尿素生产装置高压系统压力控制的研究

尿素生产装置高压系统压力控制的研究

在大型co2汽提尿生产装置中，由co2汽提塔（201-c）、尿合成塔（201-d）、甲铵初级网络系统（202-c）和高压洗脱器（203-c）组成的高压系统是整个装置的核心。该系统工作的好坏,直接决定着整个尿装置运行的稳定与优化状况,对物耗、能耗、产品质量及生产能力都有很大的影响。特别是在开车过程中,高压系统能否正常开起来是整个尿素生产装置能否正常投产的关键。尿素高压系统的工况受温度、压力、液位、氨碳比、水碳比等诸多因素的影响。其中系统压力是影响尿素高压系统运行工况的最重要因素之一。在尿素生产及开车过程中,控制好高压系统的压力尤为重要。1高压系统开度过一般来说,尿素高压系统很少发生压力过低的情况。引起压力低的原因有下列几种:①高压尾气阀(HV-202)开度太大,或投料后高压放空阀(HV-203)关闭太慢。②高压系统内加水太多(高压甲铵泵301-J/Js来)。③汽包压力(PIC-206)控制太低。找到原因后对照《操作法》进行相应的调节,即可使系统压力逐步恢复正常。2高尿素压力事故工况及处理尿素生产中,特别是在开车过程中高压系统很容易发生压力超高的情况。压力超高标志着尿素高压系统工况严重恶化,如果不能准确判断、及时处理,轻则要打开HV-203放空卸压,重则要停车处理。湖北化肥厂曾发生过尿素高压系统压力高引起的人身伤害事故。因此尿素生产及开车过程中要重点防止超压事故的发生。引起高压系统压力高的原因很多,判断和处理都比较困难。下面对此进行探讨研究,以便在今后实际操作中能更好地控制尿素高压系统的压力。2.1氨碳比执行的注意事项原设计开车时,投料氨碳比为2.9,1000m3的CO2约配液氨3.1m3;合成塔出料后,投料氨碳比为2.05,每1000m3的CO2约配液氨2.2m3。实际生产中,由于流量计有误差、CO2冷却器(102-J/Co)和CO2液滴分离器(101-F)水封有CO2跑损、液氨温度大幅变化使其质量流量变化很大等原因,使得氨碳比很难准确控制,因而很易发生氨碳比失常的情况。氨碳比偏离正常值后,合成转化率下降,系统内未反应物增加,压力上升。开车过程中很难判断氨碳比的高低,一般是在系统出料后立即分析合成塔出料组成来判定。日常生产中,如果PIC-206、HV-202控制适当,系统压力上升,合成塔出气温度(TR002/1、5)下降,汽提效率下降,低压系统压力(PIC-304)上升,就说明系统氨碳比失常。氨碳比偏高时,202-C出液温度(TR002/8)下降;氨碳比偏低时,TR002/8上升。稍加点氨,若系统好转,说明氨碳比偏低,否则就是偏高。发生氨碳比失常的情况后,应适应降低PIC-206,视情况降负荷至70%,开HV-203维持系统不超压。判定氨碳比的高低后,及时调整NH3或CO2的量,使氨碳比恢复正常,系统压力就会慢慢下降。要控制好氨碳比,必须注意下列几个方面的问题:①CO2进口流量计(FI-101)要校验准确。开车过程中,CO2的流量仅能以FI-101作为参考依据。②CO2进口压力降到14.71kPa以下后,就应充好102-J/Co和101-F的水封,防止CO2外逸。水封充好后FI-101的指示值才是二氧化碳压缩机的真实输气量。③随着系统压力的上升,二氧化碳压缩机打气量会逐渐下降。因此要经常查看FI-101,并及时进行调整。④控制液氨温度在10～15℃。如果液氨温度出现较大变化时,要适当调节氨泵转速进行补偿。⑤检查二氧化碳压缩机安全阀、CO2放空阀(PV-203)、高压氨泵泵体及出口安全阀、高压氨泵出口排放阀等是否泄漏。2.2u型管液封温度变化时的超压事故CO2进入高压系统后的正确走向是201-C→202-C→201-D→203-C。合成塔出液阀(LV-201)是一个蝶阀,一直内漏较大。为防止CO2直接从201-C进入201-D,201-D的出液U型管内必须保持有一定高度的液封。在合成塔出料前,U型管内的液封介质是高压冲洗水泵(905-J)间断送来的脱盐水。由于LV-201阀泄漏和受热蒸发,U型管内的液柱高度会逐渐降低,低到一定程度就会被CO2气体冲破。CO2不经过202-C与液氨反应生成甲铵而直接到达合成塔顶部,系统压力迅速上升,很快超压。在合成塔出料后,如果LV-201开度太大等原因引起U型管断料,则会发生同样的超压事故。U型管液封状况可通过TR002/5点温度变化趋势进行判断。若液封介质是脱盐水,则TR002/5点温度应低于100℃,如果超过100℃,就可判定有CO2气体在通过。在合成塔出料后,TR002/5点的温度稍高于合成塔顶部出气温度TR002/1。如果TR002/5点温度突降,则可判定U型管断料,CO2气体走短路。发生断料事故后,还会出现汽提塔耗汽量突降,抽汽压力突升的现象。发生U型管液封破事故后,要立即用905-J向U型管充液封,开大HV-202、HV-203维持系统压力;如果是在合成塔出料后,应立即关闭LV-201,降低抽汽压力,防止二氧化碳压缩机因抽汽压力高而跳车。如果能在短时间内将液封充好,系统压力就会回到正常范围内,否则就要保压停车,充好液封后再开车。要防止发生U型管液封破事故,生产中必须注意:①合成塔出料前,每0.5h(视LV-201泄漏情况定)向U型管充液封10min,或在系统投料后即打开202-C液相排放阀和U型管排放阀,使202-C内的反应物料进入U型管充当液封介质。因该物料是极易结晶的甲铵溶液,所以在合成塔出料后要立即将高压排放管线排放冲洗干净。②根据合成塔液位变化趋势微量调节LV-201的开度,防止断料。2.3高压调水温汽化一般投料后30min左右,NH3和CO2开始在203-C内冷凝生成甲铵,反应放出的热量由封闭循环的高压调温水带走(见图1)。如果高压调温水汽化,就不能将反应热移走,NH3和CO2就不能在203-C有效的反应生成甲铵,高压系统就会超压。高压调温水汽化最根本的原因是温度上升或压力下降,达到了水在该压力下的汽化点。高调水压力(PIC-209)为12MPa时,203-C内高调水压力约0.5MPa,如果TR002/2达到151.8℃,高压调温水就会汽化。高压调温水因循环水泵(902-J)跳车等原因中断时,会发生同样的超压事故。高压调温水汽化时,除系统压力上升很快外,还会出现高调水温度快速上升,流量上下大幅度波动的现象。发生高压调温水汽化事故后,应立即将生产负荷降到最低,降低PIC-206、开大HV-202和HV-203维持系统压力。同时快速充好高压调温水,方法是打开203-C壳侧排气阀,同时用高调水恒压泵(903-J)、905-J向高压调温水系统充液,至排气阀有水排出后关闭排汽阀,停905-J。高压调温水充满后即可关闭HV-203,使系统恢复正常运行。要防止高压调温水汽化,必须注意的几点是:①203-C开始工作后,要增大高压调温水流量至400m3/h左右,减缓高压调温水升温速度。②控制PIC-209在12～13MPa,PIC-917大于0.7MPa,防止高压调温水从安全阀PSV-220和加0.9MPa蒸汽阀处漏走。③注意高压调温水温度(TIC-207)的变化趋势,及时调节高调水冷却器(902-C)循环水量和加蒸汽阀的开度,控制高压调温水温度在125～135℃,最高不能超过145℃。2.4液位槽243-cNH3、CO2反应生成甲铵,甲铵再分解生成尿素的反应在水溶液中才能顺利进行。如果高压甲铵泵(301-J/Js)送到203-C的水太少,或高压喷射器(201-L)送到202-C的水量太少,未反应的NH3、CO2就会大量增加,使系统压力上升。高压系统H2O/CO2高低,在开车过程中,主要是通过301-J/Js的转速和液位槽(301-F)液位变化趋势来进行推断的。在合成塔出料后可通过分析合成塔出液组成及TR002/8、5和合成转化率、汽提效率来判定。原设计H2O/CO2为0.34,生产中一般控制在0.5～0.6范围内。为防止开车过程中H2O/CO2偏低,操作应注意:①要在投氨前将301-J投入运行,控制转速在40～50r/min,并打开小副线阀,使部分水打循环,以免加水太多。②注意HV-202的阀位不能太大,以免尾气将水带走。③为防止脱盐水紧张影响甲铵泵的运行,可用氨水泵(P-703)将氨水槽(701-F)的氨水通过回流泵(P-802)的出口管线送到液位槽(301-F)中。④如果2台甲铵泵均出现故障不能输液,应立即将生产负荷降到最低水平,同时启动905-J通过1315管线向203-C打水。⑤201-L的开度应与生产负荷相对应。负荷越高,它从203-C和201-D底部抽吸来的液量应越大,202-C内水量就会比较充足。高压系统H2O/CO2太高时,合成转化率低,汽提塔出液温度高,耗蒸汽量上升,因而也是生产中应该避免的。2.5合成塔系统压力上升LIC-201达到100%后继续上涨,减小了合成塔顶部的气相空间,使合成液的气液分离效果下降,大量未反应的NH3和CO2随合成液进入201-C,再返回202-C,增加了高压系统的负荷,引起压力上升。如果合成液漫溢到203-C中,203-C的洗涤吸收能力严重下降,系统将很快超压。LIC-201达到100%较长时间,系统压力出现上升趋势,可判断为合成塔满液较严重。如果TR002/2、3点温差减小,打开HV-203就喷出液体,可判定合成液漫溢到203-C了,此时TR002/4、11、12将走成一条直线。判定合成塔满液后,要适当开大LV-201阀位,视情况降低生产负荷,减301-J/Js的转速,适当降低PIC-206维持系统压力。如果开大LIC-201较长时间后液位仍在100%以上,应检查LV-201的实际阀位。当PIC-201开始下降,TR002各点温度分开时,就说明合成塔液位已大幅下降。待LIC-201指示低于100%时,要注意关小HV-201,防止液位下降过快而发生断料事故。调节过程中要注意低压循环系统和蒸汽系统的变化。要防止合成塔满液,生产中要注意:①开车时,LIC-201达到50%就应打开LV-201出料,并在较短的时间内将阀位开到70%左右,不要让LIC-201达到100%以上。②经常观察LIC-201的变化趋势,微量调节LV-201的开度,控制LIC-201在20%～80%范围内。2.62hv-203-c内部结晶203-C内物料是极易结晶的。当203-C内列管、中心管或进出管道结晶堵塞时,203-C就不能有效工作,高压尾气不能顺利排出,系统压力很快上升并超压。203-C内部或进出管道结晶堵塞后,最明显的现象是TR002/2、3点温差小或无温差,中压尾气阀(PV-715)出气量很小或严重冒水。此类事故只会在开车过程中发生。出现上述现象后,要打开HV-203、适当降低PIC-206来维持系统压力,同时立即对203-C底部进气弯管和HV-202前后管线采取开排放导淋检查、用手摸管壁温度的办法判断管道内是否结晶堵塞。HV-202阀处可用905-J进行冲洗;203-C底部弯管处则只能采取内部加热水溶解,外部用热水浇、蒸汽烤使结晶物受热融解的措施。这两处导淋排气正常后,即可恢复正常生产。如果这两处管道畅通而出现上述现象,就是203-C内部列管或中心管堵了。处理203-C内部结晶的办法是热洗203-C,方法如下:①开大HV-203、HV-202来维持系统不超压,注意中压吸收塔(PIC-715)压力。②停902-J,关闭903-J去高调水的阀门。③高调水中通入0.9MPa蒸汽。④用301-J/Js向203-C加脱盐水。⑤热洗1～2h后,若TR002/4明显上升,PV-715排气量很大,重新建立高调水,开203-C壳侧排气阀,用903-J、905-J向高调水系统加水,水加满后停905-J,关排气阀。启动902-J,缓慢开泵出口阀,增加循环水量,维持TIC-207大于120℃。若出现温差,证明203-C热洗成功。关闭HV-203,缓慢将HV-202关到正常位置,注意防止TIC-207温度突降。若处理无效,应停车排放,检查203-C内部防爆板。要预防203-C及进出管道结晶堵塞,关键在于停车时将其排放清洗干净。如果是保压停车,应每2h向203-C打水1次,至TR002/4温度明显回落。并每2h冲洗HV-202等处1次。保压期间和投料开车过程中,务必保持高调水温度大于120℃。在系统出料时,要防止循环加热器(301-CA)突然带负荷过高而引起高调水温度突降。2.72发生203-c爆破板破裂事故为防止高压尾气爆炸损坏设备,203-C内设计了防爆空间和防爆板。当高压尾气爆炸时,防爆板就会破裂。当203-C列管结晶堵塞时,防爆板两侧压差很大,防爆板也会被压破。防爆板破裂后,大量气体不能从203-C底部进入203-C而被洗涤吸收,系统压力很快上升,直至超压。203-C防爆空间的防爆板破裂后,还会出现TR002/2、3点温差较小,中压尾气阀(PV-715)出气量很大的现象。对203-C进行热洗也不能使情况好转。发生203-C防爆空间防爆板破裂的事故后,只有停车检修才能解决问题。要防止此类事故发生,生产中必须注意下列几条:①原料CO2中氢气含量不能高于1%,防止高压尾气组成进入爆炸区间。②较低负荷时,203-C加水不能太多,HV-202开度不能太小。特别是氢含量较高时,HV-202的开度要大一些。③保压停车期间,HV-202不能关死。④防止203-C内部结晶。每次开车投料前,一定要确认203-C及其前后管道畅通。2.8关注水质因素除上述7条主要原因外,可导致尿素高压系统超压的因素还有下列几条,在生产中也要多加关注。①CO2纯度太低,或加