569 kg and 870 kg, respectively, first- rate urea product reaches 100%.

urea carbon dioxide stripping process localization

TQ441.41

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1006- 7779(2016)06- 0039- 03

2014- 06- 05)

本文作者的聯(lián)系方式：heshuw@tom.com。