王付生

（安徽六國(guó)化工股份有限公司，安徽銅陵 244021）

在CO2汽提法尿素裝置中，CO2汽提塔擔(dān)負(fù)著尿素合成塔出料中80%未反應(yīng)物的分離回收任務(wù)，是CO2汽提法尿素裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，其汽提效率的高低直接關(guān)系著整個(gè)尿素裝置的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。而CO2汽提塔運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)液分布器堵塞是造成其汽提效率降低的原因之一，需高度重視，一旦發(fā)現(xiàn)CO2汽提塔液體分布器堵塞，應(yīng)根據(jù)問(wèn)題原因及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。以下?lián)不樟鶉?guó)化工股份有限公司 （簡(jiǎn)稱安徽六國(guó)化工）的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)CO2汽提塔液體分布器小孔堵塞問(wèn)題的2種不同原因提出相應(yīng)的解決辦法，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行管理方面提出一些相關(guān)建議和預(yù)防措施

1 CO2汽提塔工作原理及液體分布器堵塞現(xiàn)象

1.1 CO2汽提塔的工作原理

來(lái)自尿素合成塔的合成液，經(jīng)合成塔出液調(diào)節(jié)閥 （HV4201）控制合成塔液位 （LI4201）后進(jìn)入汽提塔的上花板，并在上花板上形成液位，然后經(jīng)液體分布器下端φ3mm的小孔進(jìn)入汽提塔的換熱列管；在換熱列管內(nèi)，合成液沿?fù)Q熱列管內(nèi)壁呈膜狀自上而下流動(dòng)，而來(lái)自CO2壓縮機(jī)的原料氣從換熱列管中間空腔自下而上流動(dòng)；由于原料CO2氣大大降低了下降液膜表面的氨分壓，促使液體中的游離態(tài)氨首先被驅(qū)離出來(lái)，其次甲銨開始分解，分解出的NH3、CO2隨同原料CO2氣一同進(jìn)入高壓甲銨冷凝器作為原料予以回收利用。氨逃逸和甲銨分解所需的熱量由汽提塔換熱列管殼側(cè)的高壓蒸汽提供。

1.2 CO2汽提塔液體分布器的工作原理

實(shí)際生產(chǎn)中，要保證汽提塔的汽提效率，首先必須保證來(lái)自尿素合成塔的合成液均勻地分配到汽提塔的每一根換熱列管。那么如何保證合成液均勻地進(jìn)入汽提塔的每根換熱列管內(nèi)呢？這需要保證以下兩個(gè)條件。

一是尿素裝置負(fù)荷不低于70%。只有當(dāng)尿素裝置的負(fù)荷不低于70%時(shí)，合成塔出液才能在汽提塔花板上形成足夠的液位，才能淹沒(méi)每一根汽提塔液體分布器下端進(jìn)液小孔，而只有合成液完全淹沒(méi)每一根進(jìn)液分布器下端分配頭，才能確保每一根液體分布器下端進(jìn)液小孔獲得相同的進(jìn)液量。

二是每一根汽提塔液體分布器下端φ3mm的進(jìn)液小孔必須保證無(wú)堵塞，即保持暢通。

1.3 CO2汽提塔液體分布器堵塞的現(xiàn)象

當(dāng)CO2汽提塔液體分布器發(fā)生堵塞時(shí)，通常系統(tǒng)表現(xiàn)出如下現(xiàn)象：①汽提塔汽提效率下降，出液中氨含量高；② 低壓系統(tǒng)負(fù)荷重，低壓系統(tǒng)超壓；③汽提塔出液溫度超標(biāo)；④高壓系統(tǒng)紊亂，稍不注意整個(gè)尿素裝置就被迫停車。

以安徽六國(guó)化工CO2汽提法尿素裝置中的CO2汽提塔為例來(lái)談?wù)勔后w分布器堵塞的現(xiàn)象。安徽六國(guó)化工尿素裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)能1000t／d，汽提塔共計(jì)有1733根完全相同的液體分布器，這些分布器都安裝在汽提塔水平度很高的換熱列管上花板上，每根分布器下方都有3個(gè)完全相同的φ3mm進(jìn)液小孔以互成120°地分布在同一截面上，即整臺(tái)汽提塔有5199個(gè)進(jìn)液小孔分部在汽提塔上花板同一水平度很高的截面上。在尿素裝置負(fù)荷≥70%的條件下，來(lái)自合成塔的合成液在汽提塔上部花板形成足以淹沒(méi)進(jìn)液小孔截面的液位，然后合成液就能均勻地進(jìn)入每一個(gè)進(jìn)液小孔，從而均勻地進(jìn)入每一根換熱列管，而若任何一根液體分布器上的進(jìn)液小孔被堵塞，那么進(jìn)入這根換熱列管的合成液就會(huì)減少，合成液在換熱列管內(nèi)壁形成的液膜就會(huì)減薄，換熱列管內(nèi)空腔就會(huì)增大，進(jìn)入的CO2氣就會(huì)增多，也就會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入其他換熱列管的CO2氣量減少，繼而造成氣液比升高，汽提效率下降。

2 CO2汽提塔液體分布器堵塞的處理

CO2汽提塔液體分布器堵塞主要有2種情況：一是油污堵塞，二是機(jī)械雜質(zhì)堵塞。針對(duì)此2種堵塞問(wèn)題，所采取的處理方法是不同的。

2.1 油污堵塞的處理方法

2.1.1 CO2反吹法

當(dāng)判定汽提塔工作不正常是由汽提塔液體分布器堵塞引起的時(shí)，一般首先選用CO2反吹法來(lái)清理汽提塔。在 CO2汽提法尿素裝置中，出尿素合成塔的合成液通過(guò)液位調(diào)節(jié)閥 （HV4201）進(jìn)入CO2汽提塔上部，經(jīng)由升氣管下端的液體分配頭進(jìn)入各汽提管，每個(gè)分配頭上有3個(gè)φ3 mm的進(jìn)液小孔。實(shí)際生產(chǎn)中，進(jìn)液小孔常常會(huì)被合成液中夾帶的油污堵塞，使合成液不能均勻地進(jìn)入每根汽提管，導(dǎo)致汽提塔出液溫度升高乃至超溫、設(shè)備腐蝕加劇、汽提效率嚴(yán)重下降等現(xiàn)象出現(xiàn)，同時(shí)分解回收系統(tǒng)負(fù)荷增加乃至超壓，噸尿素消耗明顯升高。出現(xiàn)這種情況時(shí)，若采用停車打開汽提塔實(shí)施人工清理，不僅費(fèi)工耗時(shí)，而且頻繁地泄壓、升壓會(huì)加劇設(shè)備的疲勞損壞，直接影響整個(gè)高壓系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。實(shí)踐表明，堵在分配頭進(jìn)液小孔的油污一般呈膜狀，采用CO2反吹法可有效清理。

CO2反吹法的工作原理：尿素裝置停車后，將系統(tǒng)壓力降至8.0MPa，將壓力為14.0MPa的CO2快速通入CO2汽提塔，同時(shí)迅速全開HV4201，讓CO2氣體通過(guò)合成塔出料管直接進(jìn)入高壓洗滌器放空，以減小CO2氣體上升的阻力。在CO2氣體瞬間進(jìn)入汽提塔的過(guò)程中，進(jìn)液分配頭內(nèi)會(huì)短時(shí)形成一股壓力高于外部壓力的CO2氣流，將分配頭小孔上附著的油膜吹破，并隨CO2氣被吹出至合成塔液面上，從而達(dá)到清理油污堵塞的目的。

CO2反吹法的具體操作步驟：按計(jì)劃停車或系統(tǒng)停運(yùn)后，全開高壓洗滌器出氣調(diào)節(jié)閥（HV4202），將系統(tǒng)壓力 （PV4201）降至 8.0 MPa，泵房操作人員用放空切斷閥 （PV4204）將入塔前CO2氣的壓力提升至14.0MPa，然后快速打開CO2氣入汽提塔切斷閥，隨后關(guān)閉放空閥；在PV4204壓力下降后，總控操作人員迅速全開合成塔出料調(diào)節(jié)閥 （HV4201），直至PV4204降至接近于PV4201時(shí)，關(guān)閉 HV4201，通知泵房人員切斷入塔CO2氣。如此連續(xù)操作3～5次即可收到明顯的效果，而且由于整個(gè)吹除過(guò)程中CO2氣的壓力始終略高于系統(tǒng)壓力，因而不會(huì)發(fā)生合成塔 “倒液”事故。

2.1.2 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”清洗法

汽提塔液體分布器油污堵塞后，若采用CO2反吹法效果不理想時(shí)，則可采用 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”清洗法。

“蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”清洗法的工作原理：據(jù)雜質(zhì)油密度小于水和現(xiàn)有高壓系統(tǒng)停車排放流程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在尿素裝置短停期間將汽提塔列管內(nèi)加滿蒸汽冷凝液，列管殼側(cè)則用1.5～1.8MPa蒸汽加熱熱煮，之后再通入CO2氣體鼓泡清洗，以將汽提塔上部油泥狀雜質(zhì)打散，利用高壓系統(tǒng)停車排放流程，通過(guò)開合成塔出液閥及高壓系統(tǒng)排放管線將這些雜質(zhì)排出或部分排出，達(dá)到清除汽提塔上部液體分布器小孔油污堵塞物的目的。

“蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”清洗法的具體操作步驟：尿素裝置停車后，啟動(dòng)高壓沖洗水泵，從汽提塔底部CO2管線進(jìn)水，進(jìn)水時(shí)間控制為1.4h，殼側(cè)同時(shí)通入1.5～1.8MPa的蒸汽，使列管內(nèi)水達(dá)到沸騰狀態(tài)，觀察汽提塔氣相溫度 （TR4211）、尿素合成塔出液溫度（TR4209）的變化情況，當(dāng)TR4211溫度指示不再變化時(shí)，即可認(rèn)為水已至沸騰狀態(tài)，待水沸騰0.5h后，降低加熱蒸汽壓力至1.2MPa，此時(shí)聯(lián)系調(diào)度和壓縮崗位開啟1臺(tái)CO2壓縮機(jī)，緩慢提高CO2氣的壓力，CO2壓縮機(jī)出口壓力一般高于高壓系統(tǒng)0.5MPa后，將CO2氣體通入汽提塔進(jìn)行鼓泡清洗。CO2氣體在汽提塔換熱列管內(nèi)形成一定的流動(dòng)和擾動(dòng)，從而松動(dòng)、分離、清除汽提塔換熱列管內(nèi)壁和升氣管下部液體分配器上附著的油污，清除掉的油污漂浮在液面上，此時(shí)即可全開合成塔出液閥及高壓系統(tǒng)排放閥，將漂浮在液面上的油污隨蒸汽冷凝液從高壓系統(tǒng)排放管線排出，達(dá)到 “清洗”的目的。

2.1.3 清洗操作的注意事項(xiàng)

（1）汽提塔列管加水時(shí)長(zhǎng)的選擇。由于尿液和水的密度不同，因此不能用汽提塔的液位計(jì)來(lái)判斷蒸汽冷凝液是否加滿。簡(jiǎn)單估算加水時(shí)長(zhǎng)的方法如下。

汽提塔列管需加水總量等于列管內(nèi)容積與上下封頭容積之和。汽提塔共計(jì)有1733根換熱列管，每根換熱列管外徑31mm、內(nèi)徑25mm，列管長(zhǎng)度6000mm，則汽提塔列管總?cè)莘e為5.1 m3，加上上、下封頭約3m3的容積，汽提塔內(nèi)加水總量約為8.1m3。高壓沖洗水泵的輸送能力為6m3／h，即估算加水時(shí)長(zhǎng)約為1.4h。

（2）在對(duì)汽提塔加熱的過(guò)程中，應(yīng)注意控制殼側(cè)加熱蒸汽的壓力和流量，需在現(xiàn)場(chǎng)檢查汽提塔有無(wú)振動(dòng)情況，防止汽提塔內(nèi)發(fā)生液擊或振動(dòng)過(guò)大。

2.2 機(jī)械雜質(zhì)堵塞的處理方法

如果在尿素裝置高壓系統(tǒng)不排塔的情況下清理汽提塔液體分布器，效果不理想，那么就有可能是機(jī)械雜質(zhì)堵塞了液體分布器小孔。而液體分布器上的機(jī)械雜質(zhì)采用 “CO2反吹法”和 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”清洗是無(wú)效的。此種情況下一定要排空尿素合成塔，泄盡高壓系統(tǒng)的壓力并置換高壓系統(tǒng)，之后再人工拆開汽提塔進(jìn)行清理。

3 CO2汽提塔液體分布器堵塞的預(yù)防措施

3.1 減少進(jìn)入尿素裝置的油污

如果系統(tǒng)進(jìn)油過(guò)多，就會(huì)導(dǎo)致合成塔出液帶油，而液體分布器小孔的直徑只有3mm，當(dāng)油經(jīng)過(guò)小孔時(shí)很容易高溫碳化，就會(huì)堵塞CO2汽提塔液體分布器小孔。而要減少進(jìn)入尿素裝置的油污，需從以下幾個(gè)方面做起。

（1）氨庫(kù)要保持高液位。合成氨生產(chǎn)系統(tǒng)中，油污隨同液氨進(jìn)入氨庫(kù)，液氨在氨庫(kù)內(nèi)流速減慢，由于油污密度大于液氨密度，油污會(huì)逐漸分離出來(lái)并沉淀到氨庫(kù)底部，當(dāng)氨庫(kù)液位較低時(shí)，沉淀在氨庫(kù)底部的油污就會(huì)隨液氨被氨泵一同送入高壓系統(tǒng)。

（2）嚴(yán)格控制CO2壓縮機(jī)的排油。尿素裝置CO2壓縮機(jī)根據(jù)機(jī)械需要每分鐘會(huì)分別向各氣缸和填料注入6～8滴的潤(rùn)滑油，注入的潤(rùn)滑油連同CO2氣進(jìn)入段間冷卻器，然后進(jìn)入液體分離器，最終從液體分離器底部排出，但若液體分離器內(nèi)油位較高，油就會(huì)被氣體帶入下一級(jí)壓縮，最終隨同CO2氣進(jìn)入系統(tǒng)。

3.2 控制好尿素合成塔的液位

（1）加減量時(shí)尿素合成塔液位 （LI4201）應(yīng)控制在高位。只要不是緊急大減量，合成塔出液調(diào)節(jié)閥都要有預(yù)見(jiàn)性地關(guān)；加量時(shí)，最好是先加氣量后再開大合成塔出液閥，其目的是保證CO2汽提塔內(nèi)的氣液比不受影響，合成塔液位（LI4201）控制在高位。尤其要指出的是，如果合成塔液位大幅波動(dòng)，極易引起CO2汽提塔出液溫度 （TR4210）上升甚至超溫。這是因?yàn)椋赫Ｉa(chǎn)過(guò)程中，由于系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，合成塔液位相對(duì)穩(wěn)定，由原料氨、原料CO2帶入到系統(tǒng)內(nèi)的油因其密度小于合成液會(huì)自然漂浮在合成液液面之上，時(shí)間長(zhǎng)了合成液液面上積聚的油污越來(lái)越多，當(dāng)合成塔液位大幅波動(dòng)時(shí)，這些油污會(huì)返混在合成液中進(jìn)入CO2汽提塔，堵塞CO2汽提塔液體分布器進(jìn)液小孔，使CO2汽提塔汽提效率下降。

（2）嚴(yán)格把控封塔停車時(shí)合成塔出料調(diào)節(jié)閥的關(guān)閉時(shí)間。當(dāng)尿素裝置停車時(shí)，如果待合成塔液位 （LI4201）下降到0%時(shí)再關(guān)閉合成塔出料調(diào)節(jié)閥 （HV4201），塔內(nèi)合成液液面上的油污很容易進(jìn)入汽提塔，其原因與加減量時(shí)尿素合成塔液位 （LI4201）應(yīng)控制在高位一樣，這也是為什么有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)停車前汽提塔工作正常、開車后汽提塔工作不正常的原因之一。因此，尿素合成塔液位 （LI4201）顯示50%時(shí)就要及時(shí)關(guān)閉合成塔出料調(diào)節(jié)閥 （HV4201），防止合成塔液面上的油污經(jīng)HV4201進(jìn)入汽提塔。

3.3 減少進(jìn)入系統(tǒng)的雜質(zhì)

為避免機(jī)械雜質(zhì)堵塞汽提塔液體分布器，一般應(yīng)從以下幾個(gè)方面做好預(yù)防工作：①檢修時(shí)一定要清理干凈設(shè)備內(nèi)部雜物后方可以封住設(shè)備口；②管道使用前一定要清理干凈；③進(jìn)入系統(tǒng)的氮?dú)狻⒖諝?、蒸汽、脫鹽水、原料CO2氣、原料液氨等一定要干凈無(wú)雜質(zhì)；④各機(jī)泵進(jìn)出口過(guò)濾器一定要保持完好并定期清洗。

4 結(jié) 語(yǔ)

CO2汽提塔汽提效率的高低直接關(guān)系著整個(gè)尿素裝置的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行，汽提塔液體分布器堵塞只是造成汽提塔汽提效率低的原因之一，在處理汽提塔汽提效率低的問(wèn)題時(shí)，一定要先確認(rèn)造成汽提效率低的原因，再對(duì)癥下藥。在確認(rèn)是汽提塔液體分布器堵塞造成汽提效率低后，一般先采用CO2反吹法清理汽提塔，或者采用 “蒸汽冷凝液＋蒸汽加熱＋CO2鼓泡”法進(jìn)行處理，若不能達(dá)到理想的效果，可以判定造成液體分布器堵塞的不是油污，有可能是機(jī)械雜質(zhì)，這時(shí)就需停車拆開汽提塔進(jìn)行人工清洗。