仲生新
（青海云天化国际化肥有限公司，青海 西宁811600）
［摘 要］青海云天化国际化肥有限公司有2套300 kt/a CO2汽提法尿素装置,汽提塔的运行状况直接关乎尿素装置的安全稳定运行与高产低耗，其中汽提塔超温（或出液温度升高）是CO2汽提法尿素装置运行中的常见问题。收集不同工况下汽提塔的运行数据，理论联系实际（案例），就液体分布器堵塞、液气比失调、汽提塔液位高或满液、高压蒸汽饱和器压力或液位变化、原料CO2温度升高、高压系统水碳比（H/C）升高等致汽提塔超温（或出液温度升高）进行分析与探讨，并总结出一套预防、检查、处理汽提塔超温的应对方案，可为操作与工艺人员提供一些指导与参考。
［关键词］CO2汽提法尿素装置；汽提塔；汽提效率；超温；出液温度升高；原因分析；优化措施
［中图分类号］TQ441.41 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）02-0031-04
0 引 言
青海云天化国际化肥有限公司（简称青海云天化）有2套300 kt/a CO2汽提法尿素装置（生产工艺相同、操作指标基本一样），分别于2010年6月、2011年7月投产，总体运行情况较好，均在投产1a内实现达标达产。CO2汽提塔作为装置的标志性设备与核心设备，其运行状况直接关乎尿素装置的运行效能以及消耗水平。自投产以来，汽提塔由于操作不当、负荷调整等方面的原因，多次出现超温情况，造成负荷后移，出现低压循环系统超压、氨水浓度升高等问题，系统运行陷入恶性循环。为此，收集不同工况下汽提塔的运行数据，分析与梳理各种异常情况产生的原因，制定相应的预防措施及解决措施，理论联系实际，总结出了一套预防、检查、处理汽提塔超温的应对方案，以下对有关情况作一介绍。
1 汽提塔超温的影响
青海云天化尿素装置汽提塔衬里和换热列管材料均为X2CrNiMo25-22-2（尿素级奥氏体不锈钢），设计工作温度≤198 ℃。尿素合成液具有强腐蚀性，若汽提塔温度过高，不仅副反应加快，而且腐蚀会随之加剧，影响系统的安全运行与设备的使用寿命。近年来，青海云天化在检修中发现，一期尿素装置、二期尿素装置汽提塔上/下封头及管箱带极堆焊层、手工堆焊过渡带、接管角焊缝大部分被灰皮覆盖，换热管上、下端部完好，存在均匀腐蚀的情况；列管与管板角接缝成型良好，但上管板箱与筒体焊缝手工堆焊区域出现大小不一的腐蚀坑，下封头堆焊带个别部位存在腐蚀缺陷。检修时将腐蚀缺陷区域表面打磨光滑，用氩弧焊补焊，并经渗透探伤及铁素体检查确认合格，后续检修中需重点关注这些部位。
生产中，来自尿素合成塔的合成液（温度约183 ℃），自上而下在汽提塔换热列管内呈膜状下滑，上端液膜最厚，同时来自高压蒸汽饱和器的加热蒸汽自换热管上端壳侧进入，甲铵刚刚开始分解，壳侧蒸汽移走热量最少，其温度最高；而汽提塔出液测温点在汽提塔的出液管上，测得的是流出汽提塔换热列管、经过CO2汽提、壳侧蒸汽移走甲铵分解热的物料温度，出液温度远低于汽提塔换热列管上部温度。汽提塔出液超温时，汽提塔换热列管进料口下1 m处物料温度已达190 ℃，为防止汽提塔腐蚀加剧，要严格控制汽提塔出液温度。
2 汽提塔超温（或出液温度升高）原因分析
2.1 汽提塔液体分布器堵塞
青海云天化尿素装置汽提塔共有1 733根换热列管，对应的有1 733个液体分布器，每个液体分布器上有3个Φ2.5 mm小孔，用以保证合成液在汽提管内均匀分布。原料NH3和CO2携带的杂质、油污及高压泵（高压氨泵、高压甲铵泵）聚四氟乙烯填料磨损产生的杂质，通过往复泵柱塞的来回运动，穿过柱塞的导向套和柱塞间的间隙进入液氨和甲铵液中，再经高压甲铵冷凝器、合成塔，最后截留在汽提塔汽提管分布小孔，堵塞液体分布器小孔，造成合成液偏流，使得进入各汽提管内的液体流量不同——分布器小孔被堵的汽提管内进液量较少，在该汽提管的上层内部纵向区域形成的液膜较薄甚至没有形成液膜，气体流通阻力相对较小，气体的通过量相应增大，而汽提塔壳侧加热蒸汽压力是恒定的，此时汽提塔出液温度会随之升高；反之，合成液通过分布小孔没有堵塞的汽提管时，形成的液膜厚度会增大，CO2气的流通通道会减小，流过该汽提管的气体量会减少。而CO2进入汽提塔除了起到汽提的作用外，其携带的油污随着时间推移也会堵塞液体分布器小孔，且油污在汽提塔内高温碳化，伴随腐蚀产物在列管表面与液体分布器小孔附着，使得合成液分布不均匀，汽提效率下降，汽提塔超温。
2018年12月，一期尿素装置大修时发现液体分布器小孔堵塞的列管数量为155根、占汽提塔列管总数的8.9%，二期尿素装置大修时发现液体分布器小孔堵塞的列管数量为53根、占汽提塔列管总数的3.1%，且汽提塔管板上均有大量的白色粉末状物质，经分析，其主要离子成分为铁离子、铬离子、镍离子；当时工艺人员使用工厂空气对堵塞的杂质进行吹扫，安装时更换所有液体分布器与汽提管连接处密封垫，回装后开展气阻试验，确保其阻力合格率100%。
2.2 汽提塔液气比失调
据理论计算，进入汽提塔的合成液与原料CO2气最适宜的液气比（体积比）为3.87。实际生产中，受负荷波动、合成塔出液阀开度、系统整体转化率等的影响，液气比会发生波动。液气比低时，有较多的CO2通过汽提管，汽提效率较高，不易出现汽提塔超温；反之，汽提效率较低，汽提塔负荷加重，易出现汽提塔超温。
2018年6月12日，二期尿素装置因合成塔显示满液（位）超过4 h，工艺操作人员为尽快将合成塔液位调整至正常范围内，开大合成塔出液阀进行放液操作，导致汽提塔和低压甲铵冷凝器液位槽均显示满液（位），遂提高高压甲铵泵变频25%，以将更多的甲铵液打至高压系统，汽提塔负荷加重致其气/液相温度涨至180 ℃，低压循环系统超压至450 kPa（压力指标为250～350 kPa）；后随着合成塔液位下降，合成塔出液阀开度逐渐恢复正常，汽提塔和低压循环系统运行随之趋于正常。
2.3 汽提塔液位高或满液
2.3.1 汽提塔液位测量及控制原理
青海云天化尿素装置汽提塔液位（LT-2202）采用同位素铯137配上海伯托LB4700T探测器进行测量，放射源发出的γ射线穿过被测介质被探测器接收，其强度因介质的吸收而衰减，衰减程度与被测介质的料位有关——液位越高物料吸收越多，探测器接收到的射线强度越弱，仪表计数率越小；反之，液位越低，探测器接收到的射线强度越强，仪表计数率越大。汽提塔有效液位高度62 cm，液位测量有效直径60 cm。在高压差下，有效液位变化很快，正常生产中，汽提塔液位通过DCS控制系统自动调节，工况稳定的情况下汽提塔的进出料近似平衡状态，LT-2202测量值低于设定值时，经DCS控制系统判断、比较，输出信号减小汽提塔出液调节阀（LV-2202）开度；当LT-2202测量值与设定值相符，LV-2202开度保持不变；当LT-2202测量值大于设定值时，输出信号增大LV-2202开度，直至液位测量值与设定值相符。这个过程是连续的，液位测量数据会有波动，与设定值有一定的偏差，为消除偏差，控制系统通过LV-2202进行调节，但由于汽提塔有效液位高度很小，流量、阀门流通面积变化很小才有利于液位的稳定控制，因而LV-2202的开关幅度要求很小。此外，探测器晃动对计数率的影响也较大，会导致转化的液位示数出现较大偏差，因此，需加固探测器支架以免探测器晃动。
2.3.2 汽提塔高液位或满液的影响
更多内容详见《中氮肥》2024年第2期