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(河南晋开化工投资控股集团有限责任公司 ， 河南 开封 475000)

•生产与实践•

尿素装置蒸发系统联产改造总结

张帅，霍睿

(河南晋开化工投资控股集团有限责任公司 ， 河南 开封 475000)

将C套尿素装置尿液改造分流至两套中颗粒尿素尿液槽，满足中颗粒蒸发高负荷运行，降低中颗粒尿素产品缩二脲含量，并使尿素硝铵装置满负荷生产，进而增加C套装置高压运行负荷，提高整体效益。

尿液槽 ； 尿液浓度 ； 联通 ； 缩二脲含量高

河南晋开化工投资控股集团有限责任公司3套年产40万t尿素装置均采用二氧化碳汽提法，C套装置是大颗粒尿素装置，采用荷兰荷丰技术公司的大颗粒造粒技术，A套、B套装置为中颗粒尿素装置，共用一个直径为25 m的造粒塔。装置运行期间，在蒸发造粒工段出现问题，2013年又新上一套年产45万t尿素硝铵溶液(UAN)装置，蒸发工段尿液更加难以平衡，通过分析改造，消除了不稳定因素，使装置运行稳定，产品质量得到提升。

1 装置运行现存问题

1.1C套装置尿液量不平衡

尿液槽内有隔板，分为大小两个槽，外部有联通阀联通。尿液经过闪蒸后进入尿液槽小槽，控制小槽液位≤5%，以减少停留时间。大颗粒工序设有尾气洗涤器，将尾气中的尿素粉尘洗涤吸收，保证尾气排放颗粒物达标。洗涤液的尿素浓度达到40%～45%后，排出一部分进入回收槽，再补充一部分脱盐水。正常生产时，回收槽内稀尿液通过回收泵送入尿液槽大槽，通过联通阀进入小槽。混合后尿液浓度为69%，加上高压合成系统的尿液量，进入尿液槽的量达到83 m3/h，大颗粒的8组喷头全部运行也难以消化如此大量的尿液，造成尿液槽液位缓慢上涨。为平衡尿液槽液位，高压系统被迫减负荷运行。

1.2大颗粒装置运行周期短

大颗粒造粒工艺设计为：尿液槽内71%的尿素经尿液泵送入一段蒸发加热器加热至126 ℃，出一段蒸发分离器后浓度为95%尿素溶液进熔融泵，进泵前加入适量甲醛，熔融泵加压送至大颗粒造粒室造粒，造粒室内共有8组喷头，每组9～10个喷头，在雾化风和流化风作用下溶液从喷头喷出形成小液滴，与晶种接触黏连，形成颗粒。因为只有一段蒸发器，大颗粒产品质量缩二脲基本保持在0.9%以下，每月优等品率在90%以上，一等品率达到100%，但装置运行中，喷头压力、造粒室料位、返料比等指标直接影响到造粒的好坏，工艺指标控制好，造粒室内粉尘产生少，工艺指标波动大，造粒室内粉尘量大，造粒室内粉尘虽然有引风机将其带走，但仍有部分粉尘在造粒室四壁和顶部聚集，在高温环境下形成粉块。长时间运行，粉块会掉落到底部造粒喷头上，造成局部喷头堵塞，喷出来的溶液不能被雾化，而是直接流出来结晶，形成“坐床”。如果不处理，“坐床”面积会越来越大，最后造粒室的喷头全部结晶，系统被迫停车。大颗粒装置自开车以来短则半个月，长则一个月就会出现喷头堵塞，造粒室出料带块，装置运行周期缩短。一旦停车检修，少则24 h，多则36 h。

1.3中颗粒产品缩二脲含量高

原设计装置满负荷时进入尿液槽的尿液量为68 m3/h，产固体尿素为55 t/h。高压系统满负荷运行时，不论是单套还是双套运行，成品缩二脲含量仍然为1.15%～1.2%。每月统计中颗粒产品质量优等品率为0，一等品率≤5%，在合格品中，90%都是因为缩二脲含量超标。为此，从温度控制和停留时间去调节指标，但效果不佳。虽然一等品率有所提高，但仍未超过10%，产品质量达不到一等品，市场竞争力低，造成销售压力大，产品价格偏低，与周边企业相比，每吨尿素的价格要便宜40元左右。

1.4UAN生产与产品质量存在矛盾

2013年建成投产的尿素硝铵溶液设计尿素用量为6～25 m3/h，尿液来自尿液槽。3套尿素装置各有1台离心泵，向UAN装置提供71%的尿液，由于C套装置尿液浓度偏低不能满足生产需要。两套中颗粒装置高压合成系统最大负荷可生产尿液72 m3/h，如果从一套装置尿液槽抽取溶液，则这套装置蒸发系统只有50 m3/h左右溶液，中颗粒产品质量将更难以保证。当蒸发系统在50 m3/h负荷运行时，实测尿素成品缩二脲含量为1.25%～1.3%，这将更加难以提升尿素成品质量。

2 改造设想

①大颗粒装置一旦停车检修，高压负荷虽减至70%(主要考虑高压设备腐蚀)，但仍有48 m3/h尿液进入尿液槽，大颗粒停车置换、清洗管道设备产生的约90 m3的低浓度尿液，尿液槽只能缓冲8～10 h，最后在大颗粒装置检修工作完成前系统被迫封塔停车，若一年检修12次，装置至少封塔12次，这将对设备造成严重腐蚀，消耗升高。如果将C套装置尿液送中颗粒装置尿液槽，生产中颗粒尿素。避免大颗粒装置检修时高压系统装置封塔停车。在大颗粒装置检修时，A套、C套装置高压系统负荷可减至70%，C套装置尿液槽尿液送往A套装置尿液槽，这样进入A套装置尿液槽约为96 m3/h，A套装置蒸发系统加负荷至80 m3/h，剩余16 m3/h可送至UAN装置。

②当尿液浓度及温度一定时，停留时间越长，缩二脲含量越高。在系统稳定运行时，进入尿液槽的尿液保持在92～93 ℃，分析取样尿液槽尿液浓度A套装置约为71.7%，B套装置约为71.3%。中颗粒装置在操作过程中，一、二段温度指标控制在下限124、134 ℃运行。但缩二脲含量仍然高。通过对比一分厂尿素设备，发现日产600 t尿素装置一段蒸发器换热面积为195 m2，二段蒸发器换热面积为18.7 m2。而一段蒸发器换热面积为514.3 m2，二段蒸发器换热面积为45.3 m2，相比之下吨尿素换热面积较大。初步判断一、二段蒸发器选型偏大，导致尿液在设备内停留时间过长，缩二脲含量高。蒸发系统应采取高负荷、低液位操作，减少停留时间。

③UAN要求N含量≥32%，这就要求生产原料尿液和硝酸铵溶液本身氮含量必须>32%，通过计算可知尿素浓度为68.55%，如果尿液尿素含量<68.55%，导致UAN氮含量不合格，尿素含量低，只有添加固体尿素来调整UAN氮含量，提高了生产成本。正常生产时，C套装置尿液浓度偏低，不能直接用于生产UAN，如果将C套装置尿液槽尿液送至A套装置，再和A套装置尿液混合，A套装置尿液浓度仍然保持在70%以上，对于生产UAN不会有任何影响。通过计算，C套送A套尿液量≤30 m3/h，A套装置尿液浓度能够保持在70%以上。

3 改造措施

3.1第一次改造

C套装置尿液泵出口增加一条DN80管线，将尿液送至A套装置尿液槽大槽，进槽前管线安装视镜，便于观察。再通过大小槽联通阀进入小槽。C套装置将尿液送至A套装置，通过视镜观察，从开阀门到进入A套尿液槽时间≤80 s，在输送过程中对缩二脲含量影响很小。正常生产时，C套装置可输送15 m3/h，A套装置蒸发系统蒸发量可加至80 m3/h，UAN保持在10 m3/h生产。C套装置尿液槽液位降低后，高压合成系统负荷增加，系统用氨量由原来的32 t/h增加至35 t/h。在大颗粒工序检修时，系统置换清洗的溶液进入C套装置尿液槽大槽，此时关闭大小槽联通阀，高压系统进入小槽的溶液送至A套生产尿素。待大颗粒置换清洗完后，大槽液位约为19%，稍开大小槽联通阀，控制液位下降速度，每小时降1%，保证尿液浓度。A套装置尿液在80 m3/h运行时，统计中颗粒产品质量一等品率上升至55%左右，缩二脲含量基本降至1.08%以下。

3.2第二次改造

①利用系统大修时间，将A套、B套装置一、二段蒸发器列管各堵10%，从管束最外侧开始环形堵管，以减少换热面积，缩短停留时间。②在正常生产时，一、二段蒸发分离器压差保持在30 kPa，两个设备之间有“U”形管液封防止窜气。一段出液尿素浓度约为95%，温度为125 ℃，经查密度ρ为1.214 kg/m3。根据P=ρgh，得两设备之间“U”形管垂直液封高度为2.6 m，只要>2.6 m即可保持液封不被冲破。经测量实际高度为6.3 m，造成管道阻力增大，尿液停留时间过长，故将A套、B套装置一、二段“U”形管垂直高度降低1 m。③C套原用于向UAN装置供料的泵，将出口管线改至B装置，使尿液进入B装置尿液槽大槽，使C装置尿液也能送至B装置。如果A装置停车，系统冲洗管道的水进入A装置尿液槽，降低尿液浓度，此时C装置尿液可送至B装置尿液槽，从B装置尿液槽向UAN装置供料。④两套中颗粒装置设计生产能力为2 700 t/d，经过调整，蒸发负荷加至3 000 t/d，原来的造粒喷头已不能满足生产需要，需要重新订购1台造粒喷头，设计生产能力为3 100 t/d，以免蒸发加负荷后出现粘塔。

4 改造效果

通过对比，改造后产量增加，产品质量也得到提升，装置之间生产调度更加灵活。

注：根据UAN订单，可增减C套装置蒸发负荷。

表2 改造后中颗粒产品缩二脲含量对比情况 %

①改造后避免了大颗粒装置检修时C套装置高压系统封塔停车的情况。2015年C套装置仅因为“晃电”停车两次。因尿液槽液位低，高压系统负荷增加，用氨量增加3 t/h，按每吨尿素用耗氨578 kg计算，多生产尿素124 t/d，年产量增加37 370 t，经济效益显著。②经过两次改造，A套、B套装置蒸发系统高负荷运行时，中颗粒尿素产量达到3 100 t/d，两套中颗粒蒸发系统超负荷运行，产品缩二脲含量降至1.0%左右，每月统计产品一等品率均在93%以上。③UAN生产更加合理稳定，从A套或B套装置进料，均可保证尿液浓度合格，负荷也可随时加减。

TQ050.2

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