周紀寶

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

寧夏石化公司年產45×104t 合成氨及80×104t 尿素國產化成套技術開發(fā)項目由中國石油寰球工程公司和寧夏石化公司共同承擔，經過不懈努力，在技術和設備上突破重大關鍵技術瓶頸，先后開發(fā)完成合成氨工藝包和尿素工藝包，形成了中國石油擁有自主知識產權的化肥生產工藝，并采用此工藝包在寧夏石化建成了一套工業(yè)化裝置。2018 年4 月26 日國產化大化肥裝置合成氨裝置投料成功,5 月9 日尿素裝置投料成功，打通全流程并生產出小顆粒尿素。此次試車，實現(xiàn)了零傷亡、零事故，一次投料試車成功的目標[1]。

1 工藝介紹

合成氨裝置是寰球工程公司在消化、吸收引進裝置技術的基礎上，結合寧夏石化公司的生產運行和操作經驗，自主開發(fā)的工藝技術。合成氨裝置以天然氣為原料，轉化部分采用一、二段蒸汽轉化，變換部分采用高溫變換和低溫變換，脫碳部分采用MDEA 脫碳技術，氨合成部分采用三床軸徑向復合床間接換熱式合成塔，氨合成壓力為15.5 MPa，冷凍系統(tǒng)為兩級氨冷，并設有氨和氫回收裝置。尿素裝置采用的是自主的CO2汽提工藝，由高壓圈、低壓分解回收與真空預濃縮、蒸發(fā)、造粒、工藝冷凝液處理等工序組成。造粒塔頂部設置粉塵回收裝置，使粉塵排放達到環(huán)保要求。

2 運行過程中出現(xiàn)的部分問題以及解決措施

此合成氨、尿素裝置歷經2018 年、2019 年、2020年三年運行，裝置總體平穩(wěn)受控，并于2019 年10 月通過第三方廣州杰西卡石化技術有限公司的經濟指標驗收標定。三年來，公司根據(jù)生產運行過程中出現(xiàn)的隱患和瓶頸進行技術攻關和優(yōu)化調整，確保裝置能夠“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行。以下就問題和處理措施一一闡述。

2.1 合成氨裝置一段轉化爐燃燒狀況差，火焰舔舐轉化管

一段爐負荷在80%以下運行時燒嘴燃燒狀況較差，特別是第二、第六排燒嘴火焰向爐膛中間傾斜，舔舐爐管，造成部分轉化管顏色偏亮，同時整個爐膛熱量下移。

原因分析：（1）燒嘴設計較大；（2）燃料氣組分發(fā)生變化；（3）燃燒天然氣時背壓較低。

解決措施：（1）將每個燒嘴前的截止閥和考克閥全開，使得燒嘴背壓與每排燃料氣管線壓力一致；（2）改變操作方式，縮短開車時間，根據(jù)開車進度將甲烷化出口工藝氣盡快投入燃料氣系統(tǒng)，改善燒嘴燃燒狀況；（3）當氫回收裝置開車正常后，氫回收尾氣替換甲烷化出口工藝氣，加入一段爐燃料氣系統(tǒng)。經過以上操作調整后轉化管顏色由亮轉為暗，爐膛熱量分布均勻。

2.2 蒸汽緊缺，蒸汽管網平衡困難

原因分析：（1）高壓轉中壓蒸汽減壓閥經常喘或卡澀，閥門15%以下不動作，為防止閥門突然關閉造成蒸汽管網缺汽，中壓蒸汽放空閥保持一定開度；（2）水碳比控制較高；（3）壓縮機防喘振閥門開度較大。

解決措施：（1）將高壓蒸汽減壓閥列入檢修，依托煉油廠將煉油富余的低壓蒸汽引入化肥裝置低壓管網；（2）將煉油3.5 MPa 蒸汽引入尿素次中壓蒸汽管網，降低尿素裝置使用合成管網的蒸汽量，保證系統(tǒng)有抗干擾能力。

2.3 噸氨天然氣消耗高于設計性能考核指標

原因分析：（1）蒸汽管網有待優(yōu)化，蒸汽減壓閥內漏、卡澀、有開度；（2）為了增加裝置的安全性，將一段爐水碳比控制較高；（3）一段爐煙氣中過?？諝饬枯^高；（4）裝置正常運行時高、中壓蒸汽管網存在放空；（5）氨碳平衡不好，輸送和回收氨造成能量消耗，氨損失；（6）氫回收膜系統(tǒng)吸收能力不足，造成部分未回收的氫氣送入一段爐燃料氣系統(tǒng)燃燒；（7）系統(tǒng)壓力低于設計值。

解決措施：（1）利用裝置檢修期更換蒸汽減壓閥，關閉減壓閥，啟動背壓透平；（2）在裝置安全運行的前提下，逐漸將水碳比降到設計值3.1；（3）排查一段爐各風門開度及漏空氣點，逐漸將一段爐煙氣中氧含量調整到2.5%～3.0%；（4）逐步將前系統(tǒng)壓力提到設計壓力，降低合成氣壓縮機耗氣量，增加合成塔反應壓力。經過以上措施的調整，目前合成氨噸氨綜合能耗控制在35 GJ/t 以下。

2.4 合成工藝冷凝液系統(tǒng)水質不穩(wěn)定，無法回收排放

合成工藝冷凝液系統(tǒng)正常水量在70 t/h，經過汽提后出口電導在15～20 μs/cm，pH 值在4.5 左右，冷凝液顯示為酸性，電導率較高除鹽水裝置無法回收，造成整個系統(tǒng)缺水。

原因分析：（1）系統(tǒng)內雜質多，清理不干凈；（2）汽提塔汽提蒸汽量過高或者過低造成工藝凝液汽提不徹底。

解決措施：徹底清洗工藝冷凝液系統(tǒng)后進行打壓，然后再次上水沖洗，確保系統(tǒng)干凈。完善工藝冷凝液系統(tǒng)的操作，將其在蒸汽升溫階段就開始進行暖塔升溫、升壓后汽提蒸汽并入一段爐，將脫碳導氣產生的冷凝液送入系統(tǒng)直接進行汽提，送往除鹽水裝置，同時根據(jù)工藝凝液量，及時調節(jié)控制汽提蒸汽量，避免工藝凝液電導出現(xiàn)大幅度波動。

2.5 氫回收系統(tǒng)高壓膜損壞，造成裝置氫氣回收率低，能耗升高

合成氨裝置氫回收系統(tǒng)自2018 年試車投用后，高壓膜損壞2 次。

原因分析：（1）氫回收分離器帶液，水進入膜纖維束；（2）洗氨塔指標不合格，氨中毒；（3）因膜系統(tǒng)緊急切斷閥門內漏，造成馳放氣進入氫回收膜系統(tǒng)，造成膜氨中毒；（4）膜系統(tǒng)形成背壓，纖維束壓碎。

解決措施：（1）膜進水后容易把密封膠泡開，如果把密封膠泡開，膜不封閉，起不到分離作用，喪失了裝置功能。加強對水分離器的液位監(jiān)控，必要時打開底排閥排放。（2）氫回收的開車原則：首先確認隔離膜分離系統(tǒng)；先開液路，再開氣路。確保洗氨塔處理指標合格后進入氫回收膜系統(tǒng)，開停車過程對在線氨分析表切除，待系統(tǒng)開車正常后再投用，避免分析表氨中毒造成判斷失真。在開車及膜分離器運行期間，必須避免對膜分離器快速升壓或流量驟增。膜分離器的原料氣中氨含量超標，或在溫度高于100 ℃時工作，可對膜分離器造成損害，并導致性能下降。為了防止系統(tǒng)波動造成的影響，應控制氨含量＜0.005%。（3）為防止內漏，停車階段必須關閉膜系統(tǒng)進出口手動閥門；合成氣馳放氣進膜系統(tǒng)的手動閥；高壓氫滲透側進機組的手動閥門；低壓氫氣滲透側進機組的手動閥門；為了防止人工操作關閉不到位，對以上手動閥門增加電動閥門頭，能在停車時快速關閉，避免不合格的合成氣進入氫回收系統(tǒng)。

2.6 尿素高壓甲銨噴射器前后壓差大，裝置壓力偏高

原因分析：2019 年尿素裝置95%負荷標定時，高壓噴射器前后壓差大（2.0 MPa 左右），造成高壓洗滌器冷凝器冷凝效果差，高壓壓力偏高，且波動較大，尾氣氨含量超標，嚴重影響解吸水解系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

解決措施：（1）重新設計高壓噴射器的噴針與噴嘴；（2）將噴射器前合成塔底部補液管限流孔板直徑由原來的152.4 mm 擴大至254 mm。本項技改投運后，高壓噴射器前后壓差基本能夠控制在1.0 MPa 左右，極大的改善了高壓洗滌器冷凝器冷凝效果。

2.7 尿素低調水系統(tǒng)流量波動大，泵抽空，低壓系統(tǒng)超壓

原因分析：原設計低調水主管線管徑為609.6 mm，副線管徑為254 mm，相差太大，在正常操作過程中，很容易造成低調水泵（P3306）進口吸入量不足而抽空，使得低調水量不足。

解決措施：（1）給低調水系統(tǒng)TV3315 增加了一條和原設計相同管徑的副線，增加副線調節(jié)閥HV3311。本項技改投運后，在低調水流量和溫度的操作過程中，再沒有出現(xiàn)P3306 進口吸入量不足使得低調水量不足的現(xiàn)場發(fā)生，效果良好。

2.8 尿素成品縮二脲高，無法滿足市場需求

原因分析：尿素裝置自試開車初期，成品縮二脲居高不下（0.96%～1.20%），經過現(xiàn)場排查，分析原因是由于蒸發(fā)一二段分離罐V3907 和V3908 安裝位置太低（分離罐頂部低于換熱器底部），因此用分離罐液位無法控制回水的溫度，造成尿液在加熱器內一直處在過熱狀態(tài)，導致縮二脲居高不下。

解決措施：（1）對兩分離罐液位計測量范圍由原設計測量分離罐罐底至罐頂?shù)囊何?，改為測量分離罐底部至換熱器頂部的液位。（2）通過控制V3907 和V3908液位將蒸汽冷凝液回水溫度分別控制在95 ℃左右和125 ℃左右。此項技改實施后使得成品尿素縮二脲大幅度下降，控制在0.80%～0.90%，效果良好。

2.9 尿素裝置預濃縮系統(tǒng)壓力不達標，解析水解負荷高，裝置水碳比偏離指標

原因分析：尿素裝置自2019 年開車以來預濃縮真空一直偏低，無法達到設計指標，有時候甚至出現(xiàn)正壓現(xiàn)象（具體工藝流程見圖1），使得稀氨水中氨濃度一直偏高，偏離控制上限值，進蒸發(fā)系統(tǒng)尿素溶液中尿素含量低于下限值，嚴重影響尿素低壓、蒸發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和裝置加負荷。

圖1 蒸發(fā)預濃縮系統(tǒng)流程簡圖

解決措施：在預濃縮冷凝器之后增加一臺噴射器和冷凝器，將預濃縮冷凝器無法冷凝的工藝氣，再進行一次減壓冷凝（見圖2），從而達到提高預濃縮真空，穩(wěn)定尿素低壓、蒸發(fā)系統(tǒng)的目的。

圖2 預濃縮冷凝器后增加真空冷凝系統(tǒng)流程圖

通過本次技術改造處理，預濃縮真空度從原來的-5～-10 kPa，提高到了-30～-35 kPa，稀氨水中氨濃度降低，尿液中尿素濃度得到了提高，效果良好，具體數(shù)據(jù)（見表1）。

表1 技改實施前后預濃縮真空指標對比

2.10 尿素裝置低壓甲銨冷凝器分離罐（V3303）液位控制難度大，甲銨泵容易損壞

原因分析：化肥三廠尿素裝置在試車開車初期，V3303 液位（LIC3304）儀表誤指示，聯(lián)系現(xiàn)場加水來不及，甲銨泵經常出現(xiàn)因液位低抽空汽化，導致甲銨泵軸振動、軸位移高聯(lián)鎖跳車，甚至造成燒瓦事故的發(fā)生。

解決措施：在V3303 前加一條管徑為50.8 mm 的管線，并增加總控調節(jié)閥FV3304。本項技改投運后，再沒有出現(xiàn)因甲銨泵進口抽空導致軸振動、軸位移高聯(lián)鎖跳車事件的發(fā)生，更沒有甲銨泵燒瓦事故的出現(xiàn)，實現(xiàn)了安全穩(wěn)定運行，效果良好。

3 結語

經過近3 年的運行，證明國產化合成氨、尿素工藝總體是成熟的，而且開停車和工藝操作容易掌握，系統(tǒng)操作彈性較大，采用國產設備，從運行看也是安全可靠的?？傮w工藝流程和設備結構進行了集成、優(yōu)化和創(chuàng)新，具有能耗低，操作簡單安全等特點。

在國產化大化肥裝置實際運行過程中，發(fā)現(xiàn)裝置在初始設計、設備安裝、實際操作方面也存在一些問題，并對存在的問題進行分析，從工藝操作、技術改進、設備改造等方面制定針對性措施，均取得良好效果。通過對處理過程的總結，助力國產化大化肥工藝包技術改進和優(yōu)化調整，同時也為同類生產裝置處理類似問題提供寶貴經驗。相信國產化大化肥裝置在技術改進和工藝調整后，能夠更好的在生產中達到安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)的良好運行狀態(tài)。