侯立业
（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗154110）
［摘 要］中海石油华鹤煤化有限公司520 kt/a尿素装置采用荷兰斯塔米卡邦2000+TM工艺，高压系统由池式反应器、CO2汽提塔、高压洗涤器3台设备组成，池式反应器液位调节阀是尿素高压系统中的重要调节阀之一，生产操作中及时准确地分析与判断出该调节阀故障并采取相应的处理措施非常重要。简介华鹤煤化尿素装置高压系统的设计特点和池式反应器液位调节阀状况，着重阐述池式反应器液位调节阀故障的判断、可能的原因与故障处理方法及维护保养措施，以利保障尿素装置的安全、稳定、长周期运行。
［关键词］CO2汽提法尿素装置；池式反应器液位调节阀；故障判断；原因分析；处理方法；维护保养
［中图分类号］TQ441.41 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）01-0024-04
1 概 述
中海石油华鹤煤化有限公司（简称华鹤煤化）520 kt/a尿素装置采用荷兰斯塔米卡邦2000+TM工艺，高压系统用1台池式反应器替代池式反应冷凝器和尿素合成塔2台设备，即高压系统由池式反应器、CO2汽提塔、高压洗涤器3台设备组成，其工艺流程简图见图1（注：阀A—高压洗涤器气相放空调节阀，阀B—池式反应器液位调节阀，阀C—汽提塔液位调节阀）。其中，池式反应器是池式冷凝器和尿素合成塔的组合，含有U形管束的容器区间相当于一个池式冷凝器，管束中产生低压蒸汽，围绕管束外的气体部分冷凝，并有一定量的甲铵脱水生成尿素；池式反应器由10块导流板构成，分割成10个小室，在最后一个小室用液位调节阀来控制池式反应器的液位。CO2汽提塔利用底部进入的CO2气对顶部来自于池式反应器的混合液中的NH3进行汽提，CO2汽提塔的液位由其液位调节阀控制。高压洗涤器采用直通液氨冷凝的方式取代高温调节水换热冷凝，即利用高压甲铵泵提供的甲铵液实现NH3和CO2的冷凝，部分冷凝热被高压洗涤器底部的液氨吸收，通过高压洗涤器顶部气相放空调节阀保证高压系统压力的稳定。
华鹤煤化尿素装置高压系统与常规汽提法尿素装置高压系统相比，具有如下明显的优势：① 工艺流程简洁，所用设备少，工艺步骤少，连续开工率高；② 尿素合成反应多余的NH3在高压圈大部分得到回收；③ 高压氨泵及高压甲铵泵流量小、耗能低；④ 尿素合成系统的设备布局合理，整个系统主要靠重力为推动力，无需能量驱动，未转化的NH3和CO2在合成系统内部循环；⑤ 设备采用耐腐蚀性能更好的双相不锈钢，高压系统可实现无氧操作。不过，任何工艺系统不可能尽善尽美，诸如高压系统调节阀出现故障处理不及时时，同样会造成严重的后果。
池式反应器液位调节阀、CO2汽提塔液位调节阀、高压洗涤器气相放空调节阀等调节阀均为事故关型，调节阀执行机构的动力源均为压力约0.70 MPa的仪表空气，仪表空气在经过减压机构、过滤机构后最终作用于调节阀的执行机构，助力阀杆的位移实现调节阀开度的调节，并同步设有开度反馈机构，用来指示实际开度与设定开度的偏差。生产中，一旦上述调节阀出现故障而全开或全关时，系统中相关工艺参数就会出现不同程度的波动——温度、压力等参数异常升高或降低，因此要求操作人员密切关注相关工艺参数的变化且作出准确判断，并据相应的故障原因及时对系统进行调整，力求保证尿素高压系统的稳定、安全运行。
2 池式反应器液位调节阀简介
华鹤煤化520 kt/a尿素装置自2015年投产以来，高压系统总体运行稳定，其采用池式反应器替代池式冷凝器和尿素合成塔的工艺设计，无论是在系统能耗方面还是在操作弹性方面总体上均优于其他工艺。但华鹤煤化池式反应器液位调节阀生产中多次出现故障，导致高压系统出现大幅波动，甚至导致尿素装置封塔停车。
池式反应器液位调节阀为奥地利（斯塔米卡邦）进口气动调节阀，属于高压角阀，以压缩空气为动力源，以气缸为执行器，并借助于阀门定位器、转化器、保位阀、电磁阀附件来驱动阀门的开关，阀体材质采用防腐蚀性能较好的316L尿素级不锈钢及Safurex（双相不锈钢）。正常生产时，池式反应器液位调节阀投自控，调节阀阀位与生产负荷在一定程度上呈正比例关系，在生产负荷保持不变的稳定运行过程中，阀门开度调整幅度较小。实际生产表明，池式反应器液位调节阀具有操作灵敏度高、控制简单等优点，但同时也存在缺点，那就是没有设计带现场手轮，当阀门出现故障时，不能通过手轮进行限位操作，且仪表气源（仪表空气）在进入执行机构时没有加装过滤装置，使得阀门发生故障的风险加大。
正常情况下，池式反应器液位调节阀通常设计带有手轮，因为有了手轮可以不考虑为其设计副线，但实际生产中有两点必须考虑：第一，池式反应器液位调节阀流通的介质为尿液和甲铵液的混合液，出于生产安全方面的考虑，当高压系统联锁封塔停车时，池式反应器液位调节阀需快速关闭，及时切断工艺物料，避免相关系统（特别是管道、阀门）发生结晶堵塞，若其带有手轮，可能因发生“空档”而影响调节阀的开关，进而影响到整个系统的安全；第二，出于成本考虑，若调节阀不带手轮，则可设计副线，但设计副线无疑也会增加成本。基于以上两方面的原因，最有效的方式是尽可能保证池式反应器液位调节阀的工作状态稳定、可靠。
3 池式反应器液位调节阀故障判断
池式反应器液位调节阀发生故障最直接的表现是池式反应器出现满液和空液两种现象。需要说明的是，池式反应器满液或空液并不能说都是液位调节阀故障所致，是否为调节阀故障所致，需通过相关工艺参数的变化以及调节阀实际开度与仪表阀位反馈值的偏差规律综合进行判断。
首先，池式反应器液位调节阀是否发生了故障可以从相关工艺参数的变化来判断。池式反应器液位调节阀突然关小或逐渐全关会造成CO2汽提塔以及后续工段断料，CO2汽提塔因为突然的受料量减少，其液位会迅速下降，用于CO2汽提塔加热的高压蒸汽耗量也会迅速下降，由约62 t/h降至5 t/h，由于高压蒸汽量的退出需要一定的时间，此时汽提塔底部就会发生严重超温，温度高达180 ℃甚至更高，蒸汽自控调节阀会因蒸汽用量突然降低、高压蒸汽来不及退回管网中而发生蒸汽安全阀超压启跳。同时，CO2汽提塔底部进入的CO2会因为汽提塔液位的降低而发生“短路”，即大量的CO2气没有通过汽提塔列管而直接进入低压精馏后系统，造成低压系统超压。与此同时，池式反应器的气相温度会由178 ℃逐渐升高，
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