侯立业
（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗154110）
［摘 要］中海石油华鹤煤化有限公司520 kt/a尿素装置采用荷兰斯塔米卡邦CO2汽提2000+TM工艺，于2015年5月投产，整体运行情况较好，并于2018年开始生产增值尿素。为推进节能降碳工作，2024年8月尿素装置年度大修期间，在高压系统与低压循环系统之间增设了中压系统（前期完成土建、钢结构、设备安装等工作）。增设中压系统后，高压系统、中压系统、低压系统等在开/停车及正常运行期间相继出现一系列问题，如高压系统氨碳比失调、中压分解塔液位调节阀故障、中压冷凝液收集槽液位示数失真等问题，通过相关工艺参数及操作方法优化等，实现了尿素装置的顺利开/停车及正常运行。华鹤煤化尿素装置增设中压系统后，装置操作弹性有所增大，吨尿素蒸汽消耗由1.20 t降至约1.08 t，尿素产品缩二脲含量由年均0.88%降至0.85%，但目前尚未完全达到改造预期（吨尿素氨耗、电耗降幅不是很明显），还需不断摸索与优化。
［关键词］CO2汽提法尿素装置；增设中压系统；运行问题；原因分析；优化措施；CO2流量计；中压分解塔液位调节阀；中压冷凝液收集槽液位计
［中图分类号］TQ441.41 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）04-0044-04
0 引 言
中海石油华鹤煤化有限公司（简称华鹤煤化）520 kt/a尿素装置采用荷兰斯塔米卡邦CO2汽提2000+TM工艺（高压合成系统主要由池式反应器、CO2汽提塔、高压洗涤器3台进口设备组成）、挪威海德鲁流化床大颗粒尿素造粒工艺，装置于2015年5月投产，整体运行情况较好。为实现产品的多元化，提高企业的经济效益与市场竞争力，2018年华鹤煤化开始生产增值尿素，并于2020年初新增1套小蒸发系统，药剂在小蒸发系统—小氨水槽—大颗粒造粒系统间循环，避免对尿素装置高压/低压系统设备产生腐蚀。
为落实国家高耗能行业重点领域节能降碳，推进华鹤煤化节能降碳工作如期达标，决定采用中国五环工程有限公司专有尿素工艺技术进行节能降耗改造——于2024年8月尿素装置年度大修期间（前期完成土建、钢结构、设备安装等工作）在高压系统与低压循环系统之间增设中压系统，利用大修30余天进行施工，累计投资2 000余万元，旨在进一步降低吨尿素蒸汽消耗及提升产品质量（生产普通尿素时产品的缩二脲含量完全可达到优等品标准，主要是降低增值尿素产品的缩二脲含量），助力华鹤煤化高质量发展。但增设中压系统后，尿素装置在开/停车及正常生产操作中遇到了诸多问题，通过相关工艺参数及操作方法优化，最终实现了尿素装置的正常开/停车及稳定运行等。以下对有关情况作一介绍。
1 增设中压系统后尿素装置工艺流程简介
华鹤煤化CO2汽提法尿素装置增设中压系统技改，主要新增设备包括中压分解塔、中压分解加热器、预蒸发浓缩器、中压洗涤器、中压甲铵泵、中压冲洗泵、中压甲铵液槽等。增设中压系统后尿素装置工艺流程如图1（注：粗实线为液相管路、细实线为气相管路，虚线部分为新增中压系统设备）。浓度约33.4%的尿液自高压系统池式反应器进入CO2汽提塔，尿液在汽提塔中加热提浓后进入中压分解塔上部，闪蒸后的尿液进入中压分解塔下部进一步提浓至约58%，之后尿液经中压液位调节阀后进入低压精馏塔提浓，提浓后的尿液经常压闪蒸进入预蒸发浓缩器，接着浓度约71.4%的尿液送至蒸发一段、二段系统提浓，最终浓度约97%的尿液送至大颗粒流化床造粒系统造粒，合格的大颗粒尿素成品经冷却、包装后外售。
2 增设中压系统后尿素装置运行问题
增设中压系统后，华鹤煤化尿素装置开/停车及正常生产中遇到了诸多问题，主要如下：① 增设中压系统后，整个高压系统的操作弹性变小，高压系统关键工艺指标氨碳比一旦发生波动，中压系统的相关工艺指标都会受到影响，尤其是中压系统的压力对其特别敏感，如2024年9月25日尿素装置开车过程中，由于CO2流量计显示失真（高于正常值），高压系统氨碳比严重失调，造成中压系统、低压系统严重超压，进而导致封塔停车；② 中压分解塔液位调节阀故障频繁，自控状态下阀位波动较大，造成低压精馏塔受料不均匀，其负荷突增后压力突升，易导致低压系统压力高“三选二”联锁停车；③ 中压（系统）冷凝液收集槽液位计失真（显示假值），其液位易拉空，导致高压甲铵泵入口滤网损坏、泵出口流量过低，返回高压洗涤器吸收液量骤减，高压系统压力升高，有压力高联锁封塔停车的风险；④ 增设中压系统后，尿素装置运行初期吨尿素蒸汽消耗并未达到预期，其原因主要为中压系统压力波动较大，时常超压，为保证中压系统压力稳定，汽提塔出液温度与改造前相同，即汽提塔蒸汽耗量并未降低，导致尿素装置整体蒸汽耗量未能降低。为此，经分析与摸索，华鹤煤化采取了一系列优化改进措施，解决了中压系统在开/停车过程及正常生产中的难点问题，为进一步实现系统的节能降耗打下了坚实的基础。
3 原因分析
3.1 高压系统出料氨碳比失调
华鹤煤化尿素装置增设中压系统前，高压系统开车投料过程中，以70%负荷计，进料CO2量为40.3 t/h（含惰性气）、氨量（FIC61202）为46.7 t/h，两物料按照此配比投料，通常情况下，高压系统氨碳比可稳定在3.0左右，瞬时氨碳比维持在2.0左右，整个高压系统的CO2转化率、水碳比等均在工艺指标范围内。增设中压系统后，2024年9月14日，由于CO2流量计示值失真——严重偏低，实际CO2流量偏高近12 t/h，而操作人员始终按照CO2流量计示值进行配氨，导致高压系统氨碳比（实际值）偏低、水碳比（实际值）偏高，由于高压系统长时间处于氨碳比失调（偏低）状态，高压系统压力上涨较快，并有持续上涨的趋势——正常情况下高压系统70%负荷出料时其压力稳定在13.50 MPa左右，当时高压系统压力最高涨至14.35 MPa左右，高压系统池式反应器出料组分发生大幅波动，系统CO2转化率明显降低，汽提塔壳侧蒸汽耗量增加，蒸汽耗量由正常工况下的45 t/h涨至56 t/h左右，汽提效率由正常工况下的78%降至48%左右；由于CO2转化率及汽提塔汽提效率大幅下降，过多未反应的氨及CO2窜入中压系统，造成中压系统压力及低压系统压力上涨过快，最终低压系统超压联锁封塔停车。
3.2 中压分解塔液位调节阀故障
华鹤煤化中压分解塔液位调节阀（LV65102）为带手轮气动薄膜执行机构，其主要作用是控制中压分解塔液位。LV65102相关参数：设计温度190 ℃（阀前温度144 ℃），设计压力2.8 MPa（阀关闭压差2.8 MPa），设计流量133 m3/h、最大流量160 m3/h，阀后汽化率7.2%；气源压力0.7 MPa，输入信号（电流）4～20 mA；阀门口径6″，阀体压力等级ASME B16.5，泄漏等级ANSI Class IV。
2024年9月15日，尿素装置加负荷过程中，LV65102出现故障，其流量突增，瞬间导致低压精馏塔负荷突升，流量增量为20 m3/h左右，尿液中未充分闪蒸的氨及CO2一同窜入低压精馏塔，大量的氨及CO2在低压精馏塔内闪蒸，导致低压系统超压。后经现场检查发现，LV65102定位器工作不正常。LV65102带有阀门定位器，定位器前仪表空气管线上安装有空气过滤减压阀，定位器作为一种气动薄膜调节压力的辅助装置，内部主要由主阀和导阀组成，通过这两部分的相互作用来调节弹簧压力，从而实现对气体（仪表空气）减压和稳压的功能[1]。由于当时尿素装置处于检修后开车阶段，LV65102的保温不佳（为赶进度未落实保温伴热措施，外加夜晚环境温度低于0 ℃）及检查调试工作不够细致，LV65102的密封不良，空气滤网几乎被完全堵死，仪表空气无法过滤减压，继而影响定位器的正常工作——由于仪表空气压力波动较大，波动范围在0.28～0.68 MPa，导致LV65102阀位大幅波动，一方面，由于阀位波动大，大量尿液进入低压精馏塔造成其负荷过高，进而导致低压系统压力增高；另一方面，由于LV65102阀后有一定的汽化率，大量的氨及CO2从尿液中闪蒸出来，气相组分增多，也造成低压系统压力升高。
3.3 中压冷凝液收集槽液位显示有误
更多内容详见《中氮肥》2025年第4期