高志森
（呼伦贝尔金新化工有限公司，内蒙古 呼伦贝尔021506）
［摘 要］呼伦贝尔金新化工有限公司800 kt/a CO2汽提法尿素装置尿素合成塔出料调节阀（HV2101）自2011年投用以来，频繁出现填料泄漏、阀杆卡涩等问题，甚至造成尿素装置停车检修；且HV2101体型庞大（高3.5 m、重3.6 t），每次检修均需大量人员配合，维修时间长、劳动强度大。经分析与梳理，认为HV2101运行问题主要源于填料函设计不合理、填料选型不当等。为此，2018年提出对HV2101进行改造，将螺纹式填料压盖改为活塞式填料压盖，并借助Solidwork软件三维实体建模对关键部件受力强度进行分析与验证。2019年年中技改完成投用后，解决了HV2101填料泄漏、压盖紧固卡涩、检修拆卸困难等问题，缩短了检修时间，延长了HV2101的使用周期，保障了尿素装置的安、稳、长、满、优运行。
［关键词］尿素合成塔；出料调节阀；填料泄漏；原因分析；改造方案；部件受力强度分析；Solidwork软件三维实体建模
［中图分类号］TQ056.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）06-0058-03
0 引 言
呼伦贝尔金新化工有限公司（简称金新化工）800 kt/a尿素装置采用荷兰Stamicarbon公司新一代改进型CO2汽提工艺，设计尿素产能为2 860 t/d。其中，尿素合成塔出料调节阀（HV2101）高3.5 m、重3.6 t，流向为流开，填料函材质为Safurex；HV2101设计压力14.12 MPa、温度185 ℃、流量518 620 kg/h，出料（尿液）密度972 kg/m3。
尿素合成塔反应液通过出料调节阀（HV2101）调节进入CO2汽提塔上部，通过液体分布器呈膜状沿汽提管内壁向下流动。HV2101工作是否稳定、精确，不仅影响到尿素合成塔的液位控制，而且还影响到下游CO2汽提塔的液位、低压系统的稳定运行。HV2101自2011年投用以来，每年均需对其阀内件及密封填料进行维修及更换，因HV2101体型较为庞大，每次检修均需要大量的人员进行配合，维修时间长、劳动强度大；生产中也曾因填料长时间泄漏造成阀杆卡死无法动作，尿素装置物料中断近40 h，尿素装置被迫停车处理，造成较大的经济损失。
1 尿素合成塔出料调节阀运行问题及原因分析
尿素合成塔出料调节阀（HV2101）操作压力非常高，调节尿素合成塔与CO2汽提塔液位时HV2101动作频繁，据统计，2017—2018年两年间因生产系统运行不稳定导致尿素装置开停车高达36次（主要是上游系统出问题所致），尿素装置经常短停或封塔，导致HV2101处工艺介质温差较大，致使其阀杆填料处出现介质泄漏，且无法在线处理——泄漏量较小时，系统可监护运行，每班加强HV2101巡检；泄漏量较大时，只能被迫停车处理，给生产带来巨大的安全隐患，影响装置的长周期稳定运行，增加人员的劳动强度。经分析与梳理，HV2101运行问题的主要原因如下。
1.1 工况苛刻而易发生故障
HV2101所处工况压力高、温度高，尿液腐蚀性较强，阀门动作频繁，易造成填料损坏、阀杆及填料函相关部件损坏，经常出现介质外漏；同时，因尿液在低温环境下易结晶，系统开停车过程中温差较大，泄漏的尿液在填料腔体内结晶、膨胀，会导致密封填料变形而阀门卡涩，带来较大的安全隐患并影响系统的稳定运行。
1.2 填料函设计不合理
HV2101填料压盖采用螺纹紧固设计（螺纹式填料压盖），使用过程中由于填料损坏介质泄漏，尿液结晶体附着在螺纹缝隙内，导致在紧固填料时填料压盖螺纹与填料腔体螺纹咬死，紧固时所需扭矩较大，严重时导致螺纹损坏，无法拆卸。2014年、2017年均发生过此种问题，导致维修难度及劳动强度加大。
此外，HV2101填料压盖采用螺纹紧固的方式易将填料函内导向环及填料压偏，且易将压盖螺纹和填料函腔体螺纹拉变形，不易将填料压实，易发生介质外漏及填料压盖螺纹与填料函腔体螺纹咬死的问题。
1.3 填料选型不当
原设计HV2101填料选用的是PTFE/35%Kohle绳状填料，使用寿命短。2016年改用60°V型PTFE填料，因所处工况温度较高，PTFE填料使用3～5个月就会因老化而致阀杆和填料处介质泄漏；2017年改用60°V型改性增强PTFE填料，使用效果较好，但仍未达到预期效果。
2 改造方案
更多内容详见《中氮肥》2021年第6期