孫振唐，王 強(qiáng)

(中海石油化學(xué)股份有限公司， 海南東方 572600)

中海石油化學(xué)股份有限公司富島一期尿素裝置采用意大利斯納姆氨汽提法尿素生產(chǎn)工藝，配套挪威海德魯公司流化床造粒工藝生產(chǎn)大顆粒尿素。該套30萬t/a合成氨、52萬t/a尿素[1]裝置，以天然氣為原料，于1996年10月投產(chǎn)。

因本裝置常年處于高溫悶熱環(huán)境，循環(huán)冷卻水供水溫度偏高。為了控制低壓系統(tǒng)放空，低壓系統(tǒng)洗滌水流量調(diào)節(jié)閥(FV41014)處于較大開度或全開狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)需要打開旁路增加洗滌水流量。過多的洗滌水加入不僅破壞了工藝系統(tǒng)的水平衡，同時(shí)增加了系統(tǒng)回收負(fù)荷和能耗[2]。

1 低壓系統(tǒng)工藝原理

離開尿素中壓分解塔貯槽(L-102)底部的尿液進(jìn)入低壓分離器(V-103)，釋放出的閃蒸氣在溶液進(jìn)入加熱器前被分離，未被分解的甲銨在低壓分解塔(E-103)管側(cè)被加熱分解。離開V-103頂部的氣體與來自解吸塔(C-102)的氣體匯入氨預(yù)熱器(E-107)殼側(cè)，進(jìn)行部分冷凝，反應(yīng)熱用來加熱管側(cè)來自高壓氨泵(P-101A/B)的氨。出E-107的氣液混合物進(jìn)入低壓甲銨冷凝器(E-108)殼側(cè)被冷凝吸收，管側(cè)冷卻水帶走冷凝熱，離開E-108的碳銨液進(jìn)入低壓碳銨液收集槽(V-106)，從V-106中逸出的含NH3惰氣進(jìn)入低壓氨吸收塔(E-112)冷凝吸收，殼側(cè)冷卻水帶走熱量。不凝氣進(jìn)入低壓惰氣洗滌塔(C-104)用蒸汽冷凝液洗滌吸收，后少量惰氣經(jīng)低壓系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)閥(PV41033)放空。低壓系統(tǒng)流程圖見圖1。

C-101—中壓吸收塔；C-102—解吸塔；C-104—低壓惰氣洗滌塔；L-102—中壓分解塔貯槽；L-103—低壓分解塔儲(chǔ)；V-103—低壓分解塔分離器；E-103—低壓分解塔；E-107—氨預(yù)熱器；E-108—低壓甲銨冷凝器；E-110—沖洗冷凝液冷卻器；E-112—低壓氨吸收塔；E-113—真空預(yù)濃縮器；P-101—高壓氨泵；P-103A/B—中壓碳銨液泵；V-104—真空預(yù)濃縮分離器；V-106—低壓碳銨液收集槽。圖1 低壓系統(tǒng)流程圖

2 洗滌水用量增加原因

2.1 裝置生產(chǎn)負(fù)荷高

尿素裝置以CO2壓縮機(jī)入口流量表作為生產(chǎn)負(fù)荷控制調(diào)整依據(jù)。2019年1月—2020年6月生產(chǎn)負(fù)荷數(shù)據(jù)表見表1。

表1 尿素裝置生產(chǎn)負(fù)荷 km3/h

由表1可知：裝置生產(chǎn)負(fù)荷基本保持平穩(wěn)，平均負(fù)荷未達(dá)到滿負(fù)荷(28.1 km3/h)生產(chǎn)，故裝置負(fù)荷不是洗滌水量增加的影響因素。

2.2 高壓系統(tǒng)合成轉(zhuǎn)化率低

高壓系統(tǒng)合成轉(zhuǎn)化率低、汽提效率低將導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷后移，加重中低壓吸收系統(tǒng)分解回收負(fù)荷，從而引起低壓洗滌系統(tǒng)洗滌水用量的增加[3]。2019年1月—2020年6月CO2轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)見表2。

表2 高壓系統(tǒng)合成轉(zhuǎn)化率 %

由表2可知：高壓系統(tǒng)CO2轉(zhuǎn)化率較為平穩(wěn)，故合成轉(zhuǎn)化率不是洗滌水量增加的影響因素。

2.3 中壓分解塔分解效率低

中壓分解塔(E-102A/B)分解效率低，系統(tǒng)負(fù)荷產(chǎn)生后移，增加了低壓系統(tǒng)分解回收負(fù)荷，從而引起低壓洗滌系統(tǒng)洗滌水用量的增加。2019年1月—2020年6月E-102A/B出料組分?jǐn)?shù)據(jù)見表3。

表3 E-102A/B出料尿素組分 %

由表3可知：E-102A/B分解效率較為平穩(wěn)，故其分解效率不是洗滌水量增加的影響因素。

2.4 E-103分解效率高

E-103分解效率高，可以減少蒸發(fā)系統(tǒng)負(fù)荷，同時(shí)增加了低壓回收系統(tǒng)負(fù)荷，從而引起低壓洗滌系統(tǒng)洗滌水用量的增加。2019年1月—2020年6月E-103出料組分?jǐn)?shù)據(jù)見表4。

表4 E-103出料尿素組分 %

由表4可知：E-103分解效率較為平穩(wěn)，其分解效率不是洗滌水量增加的影響因素。

2.5 L-102液位低

L-102液位過低，導(dǎo)致中壓系統(tǒng)向低壓系統(tǒng)竄氣，引起低壓系統(tǒng)壓力升高，從而引起低壓洗滌系統(tǒng)洗滌水用量增加。2019年1月—2020年6月L-102液位控制數(shù)據(jù)見表5。

由表5運(yùn)行數(shù)據(jù)并結(jié)合L-102現(xiàn)場(chǎng)視鏡觀察液位情況可知：L-102液位低不是洗滌水量增加的影響因素。

表5 L-102液位控制 %

2.6 循環(huán)冷卻水壓力低、溫度高

E-108為管殼式換熱器，換熱介質(zhì)為循環(huán)冷卻水。當(dāng)循環(huán)水壓力低、溫度高時(shí)，換熱效果變差，E-108冷凝不好，部分氣相組分進(jìn)入低壓洗滌系統(tǒng)，從而引起低壓洗滌系統(tǒng)洗滌水用量的增加。2019年1月—2020年6月循環(huán)冷卻水上水壓力、溫度數(shù)據(jù)分別見表6和表7。

表6 循環(huán)冷卻水上水壓力 MPa

表7 循環(huán)冷卻水上水溫度 ℃

由表6和表7可知：循環(huán)冷卻水壓力低、溫度高不是洗滌水量增加的影響因素。

2.7 E-108結(jié)垢，換熱效率差

E-108換熱效率的高低直接影響冷凝吸收效果，進(jìn)而影響到低壓洗滌系統(tǒng)洗滌水用量[4]?；谶@一問題，歷年大修時(shí)均將E-108列入換熱器高壓水射流清洗項(xiàng)目，但實(shí)際上，E-108結(jié)垢情況并不嚴(yán)重，不是洗滌水量增加的影響因素。

2.8 低壓系統(tǒng)洗滌水儀表故障顯示流量偏高

經(jīng)儀表檢查校對(duì)，低壓系統(tǒng)洗滌水流量計(jì)(FV41014)儀表工作狀態(tài)正常。由此可知低壓系統(tǒng)洗滌水儀表故障顯示偏高不是影響其溫度超標(biāo)主要因素。

2.9 其他因素

E-112、C-104經(jīng)檢查未見異常，低壓冷凝器溫度調(diào)節(jié)閥(TV41048)開度正常，中壓吸收塔(C-101)排放至V-106的儀表閥門(HV41012)無內(nèi)漏現(xiàn)象。

3 改造措施

通過以上低壓洗滌水加入量影響因素分析判斷，如按照原先運(yùn)行方式，現(xiàn)狀將無法改變。同時(shí)，其受季節(jié)、環(huán)境溫度、白天與夜間的變化、有無日光直射的影響，洗滌水量有所變化是客觀存在，也無法改變。

通過對(duì)其工藝流程及原理分析，原設(shè)計(jì)中E-108入口前有來自中壓碳銨液泵(P-103A/B)出口的甲銨溶液作為吸收液，因其組分中NH3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43.57%)和CO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.22%)導(dǎo)致吸收效果差而一直未投用?？紤]到裝置送水解解吸系統(tǒng)處理的工藝?yán)淠海蚱浣M分中NH3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.32%、CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.17%、Ur質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.42%、H2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.09%，可以作為吸收液使用。目前最新的氨汽提尿素裝置設(shè)計(jì)均新增一根工藝?yán)淠褐罞-108入口的洗滌吸收水管線，達(dá)到洗滌吸收的目的，從而減少外來低壓洗滌水流量，同時(shí)可減少水解解吸系統(tǒng)負(fù)荷，增加操作彈性，降低耗汽量。

2020年6月，停車大修時(shí)實(shí)施改造，將工藝?yán)淠罕?P-114A/B)出口至真空分離器(V-107)管線位于造粒給料泵(P-108A/B)平臺(tái)南側(cè)處開孔，引一根管線從P-103A/B出口至E-108管線上,以吸收部分氣體而達(dá)到設(shè)計(jì)目的。改造后低壓系統(tǒng)流程圖見圖2。

C-101—中壓吸收塔；C-102—解吸塔；C-104—低壓惰氣洗滌塔；L-102—中壓分解塔儲(chǔ)槽；L-103—低壓分解塔儲(chǔ)；V-103—低壓分解塔；V-104—真空預(yù)濃縮分離器；V-107—真空分離器；V-106—低壓碳銨液收集槽；E-103—低壓分解塔；E-107—氨預(yù)熱器；E-108—低壓甲銨冷凝器；E-110—沖洗冷凝液冷卻器；E-112—低壓氨吸收塔；E-113—真空預(yù)濃縮器；P-101—高壓氨泵；P-103A/B—中壓碳銨液泵；P-114A/B—工藝?yán)淠罕?。圖2 改造后低壓系統(tǒng)流程圖

對(duì)比改造前后低壓洗滌水FIC41014流量(見圖3和圖4)，改造后低壓洗滌水流量明顯降低。

圖3 改造前低壓洗滌水FIC41014流量

圖4 改造后低壓洗滌水FIC41014流量

4 結(jié)語

分析影響低壓系統(tǒng)洗滌水流量的所有因素，結(jié)合裝置實(shí)際運(yùn)行情況，通過技改實(shí)施，節(jié)約能耗，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。