尿素生產(chǎn)裝置高壓系統(tǒng)壓力控制的研究

尿素生產(chǎn)裝置高壓系統(tǒng)壓力控制的研究

在大型co2汽提尿生產(chǎn)裝置中，由co2汽提塔（201-c）、尿合成塔（201-d）、甲銨初級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（202-c）和高壓洗脫器（203-c）組成的高壓系統(tǒng)是整個裝置的核心。該系統(tǒng)工作的好壞,直接決定著整個尿裝置運行的穩(wěn)定與優(yōu)化狀況,對物耗、能耗、產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)能力都有很大的影響。特別是在開車過程中,高壓系統(tǒng)能否正常開起來是整個尿素生產(chǎn)裝置能否正常投產(chǎn)的關(guān)鍵。尿素高壓系統(tǒng)的工況受溫度、壓力、液位、氨碳比、水碳比等諸多因素的影響。其中系統(tǒng)壓力是影響尿素高壓系統(tǒng)運行工況的最重要因素之一。在尿素生產(chǎn)及開車過程中,控制好高壓系統(tǒng)的壓力尤為重要。1高壓系統(tǒng)開度過一般來說,尿素高壓系統(tǒng)很少發(fā)生壓力過低的情況。引起壓力低的原因有下列幾種:①高壓尾氣閥(HV-202)開度太大,或投料后高壓放空閥(HV-203)關(guān)閉太慢。②高壓系統(tǒng)內(nèi)加水太多(高壓甲銨泵301-J/Js來)。③汽包壓力(PIC-206)控制太低。找到原因后對照《操作法》進行相應(yīng)的調(diào)節(jié),即可使系統(tǒng)壓力逐步恢復(fù)正常。2高尿素壓力事故工況及處理尿素生產(chǎn)中,特別是在開車過程中高壓系統(tǒng)很容易發(fā)生壓力超高的情況。壓力超高標志著尿素高壓系統(tǒng)工況嚴重惡化,如果不能準確判斷、及時處理,輕則要打開HV-203放空卸壓,重則要停車處理。湖北化肥廠曾發(fā)生過尿素高壓系統(tǒng)壓力高引起的人身傷害事故。因此尿素生產(chǎn)及開車過程中要重點防止超壓事故的發(fā)生。引起高壓系統(tǒng)壓力高的原因很多,判斷和處理都比較困難。下面對此進行探討研究,以便在今后實際操作中能更好地控制尿素高壓系統(tǒng)的壓力。2.1氨碳比執(zhí)行的注意事項原設(shè)計開車時,投料氨碳比為2.9,1000m3的CO2約配液氨3.1m3;合成塔出料后,投料氨碳比為2.05,每1000m3的CO2約配液氨2.2m3。實際生產(chǎn)中,由于流量計有誤差、CO2冷卻器(102-J/Co)和CO2液滴分離器(101-F)水封有CO2跑損、液氨溫度大幅變化使其質(zhì)量流量變化很大等原因,使得氨碳比很難準確控制,因而很易發(fā)生氨碳比失常的情況。氨碳比偏離正常值后,合成轉(zhuǎn)化率下降,系統(tǒng)內(nèi)未反應(yīng)物增加,壓力上升。開車過程中很難判斷氨碳比的高低,一般是在系統(tǒng)出料后立即分析合成塔出料組成來判定。日常生產(chǎn)中,如果PIC-206、HV-202控制適當(dāng),系統(tǒng)壓力上升,合成塔出氣溫度(TR002/1、5)下降,汽提效率下降,低壓系統(tǒng)壓力(PIC-304)上升,就說明系統(tǒng)氨碳比失常。氨碳比偏高時,202-C出液溫度(TR002/8)下降;氨碳比偏低時,TR002/8上升。稍加點氨,若系統(tǒng)好轉(zhuǎn),說明氨碳比偏低,否則就是偏高。發(fā)生氨碳比失常的情況后,應(yīng)適應(yīng)降低PIC-206,視情況降負荷至70%,開HV-203維持系統(tǒng)不超壓。判定氨碳比的高低后,及時調(diào)整NH3或CO2的量,使氨碳比恢復(fù)正常,系統(tǒng)壓力就會慢慢下降。要控制好氨碳比,必須注意下列幾個方面的問題:①CO2進口流量計(FI-101)要校驗準確。開車過程中,CO2的流量僅能以FI-101作為參考依據(jù)。②CO2進口壓力降到14.71kPa以下后,就應(yīng)充好102-J/Co和101-F的水封,防止CO2外逸。水封充好后FI-101的指示值才是二氧化碳壓縮機的真實輸氣量。③隨著系統(tǒng)壓力的上升,二氧化碳壓縮機打氣量會逐漸下降。因此要經(jīng)常查看FI-101,并及時進行調(diào)整。④控制液氨溫度在10～15℃。如果液氨溫度出現(xiàn)較大變化時,要適當(dāng)調(diào)節(jié)氨泵轉(zhuǎn)速進行補償。⑤檢查二氧化碳壓縮機安全閥、CO2放空閥(PV-203)、高壓氨泵泵體及出口安全閥、高壓氨泵出口排放閥等是否泄漏。2.2u型管液封溫度變化時的超壓事故CO2進入高壓系統(tǒng)后的正確走向是201-C→202-C→201-D→203-C。合成塔出液閥(LV-201)是一個蝶閥,一直內(nèi)漏較大。為防止CO2直接從201-C進入201-D,201-D的出液U型管內(nèi)必須保持有一定高度的液封。在合成塔出料前,U型管內(nèi)的液封介質(zhì)是高壓沖洗水泵(905-J)間斷送來的脫鹽水。由于LV-201閥泄漏和受熱蒸發(fā),U型管內(nèi)的液柱高度會逐漸降低,低到一定程度就會被CO2氣體沖破。CO2不經(jīng)過202-C與液氨反應(yīng)生成甲銨而直接到達合成塔頂部,系統(tǒng)壓力迅速上升,很快超壓。在合成塔出料后,如果LV-201開度太大等原因引起U型管斷料,則會發(fā)生同樣的超壓事故。U型管液封狀況可通過TR002/5點溫度變化趨勢進行判斷。若液封介質(zhì)是脫鹽水,則TR002/5點溫度應(yīng)低于100℃,如果超過100℃,就可判定有CO2氣體在通過。在合成塔出料后,TR002/5點的溫度稍高于合成塔頂部出氣溫度TR002/1。如果TR002/5點溫度突降,則可判定U型管斷料,CO2氣體走短路。發(fā)生斷料事故后,還會出現(xiàn)汽提塔耗汽量突降,抽汽壓力突升的現(xiàn)象。發(fā)生U型管液封破事故后,要立即用905-J向U型管充液封,開大HV-202、HV-203維持系統(tǒng)壓力;如果是在合成塔出料后,應(yīng)立即關(guān)閉LV-201,降低抽汽壓力,防止二氧化碳壓縮機因抽汽壓力高而跳車。如果能在短時間內(nèi)將液封充好,系統(tǒng)壓力就會回到正常范圍內(nèi),否則就要保壓停車,充好液封后再開車。要防止發(fā)生U型管液封破事故,生產(chǎn)中必須注意:①合成塔出料前,每0.5h(視LV-201泄漏情況定)向U型管充液封10min,或在系統(tǒng)投料后即打開202-C液相排放閥和U型管排放閥,使202-C內(nèi)的反應(yīng)物料進入U型管充當(dāng)液封介質(zhì)。因該物料是極易結(jié)晶的甲銨溶液,所以在合成塔出料后要立即將高壓排放管線排放沖洗干凈。②根據(jù)合成塔液位變化趨勢微量調(diào)節(jié)LV-201的開度,防止斷料。2.3高壓調(diào)水溫汽化一般投料后30min左右,NH3和CO2開始在203-C內(nèi)冷凝生成甲銨,反應(yīng)放出的熱量由封閉循環(huán)的高壓調(diào)溫水帶走(見圖1)。如果高壓調(diào)溫水汽化,就不能將反應(yīng)熱移走,NH3和CO2就不能在203-C有效的反應(yīng)生成甲銨,高壓系統(tǒng)就會超壓。高壓調(diào)溫水汽化最根本的原因是溫度上升或壓力下降,達到了水在該壓力下的汽化點。高調(diào)水壓力(PIC-209)為12MPa時,203-C內(nèi)高調(diào)水壓力約0.5MPa,如果TR002/2達到151.8℃,高壓調(diào)溫水就會汽化。高壓調(diào)溫水因循環(huán)水泵(902-J)跳車等原因中斷時,會發(fā)生同樣的超壓事故。高壓調(diào)溫水汽化時,除系統(tǒng)壓力上升很快外,還會出現(xiàn)高調(diào)水溫度快速上升,流量上下大幅度波動的現(xiàn)象。發(fā)生高壓調(diào)溫水汽化事故后,應(yīng)立即將生產(chǎn)負荷降到最低,降低PIC-206、開大HV-202和HV-203維持系統(tǒng)壓力。同時快速充好高壓調(diào)溫水,方法是打開203-C殼側(cè)排氣閥,同時用高調(diào)水恒壓泵(903-J)、905-J向高壓調(diào)溫水系統(tǒng)充液,至排氣閥有水排出后關(guān)閉排汽閥,停905-J。高壓調(diào)溫水充滿后即可關(guān)閉HV-203,使系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。要防止高壓調(diào)溫水汽化,必須注意的幾點是:①203-C開始工作后,要增大高壓調(diào)溫水流量至400m3/h左右,減緩高壓調(diào)溫水升溫速度。②控制PIC-209在12～13MPa,PIC-917大于0.7MPa,防止高壓調(diào)溫水從安全閥PSV-220和加0.9MPa蒸汽閥處漏走。③注意高壓調(diào)溫水溫度(TIC-207)的變化趨勢,及時調(diào)節(jié)高調(diào)水冷卻器(902-C)循環(huán)水量和加蒸汽閥的開度,控制高壓調(diào)溫水溫度在125～135℃,最高不能超過145℃。2.4液位槽243-cNH3、CO2反應(yīng)生成甲銨,甲銨再分解生成尿素的反應(yīng)在水溶液中才能順利進行。如果高壓甲銨泵(301-J/Js)送到203-C的水太少,或高壓噴射器(201-L)送到202-C的水量太少,未反應(yīng)的NH3、CO2就會大量增加,使系統(tǒng)壓力上升。高壓系統(tǒng)H2O/CO2高低,在開車過程中,主要是通過301-J/Js的轉(zhuǎn)速和液位槽(301-F)液位變化趨勢來進行推斷的。在合成塔出料后可通過分析合成塔出液組成及TR002/8、5和合成轉(zhuǎn)化率、汽提效率來判定。原設(shè)計H2O/CO2為0.34,生產(chǎn)中一般控制在0.5～0.6范圍內(nèi)。為防止開車過程中H2O/CO2偏低,操作應(yīng)注意:①要在投氨前將301-J投入運行,控制轉(zhuǎn)速在40～50r/min,并打開小副線閥,使部分水打循環(huán),以免加水太多。②注意HV-202的閥位不能太大,以免尾氣將水帶走。③為防止脫鹽水緊張影響甲銨泵的運行,可用氨水泵(P-703)將氨水槽(701-F)的氨水通過回流泵(P-802)的出口管線送到液位槽(301-F)中。④如果2臺甲銨泵均出現(xiàn)故障不能輸液,應(yīng)立即將生產(chǎn)負荷降到最低水平,同時啟動905-J通過1315管線向203-C打水。⑤201-L的開度應(yīng)與生產(chǎn)負荷相對應(yīng)。負荷越高,它從203-C和201-D底部抽吸來的液量應(yīng)越大,202-C內(nèi)水量就會比較充足。高壓系統(tǒng)H2O/CO2太高時,合成轉(zhuǎn)化率低,汽提塔出液溫度高,耗蒸汽量上升,因而也是生產(chǎn)中應(yīng)該避免的。2.5合成塔系統(tǒng)壓力上升LIC-201達到100%后繼續(xù)上漲,減小了合成塔頂部的氣相空間,使合成液的氣液分離效果下降,大量未反應(yīng)的NH3和CO2隨合成液進入201-C,再返回202-C,增加了高壓系統(tǒng)的負荷,引起壓力上升。如果合成液漫溢到203-C中,203-C的洗滌吸收能力嚴重下降,系統(tǒng)將很快超壓。LIC-201達到100%較長時間,系統(tǒng)壓力出現(xiàn)上升趨勢,可判斷為合成塔滿液較嚴重。如果TR002/2、3點溫差減小,打開HV-203就噴出液體,可判定合成液漫溢到203-C了,此時TR002/4、11、12將走成一條直線。判定合成塔滿液后,要適當(dāng)開大LV-201閥位,視情況降低生產(chǎn)負荷,減301-J/Js的轉(zhuǎn)速,適當(dāng)降低PIC-206維持系統(tǒng)壓力。如果開大LIC-201較長時間后液位仍在100%以上,應(yīng)檢查LV-201的實際閥位。當(dāng)PIC-201開始下降,TR002各點溫度分開時,就說明合成塔液位已大幅下降。待LIC-201指示低于100%時,要注意關(guān)小HV-201,防止液位下降過快而發(fā)生斷料事故。調(diào)節(jié)過程中要注意低壓循環(huán)系統(tǒng)和蒸汽系統(tǒng)的變化。要防止合成塔滿液,生產(chǎn)中要注意:①開車時,LIC-201達到50%就應(yīng)打開LV-201出料,并在較短的時間內(nèi)將閥位開到70%左右,不要讓LIC-201達到100%以上。②經(jīng)常觀察LIC-201的變化趨勢,微量調(diào)節(jié)LV-201的開度,控制LIC-201在20%～80%范圍內(nèi)。2.62hv-203-c內(nèi)部結(jié)晶203-C內(nèi)物料是極易結(jié)晶的。當(dāng)203-C內(nèi)列管、中心管或進出管道結(jié)晶堵塞時,203-C就不能有效工作,高壓尾氣不能順利排出,系統(tǒng)壓力很快上升并超壓。203-C內(nèi)部或進出管道結(jié)晶堵塞后,最明顯的現(xiàn)象是TR002/2、3點溫差小或無溫差,中壓尾氣閥(PV-715)出氣量很小或嚴重冒水。此類事故只會在開車過程中發(fā)生。出現(xiàn)上述現(xiàn)象后,要打開HV-203、適當(dāng)降低PIC-206來維持系統(tǒng)壓力,同時立即對203-C底部進氣彎管和HV-202前后管線采取開排放導(dǎo)淋檢查、用手摸管壁溫度的辦法判斷管道內(nèi)是否結(jié)晶堵塞。HV-202閥處可用905-J進行沖洗;203-C底部彎管處則只能采取內(nèi)部加熱水溶解,外部用熱水澆、蒸汽烤使結(jié)晶物受熱融解的措施。這兩處導(dǎo)淋排氣正常后,即可恢復(fù)正常生產(chǎn)。如果這兩處管道暢通而出現(xiàn)上述現(xiàn)象,就是203-C內(nèi)部列管或中心管堵了。處理203-C內(nèi)部結(jié)晶的辦法是熱洗203-C,方法如下:①開大HV-203、HV-202來維持系統(tǒng)不超壓,注意中壓吸收塔(PIC-715)壓力。②停902-J,關(guān)閉903-J去高調(diào)水的閥門。③高調(diào)水中通入0.9MPa蒸汽。④用301-J/Js向203-C加脫鹽水。⑤熱洗1～2h后,若TR002/4明顯上升,PV-715排氣量很大,重新建立高調(diào)水,開203-C殼側(cè)排氣閥,用903-J、905-J向高調(diào)水系統(tǒng)加水,水加滿后停905-J,關(guān)排氣閥。啟動902-J,緩慢開泵出口閥,增加循環(huán)水量,維持TIC-207大于120℃。若出現(xiàn)溫差,證明203-C熱洗成功。關(guān)閉HV-203,緩慢將HV-202關(guān)到正常位置,注意防止TIC-207溫度突降。若處理無效,應(yīng)停車排放,檢查203-C內(nèi)部防爆板。要預(yù)防203-C及進出管道結(jié)晶堵塞,關(guān)鍵在于停車時將其排放清洗干凈。如果是保壓停車,應(yīng)每2h向203-C打水1次,至TR002/4溫度明顯回落。并每2h沖洗HV-202等處1次。保壓期間和投料開車過程中,務(wù)必保持高調(diào)水溫度大于120℃。在系統(tǒng)出料時,要防止循環(huán)加熱器(301-CA)突然帶負荷過高而引起高調(diào)水溫度突降。2.72發(fā)生203-c爆破板破裂事故為防止高壓尾氣爆炸損壞設(shè)備,203-C內(nèi)設(shè)計了防爆空間和防爆板。當(dāng)高壓尾氣爆炸時,防爆板就會破裂。當(dāng)203-C列管結(jié)晶堵塞時,防爆板兩側(cè)壓差很大,防爆板也會被壓破。防爆板破裂后,大量氣體不能從203-C底部進入203-C而被洗滌吸收,系統(tǒng)壓力很快上升,直至超壓。203-C防爆空間的防爆板破裂后,還會出現(xiàn)TR002/2、3點溫差較小,中壓尾氣閥(PV-715)出氣量很大的現(xiàn)象。對203-C進行熱洗也不能使情況好轉(zhuǎn)。發(fā)生203-C防爆空間防爆板破裂的事故后,只有停車檢修才能解決問題。要防止此類事故發(fā)生,生產(chǎn)中必須注意下列幾條:①原料CO2中氫氣含量不能高于1%,防止高壓尾氣組成進入爆炸區(qū)間。②較低負荷時,203-C加水不能太多,HV-202開度不能太小。特別是氫含量較高時,HV-202的開度要大一些。③保壓停車期間,HV-202不能關(guān)死。④防止203-C內(nèi)部結(jié)晶。每次開車投料前,一定要確認203-C及其前后管道暢通。2.8關(guān)注水質(zhì)因素除上述7條主要原因外,可導(dǎo)致尿素高壓系統(tǒng)超壓的因素還有下列幾條,在生產(chǎn)中也要多加關(guān)注。①CO2純度太低,或加