樊小明
（陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西 渭南714100）
［摘 要］陕西陕化煤化工集团有限公司1#尿素装置采用水溶液全循环工艺，2012年采用GIrXzH高压圈节能增产新工艺进行了改造（高压系统之外的其他系统有一些配套技改），尿素产能由180 kt/a提升至270 kt/a。改造后1#尿素装置整体运行情况较好，各项消耗指标大幅降低，但因利旧设备较多，装置运行中因蒸发系统部分设备匹配性差（二段蒸发分离器气液分离效果不好）、解吸塔设计安装缺陷以及（4#）一甲泵组合阀和锥形阀缺陷等原因，导致装置主要设备运行不正常、系统运行不稳定、成品尿素内在质量不佳。后续通过对蒸发系统、解吸水解系统及一甲泵等实施配套技改，1#尿素装置实现了稳定运行，主要消耗指标尤其是汽耗降低明显，产品质量稳定在优等品，配套技改取得了良好的效果。
［关键词］水溶液全循环法尿素装置；高压圈节能增产改造；蒸发系统；解吸水解系统；一甲泵；瓶颈问题；原因分析；优化改造
［中图分类号］TQ441.41 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）04-0027-04
0 引 言
陕西陕化煤化工集团有限公司（简称陕西陕化）尿素分厂1#尿素装置采用水溶液全循环工艺，于1972年建成投产，原设计产能为110 kt/a，后进行过多次扩能改造，并于2012年采用GIrXzH高压圈节能增产新工艺（专利技术）进行改造，尿素产能由180 kt/a提升至270 kt/a。改造后，1#尿素装置整体运行情况较好，最高日产量可达1 000 t，吨尿素氨耗由改造前的598 kg降至580 kg、汽耗由1 220 kg降至880 kg、电耗由148 kW·h降至130 kW·h。本次技改有效扩大了装置产能，降低了生产成本，提升了企业的经济效益。
1#尿素装置高压圈节能增产改造后，虽然其各项消耗指标均达到设计要求，但因蒸发系统部分设备匹配性差（二段蒸发分离器气液分离效果不好）、解吸塔设计安装缺陷以及（4#）一甲泵组合阀和锥形阀方面存在缺陷等原因，导致装置主要设备运行不正常、系统运行不稳定、成品尿素内在质量不佳，影响装置的长周期、安全、稳定运行。为此，陕西陕化对1#尿素装置进行了一系列配套技改，取得了良好的效果。以下对有关情况作一总结。
1 尿素装置节能增产改造概述
陕西陕化1#尿素装置因工艺技术落后，其消耗指标与先进工艺相比有较大差距，于2008年9月停产封存。2010年陕西陕化建设2套300 kt/a合成氨装置和1套520 kt/a尿素装置（简称“60·52”项目），均采用当时业内先进的工艺技术（2套300 kt/a合成氨装置采用托普索工艺，520 kt/a尿素装置采用斯塔米卡邦公司最先进的CO2汽提工艺）。“60·52”项目实施的同时，决定对封存的1#尿素装置利用成熟可靠的GIrXzH高压圈节能增产新工艺进行改造，将其尿素产能提升至270 kt/a，即“60·52”项目富余的合成氨用于270 kt/a水溶液全循环法尿素装置以及130 kt/a氨汽提法尿素装置与250 kt/a磷铵装置。1#尿素装置节能增产改造后，各项消耗指标大幅下降，且系统的自动化程度得到提高。
1#尿素装置合成系统增设高压甲铵冷凝器、汽提塔、第一合成塔，与第二合成塔（技改后原合成塔称为第二合成塔）形成高压圈，并增加一高压圈小框架；中压分解吸收系统更换1台中压分解塔，低压分解吸收系统增设1台卧式二循一冷B（串联在原二循一冷后面，作为二循一冷后置冷却器）；蒸发系统增设1套真空预浓缩系统；解吸水解系统增设1台卧式水解器，解吸水解系统碳铵液处理能力由15 m3/h提升至18 m3/h；造粒系统更换2台熔融泵及2台造粒机，原造粒塔（φ9 m，有效塔高65 m）拆除，在距原址10 m西南方向新建1座φ16 m造粒塔（塔高65 m），包装系统新增2条全自动包装线。机泵方面，增加2台高压甲铵泵、1台往复式高压液氨泵（高压液氨泵三开一备，原为两开一备），利旧改造3台CO2压缩机（由原合成氨装置氢氮气压缩机改造而成，CO2压缩机两开一备）。节能增产改造后，1#尿素装置工艺流程简图见图1。
2 蒸发、解吸水解系统流程及一甲泵简况
2.1 蒸发系统
闪蒸槽出口浓度约71%（质量分数，下同）的尿液减压至约66 kPa（A）后进入真空预浓缩器，在真空预浓缩器减压浓缩至浓度约84%后进入一段蒸发系统，一段蒸发系统真空度约40 kPa（A），尿液经一段蒸发加热器0.75 MPa低压蒸汽加热至约128 ℃，浓度提高至约96%，再经一段蒸发分离器分离气相后流入二段蒸发系统；二段蒸发系统真空度＜10 kPa（A），尿液经二段蒸发加热器加热约至138 ℃，浓度提高至约99.7%，再经二段蒸发分离器分离气相后，尿液由尿素熔融泵加压送至造粒塔（造粒喷头）进行造粒。
闪蒸槽与真空预浓缩器气相先进入真空预浓缩表面冷凝器冷凝，冷凝液去碳铵液槽，不凝气去一段蒸发表面冷凝器；一段蒸发分离器气相去尿素洗涤回收塔，尿素洗涤回收塔气相也去一段蒸发表面冷凝器，一段蒸发表面冷凝器气相去一段蒸发水力喷射器，一表液除一部分补充至二表槽作为低压吸收液外,另一部分回收至碳铵液槽经解吸给料泵送至解吸水解系统处理。二段蒸发分离器气相去二段蒸发表面冷凝器，二段蒸发表面冷凝器气相经二段蒸发蒸汽喷射泵喷射至中间冷凝器，冷凝液去二表槽，中间冷凝器气相去二段蒸发水力喷射器。其中，尿素洗涤回收塔用二表液（由尿素洗涤回收泵输送）作为吸收液（循环吸收），洗涤液中尿素浓度提至30%～35%后由尿素洗涤回收泵支线补至一段蒸发加热器进口或排至尿液槽予以回收。
2.2 解吸水解系统
解吸水解系统工艺流程见图2。其工艺流程为，碳铵液中的NH3和CO2先在解吸塔中通过加热、减压方式解吸出来，解吸液再送至水解塔用1.3 MPa蒸汽直接加热至180～190 ℃使尿素水解为NH3和CO2，水解液送后解吸塔经加热脱除残留的NH3和CO2，废液达标外排，后解吸塔气相、水解塔气相排至解吸塔，与解吸塔气相一并经冷却分离凝液后回收至二段吸收系统。
解吸给料泵加压后的碳铵液分冷、热两路进入解吸塔，热路指碳铵液经解吸换热器被后解吸塔排出的废液预热，预热至110 ℃左右进入解吸塔中部；冷路为经自调阀直接进入解吸塔上部的碳铵液，用于控制解吸塔出塔气温度。在解吸塔上部，碳铵液经汽提后得到的气相去解吸气相冷凝器、解吸气相分离器冷凝分离，得到的气相去二段吸收系统（二循一冷）冷却吸收，液相回流至解吸塔顶部。
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