摘要：通过系统各工段的分析和优化控制以及实施多项技术改造，使尿素产品中缩二脲含量大幅降低，最终达到国标优等品的标准。
关键词：优化；控制；改造；缩二脲；
一、各工段缩二脲含量及系统的优化调整措施
1.1 各工段缩二脲含量
为了分析缩二脲含量与设计值偏差较大的原因，从各工段的分析数据入手，逐个进行查找分析。各工段缩二脲含量与设计值对比见表1。
表1中数据说明，物料在出合成塔后各工段的缩二脲含量与设计值都有偏差，特别是尿液储槽至终端产品，缩二脲含量比设计值高出不少。因此，要解决缩二脲高的问题必须从最前段工艺操作条件调整着手，逐段减少缩二脲的生成，最终达到解决产品中缩二脲高的问题。
1.2 装置优化调整措施
1）高压系统的优化调整。高压系统氨碳比在试车期间控制在3.12~3.15，为了提高物料中游离氨的含量，来降低缩二脲的生成，将高压系统出塔氨碳比调整到3.15~3.2。通过调整，合成塔出液缩二脲含量平均降低0.02%。高压系统出塔氨碳比调整前后缩二脲含量对比见图1。
表1 系统各工段缩二脲含量设计值与实际值对比
图1 高压氨碳比调整前后缩二脲对比
同时为降低汽提塔出液缩二脲含量，在低压系统调整余地足够的情况下，控制汽提塔出液温度由174℃降至172℃以内。调整后汽提塔出液缩二脲含量平均降低0.03%。汽提塔温度 调整前后缩二脲含量变化见图2
图2 氨碳比提高后汽提塔温度调整前后缩二脲对比
2）低压系统的优化调整。对低压精馏加热器出液物料温度加强了控制，保证低压精馏加热器出液温度控制在133℃以内；同时低压精馏加热器出液液位控制在30%为宜。通过调整，此处缩二脲含量与设计值偏差很小了。
3）蒸发造粒系统的优化调整。
（1）调整一、二段加热器温度控制。通过查系统尿素—水的三相平衡，物料在蒸发系统的一段和二段工作环境下结晶温度分别为119.8℃和132.4℃，因此提出将一段温度适当降低至125℃左右，二段温度降低至135℃左右进行控制。从实际运行效果观察，即保证物料在结晶温度之上操作，又减缓了缩二脲的生成。
（2）上塔夹套蒸汽压力的调整。在调整蒸发一、二段温度后，对比发现当二段出液温度在135℃时，造粒温度上升到137.5℃左右，这样的温升对99.5%浓度的熔融尿液缩二脲含量的增长有些明显。因此进一步调整了上塔管线夹套蒸汽的压力，并经过多次尝试，在全部关闭上塔夹套蒸汽的情况下，造粒温度仍然比二段出液温度高出0.5℃，这样既保证了物料在上塔管线里的安全，同时也有效抑制了缩二脲含量的增长。
（3）二段出液液位测量值调整。熔融尿素泵进口液位测量值由15 m改为12 m，最后修改为7 m，目的是保证熔融尿素泵在安全运行的前提下缩短物料在此的停留时间，最大限度抑制缩二脲的生成。通过对蒸发系统多项优化操作措施实施后，蒸发系统缩二脲的增加值平均下降了0.1%。见图3。
图3 蒸发系统调整前后缩二脲含量对比
对系统高压、低压、蒸发以及上塔夹套蒸汽调整后，各工段缩二脲含量都有显著下降。表2是调整前后各工段缩二脲含量情况对比（取平均值）
表2 工艺调整前后缩二脲含量情况对比
二、各工段设备状况对缩二脲含量的影响
分析表2中的数据可知，物料从尿素溶液储槽出液到一段蒸发分离器出液，缩二脲含量设计增加值为0.14%，而实际增加值达0.2%，从一段蒸发分离器出液到二段蒸发分离器出液设计增加值为0.11%，实际增加值为0.25%~0.3%；上塔管线设计增加值0.3%，而实际值仅为0.2%。要解决蒸发系统缩二脲增长量较高的问题，除工艺上进行调整外，还必须从设备改进着手，降低物料在设备和管线里的停留时间。经对系统运行状况的分析，其中尿素溶液储槽B容积960 m3，在蒸发短时间转循环后，增加了一台小打量的尿液泵后，仍然不利于将这股物料及时的并入系统，使物料在尿素溶液储槽B里积存时间过长，缩二脲增加值明显；一、二段蒸发分离器中液滴收集器的出液管是直径25.4 mm的管线，在消缺时打开设备发现液滴收集器里有尿液积存，对缩二脲的影响也比较大。最终提出一、二段蒸发加热器分别按照20%和15%的比例堵管，蒸发加热器“U”型管底部整体提升5m，尿素溶液储槽B储罐分隔出容积100 m3的小罐，一、二段蒸发分离器中液滴收集器的出液管直径由25.4 mm改为50.8 mm管线等技术改造方案，以减少物料在系统中的停留时间，抑制缩二脲的生成。
三、蒸发系统改造
3.1 一、二段蒸发加热器堵管方案
一段蒸发加热器共有1 903根加热管，分有A、B两段加热，上部分通过低压蒸汽加热，下部分通过高调水加热。根据计算换热面积，按照20%的堵管（共堵管380根）方案进行是安全的。堵管按照从外围第一圈满堵共142根，第二圈满堵共128根，第三圈采取堵4根空1根再堵4根的方式进行。堵管时必须要将每根列管上下两端的管口都密封到位，以防列管结晶堵塞。
二段蒸发加热器共有541根加热管。为确保物料在“U”型管里的流阻不至于增加过大，按照15%的方案实施堵管（共堵管81根）。堵管按照外围第一圈满堵共70根，第二圈采取堵1根空6根再堵1根的方式进行。
堵管材料的选用。为保证所堵加热管的堵头在运行时不会被物料冲刷掉，选择了比较耐冲刷腐蚀且强度较高的聚四氟乙烯棒并按照列管管口内径进行加工。首先自制了一套简易装置试验堵管方案的可行性。图4为试验装置
选用与一、二段蒸发加热器列管管径相同的管材，在两端紧塞加工成型的锥形棒，通过低压冲洗水接头向管内充水至压力到0.7 MPa时关水，保持管内压力在0.7 MPa以上24 h，观察用于堵管的锥形棒是否完好的保留在管口位置。第一次加工的聚四氟乙烯棒由于锥形尺寸选择问题，在充压到0.5 MPa时就将堵头冲掉；第二次重新调整了聚四氟乙烯棒的锥度使其接触面积更大，结果试验非常成功，锥形堵头在管子承压0.75 MPa并保持24 h后仍完好的保留在管口处。于是采用了此种方式进行堵管。表3是用于蒸发一、二段加热器列管堵管的聚四氟乙烯材料锥形棒尺寸。
需要说明的是二段蒸发加热器下管口内因有喷嘴，因此上下列管管口内径尺寸差别比较大。
3.2 蒸发“U”型管整体提升技术改造
蒸发“U”型管原始长度为34.5 m，通过重新对“U”型管里物料液封高度进行了核算，提出了“U”型管底部整体提升5 m使其长度缩短至25.8 m的方案。“U”型管改造后，根据物料停留时间与流速、管线长度关系式粗略估算物料缩短的停留时间为：
式中：h—物料停留时间，s；
H—管线长度，mm；
Q—物料流量，mm3/s；
r—管线半径，mm。
按照上述进行的理论计算，在“U”型管有效长度减少8.7 m的基础上，尿液的停留时间理论上会缩短7.23 s。显然这对抑制尿液中缩二脲增长有极大的帮助。
“U”型管工程改造同时包括甲醛加入管线、温度探头等一切配套设施重新进行了配管改造，各位置点没有做大的改动。
参考文献：
[1]郝利川，杨应奎.尿素产品中缩二脲的控制及技术改造[J].大氮肥，2013，36（05）
论文作者:冷兴丽
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/7
标签：物料论文; 含量论文; 工段论文; 加热器论文; 二段论文; 系统论文; 尿素论文; 《基层建设》2018年第34期论文;