尿素装置一段蒸发系统的优化改造

Optimization and Renovation of Primary Evaporation System of Urea Unit

王斌 Bin WANG

河南煤业化工集团中原大化公司河南濮阳 457000 Zhongyuan Dahua Co., HNCC, Puyang 457000, China

摘要：

介绍了尿素装置一段蒸发系统在运行中存在的问题并提出了相应的整改措施，同时对蒸发系统惰气放空管进行了改造。改造后，一段蒸发系统的真空度有了明显好转，有效保证了尿素产品质量，降低了蒸汽消耗，减轻了环境污染。

关键词：

尿素; 蒸发系统; 改造;

Abstract：

The problems existing in the operation of the primary evaporation system of the urea unit are introduced, and relevant reformation measures are proposed, at the same time, the inert gas vent tube of the evaporation system is revamped. After the renovation, the degree of vacuum in primary evaporation system has improved significantly, effectively ensuring the quality of urea product, decreasing steam consumption, and reducing environmental pollution.

Keyword：

urea; evaporation system; renovation;

1 一段蒸发系统改造情况

由于尿素合成塔CO₂转化率未达到设计要求，同时因装置老化，汽提塔、中低压分解器换热效率下降，造成一段蒸发系统真空度只能控制在85 kPa(绝压，下同)。针对此种情况，对一段蒸发系统进行了改造，即在一段蒸发系统第1冷凝器(E151)后串联1台换热器(E151B)，其设备参数如表 1所示。

表 1

换热器E151B参数

项目	管程	壳程
设计压力/MPa	0.6	全真空
工作压力/MPa	0.40	0.28
设计温度/℃	70	180
工作温度/℃	28/43	130/50
介质	H₂O	NH₃、CO₂、CO(NH₂)₂、H₂O
程数	1	1
换热面积/m²	210

改造后一段蒸发系统工艺流程如图 1所示。来自真空预浓缩器和一段蒸发分离器的气体首先进入E151，冷凝后的液体进入工艺冷凝液储槽，未冷凝的气相进入E151B内继续冷凝，冷凝后的液体进入工艺冷凝液储槽，E151B内未冷凝的气相进入一段蒸发系统第2冷凝器(E152)内继续冷凝，冷凝后的液体进入工艺冷凝液储槽，E152内未冷凝的气相通过蒸汽喷射器进入一段蒸发系统第3冷凝器(E157)内继续冷凝，冷凝后的液体进入工艺冷凝液储槽，未冷凝的惰气排放。

图 1

改造后一段蒸发系统工艺流程

2 运行中出现的问题

E151和E151B设计采用串联连接，通过对改造后实际运行情况的观察，一段蒸发系统的真空度无明显好转，同时E151B有时出现下液管堵塞的现象，分析其原因为：①E151和E151B串联后，由于流程延长，造成阻力有一定增加；②由于E151冷凝后的气相温度为50~60 ℃，再通过E151B冷却的效果不太明显；③经E151B换热后，工艺侧温度偏低，同时由于E151B工艺侧下液管偏细且较长，下液管中易出现工艺介质结晶堵塞的现象，造成一段蒸发系统真空度恶化，使尿素产品水分含量偏高，严重时引起产品质量事故，同时增大了尿素汽耗。

3 一段蒸发系统整改方案

如图 2所示，一段蒸发系统整改方案如下：①将E151B主管线进口直接连接至E151进口，E151和E151B实现并联，有效提高了一段蒸发系统的真空度；②在E151B的进口管线上增设DN 25.4 mm×3.0 mm工艺液管线，以利于E151B气相的吸收和换热；③E151B与E151并联出口处增设1只切断阀，有利于E151B的调节控制。

图 2

整改后的一段蒸发系统工艺流程

4 整改后运行情况及效益

(1) E151和E151B串联改并联完成后，一段蒸发系统真空度由85 kPa提高至65 kPa，可节省高压蒸汽1.5 t/h。按蒸汽120元/t、年生产时间330 d计，年可降低生产成本142.56万元。

(2) 系统操作更容易，没有出现尿素产品水分和缩二脲含量超标的现象，产品质量合格率达到了100%；彻底解决了由于工艺侧温度偏低而造成的E151B出现结晶堵塞的问题。

5 蒸发系统惰气放空管的改造

正常生产中，由于尿素装置区三楼放空管经常排放出系统惰气和气氨，严重时喷射出带氨的冷凝液，影响操作人员的巡检，同时造成环境污染并增大装置的氨耗。

改造措施：①在E157上接1根管线引至放空烟囱(Ⅴ112)，正常生产中Ⅴ112放空烟囱无任何排放物，根据烟囱工作原理，烟囱底部有向顶部流动的气流，保证E157处气相回收至Ⅴ112；②体积分数70%~85%的氨气在烟囱内上升的过程中会产生部分冷凝液，起到氨水回收作用；③由于烟囱效应，E157切入烟囱底部后，可以在E157出口形成微负压，有利于提高蒸发系统的真空度。

蒸发系统惰气放空管改造完成后，在正常生产和开停车过程中，当E157切入烟囱后，蒸发系统真空度有一定提高，有效杜绝了E157排放气氨并回收了部分氨水，保证了操作人员的安全，同时可防止造成环境污染。