侯立业，姜懿桐
（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗154100）
［摘 要］中海石油华鹤煤化有限公司520 kt/a CO2汽提法尿素装置采用荷兰斯塔米卡邦2000+TM工艺，采用专用在线氨碳比分析仪（其测量范围为2.50～3.50）实现池式反应器出口尿液氨碳比的实时监测与自动控制。2025年2—6月，氨碳比在线分析仪出现示值失真问题，导致CO2转化率显著下降、尿素装置能耗大幅攀升、关键设备腐蚀加剧等。通过系统排查，确认症结在于氨碳比分析系统水冷器尿液盘管腐蚀泄漏与水冷器效能不足。2025年7—12月实施涵盖堵漏、更换盘管、冷却介质更换（将循环水改为脱盐水）、管路改造及工艺参数优化等综合治理措施后，氨碳比分析仪测量偏差稳定在7.1%以内、工况变化响应时间≤10 min；CO2转化率由51%～53%恢复至57.2%～57.8%，吨尿素中压蒸汽消耗降低约0.125 t、电耗下降约30 kW·h，年节约成本约1 800万元，且有效抑制了设备腐蚀，保障了尿素装置的安全、经济运行。
［关键词］CO2汽提法尿素装置；氨碳比在线分析仪；示值失真；原因排查；尿液盘管腐蚀泄漏；水冷器效能不足；处理措施
［中图分类号］TQ441.41；TQ056.1+6 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）05-0032-05
0 引 言
中海石油华鹤煤化有限公司（简称华鹤煤化）520 kt/a CO2汽提法尿素装置采用荷兰斯塔米卡邦2000+TM工艺，其高压系统池式反应器出口尿液之氨碳比（NH3与CO2的摩尔比）是调控尿素合成反应的关键参数，直接影响CO2转化率、系统能耗与产品质量；池式反应器出口采用斯塔米卡邦专用在线氨碳比分析仪，其测量范围为2.50～3.50，运行稳定，精准度满足生产需求，未出现过示值超许可误差范围的问题。2024年8月尿素装置年度大修期间，华鹤煤化在高压系统与低压循环系统之间增设中压系统，旨在进一步降低蒸汽消耗及提升产品质量。2025年2—6月，氨碳比在线分析仪出现示值失真问题，华鹤煤化开展从取样至工艺的全流程排查，查明原因后，通过实施应急堵漏、更换盘管、优化冷却水系统及工艺参数，氨碳比分析仪测量偏差稳定在7.1%以内，工况变化响应时间≤10 min，保障了尿素装置的安全、经济运行。
1 氨碳比分析仪测量原理及系统流程
1.1 核心测量原理
本氨碳比分析仪基于管式振动共振频率原理，通过精准测量尿液密度间接推导氨碳比，其核心依据为特定工况（温度50 ℃、压力2.0 MPa）下尿液密度与氨碳比的严格线性关系。经华鹤煤化尿素装置标定验证，二者的关联方程为氨碳比=9.536-0.00592ρ（R2=0.998）（式中：ρ——标准工况下尿液密度，kg/m3；R2——拟合优度，R2=0.998表明该关联方程的误差率≤0.2%，可满足工业级精准测量需求）。尿液密度每波动10 kg/m3，对应的氨碳比测量值偏差约为0.059，若尿液密度测量值偏差＞30 kg/m3[1]，会导致氨碳比控制偏离2.55～2.75的最佳区间，直接影响CO2转化率。
1.2 氨碳比分析系统关键参数与流程
为保障测量精度，氨碳比分析仪设定了严苛的标准工作条件：测量池温度（50±1）℃、压力（2.0±0.1）MPa、样品流量40～70 L/h，对应输出4～20 mA标准电流信号至DCS系统。氨碳比分析系统流程（如图1）设计以“温压精准调控+防结晶堵塞”为核心，具体流程为：① 取样环节——样品取自池式反应器（R202）出液管线（工况14.0 MPa、183 ℃），取样探头材质采用316L不锈钢，配套2 mm精密滤芯防止固体杂质进入；② 预处理环节——样品先经水冷器（换热介质为循环水）降温至（50±1）℃，再通过气动薄膜减压器减压至（2.0±0.1）MPa，同步经流量控制器稳定流量至（65±5）L/h；③ 测量与回流——预处理后的样品进入密度测量池完成检测，检测后样品通过回流管线返回低压精馏塔至循环加热器的物料管线（压力0.8 MPa、温度150 ℃），形成闭路循环；④ 防堵保障——系统配置自动冲洗单元，每4 h用脱盐水冲洗管路1次（冲洗水压力2.5 MPa、流量100 L/h），避免尿液结晶堵塞。
2 氨碳比分析仪示值失真现象及其影响
2.1 失真现象与量化表征
2025年2—6月，华鹤煤化尿素装置氨碳比分析仪出现持续性、系统性测量失真故障，通过DCS历史数据追溯与实验室手动检测予以比对，梳理出如下4类典型失真现象，且均超出氨碳比分析仪许可误差范围（±1.5%）。
1）信号无响应或固化。DCS系统多次出现“NAN”（无效数值）报警，或氨碳比分析仪示值固定在3.50（量程上限）长达4～6 h，期间调整高压系统液氨流量（±5 m3/h）、CO2流量[±1 000 m3/h（标态，下同）]，其示值无任何变化，完全丧失工况变化响应能力。
2）数值剧烈波动。正常工况下氨碳比波动幅度≤005/h，故障期间波动幅度达0.65/h（氨碳比手动分析数据2.90～3.55），其波动幅度超过正常范围的13倍，导致DCS调控系统频繁误动作。
3）测量偏差超标。选取20组同步数据（分析仪示值与实验室色谱法实测值）进行对比，典型数据示例如下：氨碳比分析仪显示3.50时，实验室实测值为2.60，相对误差34.6%；分析仪显示为2.65时，实验室实测值为3.111，相对误差14.8%。总体绝对偏差0.25～0.90、相对误差8.3%～33.3%，远超±1.5%的精度要求。
4）响应延迟严重。尿素装置负荷调整（±5%）后，正常工况下氨碳比分析仪应在10 min内响应，故障期间其响应延迟超40 min、最长达65 min，导致操作调整滞后，工艺参数失控。
2.2 对系统运行的量化危害
更多内容详见《中氮肥》2026年第5期