中石油塔里木油田塔西南化肥厂尿素装置采用斯塔米卡邦(Stamicarbon)二氧化碳汽提法尿素生产工艺,设计尿素生产能力为34万t/a,2001年11月投产运行。高压合成系统运行的好坏对整个尿素生产装置的安全、稳定运行有着重要的关系,只有高压合成系统不断优化运行后,才能得到较高的CO2转化率和汽提效率,从而减轻低压系统的负荷。高压合成系统的优化操作主要反映在以下方面。
1.控制合适的氨碳比(N/C)
高压系统的操作主要是控制系统的N/C,N/C控制较高且比较稳定时,能够保证CO2转化率在一个较高的、稳定的水平;但过高的N/C不仅造成吨尿素氨耗上升,而且不利于低压回收。从我公司尿素装置的实际运行情况来看,N/C控制在3.07~3.14比较适宜。在实际操作中,可通过以下几个方面来判断系统N/C的高低。
(1)当N/C偏低时,合成塔与池式冷凝器的各点温度整体呈下降趋势,正常生产中,池式冷凝器底部温度(TI223)与池式冷凝器液相温度(TR217)对系统氨量反应比较明显,能比较准确地反应出系统的N/C。实践证明,TI223控制在168.5~
2.控制合适的水碳比(H/C)
H/C高,CO2转化率低,因为水不利于甲铵脱水生成尿素,但有利于尿素的水解,因此,应选择较低的H/C。高压系统的H/C主要取决于返回到高压系统的低压甲铵液浓度,提高低压甲铵液浓度有利于降低H/C,提高CO2转化率。从我公司尿素装置的实际运行情况来看,H/C控制在0.52以下比较适宜。在实际操作中,若出现以下情况,则说明H/C偏高:高压合成系统压力先下降,之后开始呈上升趋势,向高压系统加氨,但压力下降不明显;汽提塔壳侧蒸汽用量上升,并且汽提塔出液温度上升;池式冷凝器产汽量增多。
3.控制合适的低压蒸汽压力
低压汽包的压力控制也很重要,必须保证在不同的负荷下对应不同的压力,这样既能使池式冷凝器中有合适的冷凝热能够及时移出产生的低压蒸汽,又能使合成塔维持甲铵脱水所必须的热量,保证合成塔的有效温度,以提高CO2转化率。
4.控制合适的汽提塔壳侧加热蒸汽压力
在系统低负荷时若汽提塔加热蒸汽压力控制较高,容易使物料温度上升太多,导致超温。高压系统停工后汽提塔不工作,如果不及时将汽提塔壳侧加热蒸汽压力降下来,肯定会发生超温现象,而且发生超温的时间很快、温度较高,一般超过
5.预防典型事故的发生
在高压合成系统的操作中,要预防典型事故的发生,保证设备和人员安全,还应从以下方面着手。
(1)防止汽提塔窜气至低压系统。由于合成塔出液阀HPV201调节失灵,导致合成塔液位过高而汽提塔不过料,汽提塔液位过低,CO2气体窜入低压系统导致低压快速超压。此时应立即用调节阀手轮控制,并迅速关小汽提塔出液阀。
(2)防止高压超压。引起高压超压的原因有很多,有合成塔、汽提塔满液引起的超压,有管线堵塞引起的超压,有高压洗涤器壳侧防爆板爆破引起的超压,有系统N/C严重失调引起的超压等,要具体问题具体分析,要防止出现CO2压缩机喘振。
(3)防止汽提塔超温。引起汽提塔超温的原因有很多,一旦发生超温,通常是在短时间内加大氨量,一般3~5 h即可恢复正常。
(4)防止高压洗涤器壳侧防爆板爆破。我公司尿素装置自试车以来,高压洗涤器壳侧防爆板爆破了很多次。要预防此事故的发生,应注意几个问题:一是安装防爆板时要用配套的夹持器,保证防爆板的各个面受力均匀,确保安装方向正确,并定期进行防爆板检验和更换;二是正确建立高调水系统,由于中压蒸汽饱和器与高调水系统之间有1根连通管线,因此,建立高调水系统之前要先建立蒸汽系统,保证中压蒸汽饱和器的压力在0.6 MPa以上;三是高调水系统停运后再次运行时,一定要先进行系统的重新充液,而且方法要正确,否则很容易造成防爆板的破裂。
我公司尿素装置高压合成系统N/C一直是采用化验分析获得,存在分析误差及分析滞后的状况,特别是在系统负荷波动较大以及开停车过程中。N/C对系统的操作非常重要,要求化验分析要及时、准确,为操作人员快速做出工艺调整提供依据和参考。因此,建议投用高压合成系统N/C在线分析仪,以便及时进行工艺优化调整。