尿素水解制氨系统仪控问题优化

尿素水解制氨系统仪控问题优化

朱长庭 方向明

(浙江浙能长兴发电有限公司，浙江长兴313199)

摘要：针对公司尿素水解制氨系统设计、调试和投运以来出现的仪控多发问题，从设备特性、安装规范、可靠性等方面入手分析影响因素，提出相应的整改优化建议，确保仪控设备工作稳定、SCR系统可靠运行。

关键词：尿素水解；电伴热；结晶；温控模式；热电阻安装；仪表设计安装；优化

0 引言

公司装机容量为4×330MW燃煤机组，均已完成超低排放改造，SCR烟气脱硝装置采用液氨蒸气作为还原剂，配套的液氨储罐存储量超过10吨，构成重大危险源。根据《国家能源局综合司关于切实加强电力行业危险化学品安全治理综合工作的紧急通知》（国能综函安全[2019]132号）推进重大危险源管控和改造规定，公司脱硝尿素制氨改造项目已完成，SCR系统已采用尿素水解系统产品气替代原液氨蒸气，原液氨系统将拆除。脱硝尿素制氨改造项目主要包含：尿素溶液制备系统与尿素溶液储存统、尿素水解系统、蒸汽系统、氨稀释系统等其它辅助系统。

1电伴热系统温度测量控制

尿素水解制氨工艺的典型问题就是尿素溶液和产品气容易结晶。水解系统产品气为氨、二氧化碳和水蒸气的混合气，压力0.35-0.45MPa，对应回凝温度为123-130℃。如产品气低于回凝温度，将形成较强腐蚀性的冷凝物，如持续低至70℃以下会形成固态氨基甲酸铵，可能会堵塞主管路或者仪表测量管路。因此，尿素水解反应器本体及配套仪表应设置保温和伴热系统1，除产品气主管线采用蒸汽伴热外，还设计大量电伴热防堵，确保尿素溶液管线伴热温度维持在35℃，尿素溶液泄压、排污管线伴热温度维持在70℃，产品气管线和气相泄压管线伴热温度维持在140℃。

1.1电伴热温控模式由就地优化为DCS控制

电伴热系统习惯采用就地控制模式，水解器本体设计7路连续运行的铠装电伴热带，并在相应管线绑扎热电阻测温元件，通过就地温控器调节电伴热的加热功率，功率输出采用机械接触器通断控制，电伴热温度控制偏差达5℃以上，系统能耗偏大，可靠性较低。

鉴于电伴热温度控制的重要性，要求更改设计，将改造项目所有电伴热系统的温度测点上传到DCS控制系统，实现控制室集中监控，减少了运行人员的日常巡检工作量。

优化设计后，电伴热加热管道温度由热电阻测量后进入DCS系统RTD卡件，温度目标值由运行人员在DCS画面M/A站设置，DCS系统根据温度测量值和目标值偏差进行PID计算，PID输出温度调节指令经AO（4~20mA）卡件送至就地电子功率控制模块控制输入端，功率控制模块电源输入端接空气开关、功率输出端接伴热带，输出端加热电压根据调节指令连续调节，实现各电伴热温度的PID连续高精度控制。功率控制模块采用大规模集成电路及固态继电器，功率输出和短路保护功能完善，相比接触器具有极高的稳定性和可靠性。

1.2电伴热热电阻安装方式由固定板绑扎优化为集热块焊接方式

调试及试运期间对各伴热系统温度历史趋势跟踪分析，发现溶液输送系统和水解器本体部分电伴热温度调节曲线性能指标变差，尤其是水解器本体导波雷达液位计电伴热温度上下波动较大无法稳定，排除PID参数设置问题后从DCS外部寻找排查原因。检查伴热带正常，拆除液位计保温外壳和材料，发现该处电伴热测温热电阻元件是贴片绑扎方式，由于安装条件差，导热贴片没有完全紧贴法兰盘，元件感温部分接触不好造成传热不良，温度反应不及时，造成电伴热温度自动调节过调和振荡。

检查水解器本体及尿素溶液输送系统所有电伴热测温元件，发现元件头部一体的平面固定板均采用扎带绑扎固定，不符合金属壁温度测温元件安装工艺规范，应采用固定板焊接方式或焊接插座带可动卡套安装方式2，确保可靠的热传导。

1.3电伴热热电阻测点位置的代表性和长度优化

DCS系统尿素溶液供给管道电伴热系统调节未见异常，但发生了溶液输送管道至#4水解器本体进口阀门处结晶堵塞,导致水解器尿素溶液补给中断。由于尿素溶液供给管线在进口阀门前设有至溶液储罐的回流管道，测点温度不能准确反应整个供给管段尤其是尾部进口阀门区域的管壁温度,通过后移该测点位置至尿素水解器本体进口阀门结晶堵塞部位，优化了测量代表性问题。

考虑介质经保温散热影响及管壁温度测量的代表性,建议管道前置测点适当后移并增加分段管线电伴热温度测点，确保电伴热温度检测的真实、可靠，可以减小后续伴热带检查更换时保温及敷设工作量，节省人力和物力成本。

2  仪表设计安装

2.1至SCR计量模块产品气流量计高温环境优化

#1机组尿素水解系统投运不久后，至锅炉SCR计量模块产品气质量流量计至DCS数据多次出现间歇性到零并持续后自行恢复，见图3左侧。

在对流量计进行几次较长时间蒸汽吹扫后，间歇故障现象仍然没有消除，DCS信号最终反而变成坏值，排除了流量计检测腔室附有脏物或结晶堵塞的可能。进一步排查发现质量流量计表头温度偏高，用点温枪测量外壳温度高达75℃，查阅流量计说明书，一体型表计要求铝外壳温度范围为-40-60℃，再用诊断软件连接发现内部电路板温度达85.6℃，已经导致主板高温失灵。

溯源认为，由于一味地考虑保温防止结晶，保温设计施工非常严密，流量计仅需检测腔室可靠保温的情况下其它部分也被纳入了保温范围，加之仪控设计选型未采用分体式仪表，属于典型的设计缺陷。鉴于现场设备安装的实际情况，为加强表头散热，拆除检测腔与表头连接块处的保温，将表头部位全部外露，全部旋下表头两侧端盖，临时用塑料布包扎防雨，经过这样的临时降温处理后，表计恢复正常检测。

2.2至SCR计量模块前产品气母管压力取压管结晶伴热优化

至锅炉SCR计量模块前产品气母管均设计一个法兰式压力变送器，首批两台投运后都发生该点信号偏低或不随水解器出口压力变化，检查发现法兰式压力变送器隔膜与前手动隔离阀之间的变径管已严重结晶堵塞，安装时该测点垂直于产品气母管的取压管道未设计蒸汽伴热和电伴热，属于又一典型的设计缺陷。利用系统停运机会，已对四台机组测点全部加装蒸汽伴热旁路短管，同时建议取消过渡变径管，尽量减少取压管长度，降低结晶的可能性。

2.3 水解器本体加热蒸汽流量测量孔板安装位置优化

每台水解器蒸汽进汽管路都安装有一个加热蒸汽流量测量孔板，出厂时安装在手动隔离阀前。由于四台机组水解器采用母管制供汽，母管至各水解器蒸汽流量孔板前未设计隔离阀，一旦蒸汽流量测量孔板差压取压管路出现泄露就无法单独隔离处理，需停运所有水解器，给机组运行带来严重的安全隐患。

发现隐患后，立即安排在液氨系统拆除前停运四台机组尿素水解系统，将各水解器手动隔离阀安装在蒸汽流量测量孔板前。

3．其它优化建议

3.1水解器运行过程中，产品气管线电伴热仅用于补充管线的热损失，在短距离输送范围内无法实现对介质进行加热，因此在水解器较低负荷运行时会出现产品气出口温度偏低的情况。由于介质一直处于流通状态且温度并未长期低于回凝温度，因此不会造成管线腐蚀和结晶堵塞的情况。如需提高低负荷时产品气出口温度，可在水解器本体产品气出口管段加装蒸汽伴热辅助电伴热来解决温度偏低的问题。

3.2 尿素水解系统电子室如果布置在尿素溶解、溶液储存、疏水排污等公用系统设备附近，应设置通风装置1，进出电子室的电缆沟要注意隔离这些区域（或不用电缆沟而采用地面桥架），防止疏水排污、高温废水溢入电缆沟而发生氨气逃逸至电子室，造成机柜内部结露凝水、腐蚀卡件和刺激人体呼吸道。

参考文献：

【1】DL∕T_2281-2021,燃煤电厂烟气脱硝尿素水解技术规程[S]．

【2】叶江祺．热工测量和控制仪表的安装（第二版）[M]．北京：中国电力出版室，1998．