谢群力，郭涛，赵小芳，杨志国
（河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南 开封475002）
［摘 要］ 河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司有3套400 kt/a CO2汽提法尿素装置，包括2套中颗粒尿素装置（两段蒸发系统+塔式造粒）、1套大颗粒尿素装置（一段蒸发系统+造粒机造粒），3套尿素装置先后投产约半年后均达产达效，单套尿素装置日产稳定在1 450 t。但生产中尤其是高负荷运行时一直存在一大问题——成品尿素缩二脲含量高，成品一等品率、优等品率低。经对比分析及多方交流探讨，认为问题主要出在蒸发系统，包括一段及二段蒸发加热器设计换热面积余量较大、一段/二段蒸发分离器与加热器的一体式设计及二段分离器内件设计存在缺陷、一段及二段分离器水冲洗和外壁伴热蒸汽管线设置不当、一段与二段蒸发分离器位差偏小且U形连接管太长等，造成尿液停留时间延长而致成品尿素缩二脲含量高。分阶段实施一系列有针对性的技改及工艺指标优化调整后，成品尿素缩二脲含量得以降低，成品一等品率、优等品率大幅提高，有力地促进了尿素装置的安、稳、长、满、优运行。
［关键词］ CO2汽提法尿素装置；蒸发系统；缩二脲含量高；原因分析；改造；工艺指标优化调整；改造效果
［中图分类号］ TQ441.41［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）04-0016-05
0 引 言
河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司（简称晋开二分公司）有3套400 kt/a CO2汽提法尿素装置，包括2套中颗粒尿素装置（两段蒸发系统+塔式造粒）、1套大颗粒尿素装置（一段蒸发系统+造粒机造粒），单套设计产能1 330 t/d。3套尿素装置分别于2012年11月、2012年12月、2013年6月投产，并在约半年后均达产达效，单套尿素装置日产稳定在1 450 t。但运行中也发现一些问题，尤其是蒸发系统设计上存在某些设备不匹配的问题，虽然设计余量较大，系统能高负荷、稳定运行，但成品缩二脲含量始终高于业内平均水平，产品质量一直不容乐观。随着近年来国内尿素产能的严重过剩，市场竞争日趋激烈，产品质量对其市场拓展的影响非常大。为彻底解决这一问题，近两三年来晋开二分公司对其尿素蒸发系统进行了多项优化改造，最终实现了成品尿素缩二脲含量的大幅下降，目前基本达到业内较好水平。
1 蒸发系统工艺流程简介
1.1 中颗粒尿素装置蒸发系统流程
尿液槽来的浓度为72%左右的尿液，经尿液泵加压并调节控制流量送至一段蒸发加热器（简称一段加热器），加热至128 ℃后进入一段蒸发分离器进行气液分离，一段蒸发分离器设计操作压力0.033 MPa（A），在此尿液被浓缩至95%；一段蒸发分离器出口尿液经U形管流入二段蒸发加热器（简称二段加热器），加热至138 ℃后进入二段蒸发分离器进行气液分离，二段蒸发分离器设计操作压力0.003 3 MPa（A），在此尿液被浓缩至99.7%；两段蒸发后浓度99.7%的尿液经熔融泵加压送至尿素造粒塔造粒，得到尿素产品，最后成品尿素由皮带机送包装系统包装外售。
1.2 大颗粒尿素装置蒸发系统流程
尿液槽来的浓度为72%左右的尿液，经过一段蒸发系统提浓至95%后，送入大颗粒尿素流化床造粒系统的造粒机，在造粒机内，尿液经造粒喷嘴均匀雾化喷洒在预先加入的晶种上，冷却而形成颗粒状固体尿素，经筛分得到的合格大颗粒尿素成品，进一步冷却后送成品包装系统包装外售。
2 成品尿素缩二脲含量高的原因分析
经对比分析，3套CO2汽提法尿素装置高压合成系统、低压分解系统尿液中缩二脲含量与设计值相符，而蒸发系统（尿液槽内、一段蒸发系统及二段蒸发系统）尿液中缩二脲含量超过设计值，判断成品尿素缩二脲含量高这一问题的主要原因在于蒸发系统，而后经过与很多同行厂家进行交流、探讨，收集主要设备数据，认真查看设备内件图纸，进行理论计算，并与设计院沟通，归纳总结出成品尿素缩二脲含量高的主要原因如下。
2.1 一、二段加热器设计不合理
晋开二分公司尿素蒸发系统与兄弟单位有关设备及工艺参数的对比见表1。可以看出:晋开二分公司蒸发系统一、二段蒸发加热器原始设计时主要考虑了换热面积及阻力降方面的要求，而对尿液的停留时间考虑较少，一段蒸发加热器设计换热面积余量较大，造成尿液在加热器内停留时间较长，进而造成缩二脲生成量增加；另外，晋开二分公司蒸发系统二段加热器采用φ38 mm×2 mm的换热管，在换热面积相差不大的情况下，经理论计算，其换热管横截面积是换热管规格为φ25 mm×2 mm的换热器的2.5倍左右，其容积则为换热管规格为φ25 mm×2 mm的换热器的1.9倍左右，从而导致尿液停留时间大大延长，缩二脲生成量增加［这也是大颗粒尿素装置成品质量相对较好的主要原因之一（大颗粒尿素装置没有二段蒸发系统）］。简言之，晋开二分公司蒸发系统一、二段加热器设计换热面积偏大(换热管设计不合理)是造成其成品尿素缩二脲含量高的主要原因之一。
2.2 蒸发分离器与加热器存在设计缺陷
据了解，很多厂家蒸发系统的加热器和分离器是分体式的，即分别单独布置，而晋开二分公司蒸发系统的核心设备——蒸发分离器与加热器采用一体式设计，一、二段蒸发分离器底部如“锅底”，加热器插入在分离器底部中心最低点位置，而分离器的出液口没有在底部最低点，而是在靠近加热器且距离加热器外缘100 mm的底部位置，因此加热器外部与分离器出液口之间整个都是有存液后再由出液口流出（即因分离器底部中心最低点被加热器占据，而分离器出液口与加热器外缘有一定距离，因此尿液在离开分离器的过程中需先把加热器外缘占满再由出液口流出），从而增加了尿液的停留时间，导致缩二脲生成量增加。
此外，晋开二分公司蒸发系统二段分离器内件——加热器出口正上方的挡液板，由于其与加热器出口距离较近，冲刷严重，经常出现挡液板支架脱落，甚至冲刷减薄及破损，直接影响二段分离器的气液分离效果及其出液口出液，每次停车均需拆人孔检查并重新加固及修复。
2.3 分离器冲洗水设施及外壁伴热设计不合理
更多内容详见《中氮肥》2019年第4期