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600 kt/a尿素裝置設(shè)計建設(shè)總結(jié)

畢志偉劉杰杜志悅

(河北東光化工有限責任公司061600)

河北東光化工有限責任公司(以下簡稱東光公司)原有2套尿素生產(chǎn)裝置，年尿素產(chǎn)能可達800 kt。2013年，新增1套600 kt/a尿素生產(chǎn)裝置，總投資1.06億元。該項目于2013年3月基建動土施工，2013年11月開始設(shè)備安裝，于2014年7月29日一次開車成功，尿素總產(chǎn)能達到1 000 kt/a以上。目前，600 kt/a尿素生產(chǎn)裝置日產(chǎn)尿素2 100 t左右，噸尿素氨耗<570 kg，噸尿素蒸汽消耗<1 250 kg，實現(xiàn)了建設(shè)周期短、穩(wěn)定高產(chǎn)、低耗節(jié)能、投資少、見效快的目標。

1 尿素工藝設(shè)計路線

1.1提高尿素合成轉(zhuǎn)化率

綜合原有2套尿素生產(chǎn)裝置多年的運行經(jīng)驗，新建裝置的尿素合成塔采用GC型高效翅片塔盤和雙合成塔并聯(lián)工藝，單塔生產(chǎn)強度<13 t/(d·m3)，可將尿素合成轉(zhuǎn)化率提高至66%以上。經(jīng)計算，合成轉(zhuǎn)化率每提高1%，中壓分解吸收負荷可降低4%左右，一分塔噸尿素蒸汽消耗可降低30 kg，噸尿素減少合成循環(huán)量50 kg、冷卻水消耗3 m3、電耗7 kW·h。因此，提高合成轉(zhuǎn)化率是提高尿素產(chǎn)量、降低尿素各項消耗最為重要的技術(shù)措施之一。

1.2采用自汽提工藝設(shè)備

原2套尿素裝置均采用自汽提工藝，裝置運行穩(wěn)定，蒸汽消耗低，因此，600 kt/a尿素裝置的中、低壓分解設(shè)備仍采用降膜式自汽提工藝。自汽提一、二分塔的工作原理是通過液膜器對尿液精確計量，旋流使尿液呈降膜狀態(tài)分布，尿液在加熱分解過程中自上而下作降膜式流動，由于過剩氨的原因，邊加熱邊分解出的富氨氣體對二氧化碳產(chǎn)生一定的汽提作用，類似于氨汽提工藝，屬于自汽提范疇，此種汽提作用可使一分塔甲銨分解率由88%提高至95%。

自汽提一、二分塔的主要優(yōu)勢是分解方面提高了蒸汽利用率，降低了蒸汽消耗。自汽提一分加熱器進口蒸汽壓力低(平均0.650 MPa)，比原一分加熱器蒸汽設(shè)計壓力(1.275 MPa)降低了53%。以表觀有效傳熱溫差計，改進型自汽提一分塔溫差實際僅為8.6 ℃，較原預(yù)蒸餾塔換熱段的設(shè)計溫差(35.0 ℃)縮小了75%，證明了改進型自汽提一分塔的膜傳熱系數(shù)比一分加熱器有大幅提高，甚至超過了板式薄壁型換熱設(shè)備的傳熱系數(shù)，降膜式換熱工藝對蒸汽節(jié)約效果顯著。

1.3采用預(yù)分氣噴射器

利用預(yù)分離氣相作為動能，抽吸噴射汽提塔換熱后的分解氣，使噴射汽提塔內(nèi)形成相對真空狀態(tài)，以提高水解氣與管程尿液的傳質(zhì)和傳熱效果，最終達到節(jié)約蒸汽的目的。

1.4采用降膜式閃蒸器

采用降膜式閃蒸回收一分氣和二甲液的甲銨反應(yīng)熱及潛熱，其原因是進入降膜式閃蒸器的尿液溫度低，與甲銨液換熱溫差大，有利于甲銨熱的回收。最早工藝路線是一分氣、二甲液進入一段蒸發(fā)熱能利用段，是因為蒸發(fā)系統(tǒng)僅有兩段蒸發(fā)，進入一段蒸發(fā)熱能利用段比較合適。為了充分利用熱能，改為三段蒸發(fā)，一分氣和二甲液進入閃蒸熱能利用段回收甲銨熱，一級膨脹蒸汽進入一段蒸發(fā)熱能利用段，實現(xiàn)熱能利用最大化，使甲銨反應(yīng)熱和低壓蒸汽在合適的工藝條件下發(fā)揮最大作用，蒸發(fā)工段噸尿素蒸汽消耗可降低約50 kg。

1.5采用二甲液預(yù)熱器

利用二分氣加熱二甲液，可使二甲液溫度由35～45 ℃上升至80～90 ℃。加熱后的二甲液可將閃蒸熱利用段的氣液混合物溫度提高5～10 ℃，有利于提高熱能利用率。

1.6增設(shè)一甲液高效混合器

采用回流氨水二次吸收工藝，使一吸塔出氣CO2體積分數(shù)降低至50×10-6以下。一吸冷卻器的氣液混合物經(jīng)一甲液高效混合器與氨水混合吸收，使進入一吸塔的甲銨液組分更合理、穩(wěn)定，大大優(yōu)化了一吸塔操作，保證一甲泵穩(wěn)定運行和尿素裝置的穩(wěn)產(chǎn)低耗。

1.7采用惰氣精洗器

出惰洗器的惰性氣在0.4 MPa壓力條件下被來自精洗泵的表冷液冷卻、吸收后，放空氣中氨含量大幅降低，噸尿素氨耗可降低5～8 kg。精洗器無法像惰洗器那樣靠保持足夠高的氨濃度來避開爆炸區(qū)，而是依靠精洗后惰氣中的N2起作用，由于尾氣中N2含量不穩(wěn)定，故必須加強防爆設(shè)施，其核心技術(shù)是利用保護性氣體的微壓差和內(nèi)防爆板的液封作用，設(shè)計成多罩帽永久性內(nèi)防爆裝置，既保證了安全生產(chǎn)，又根除了原惰洗器防爆板易破、易失效的問題。精洗后的尾氣直接送放空總管放空。

2 尿素工程建設(shè)經(jīng)驗總結(jié)

2.1正確決策及建設(shè)目標

為實現(xiàn)打造河北最大氮肥企業(yè)的目標，東光公司決定上馬“40·60”項目，建設(shè)的中心思想是節(jié)能降耗、低成本穩(wěn)定運行、節(jié)省投資。因此，根據(jù)多年生產(chǎn)實踐的積累，并借鑒兄弟企業(yè)的經(jīng)驗，決定尿素裝置采用改進型水溶液全循環(huán)工藝；同時，為縮短建設(shè)周期，邊設(shè)計、邊建設(shè)，實現(xiàn)投資少、投產(chǎn)快、運行好、效益高的建設(shè)目標。僅尿素裝置采用水溶液全循環(huán)法投資比汽提裝置節(jié)約2億元左右。

決策錯誤是造成浪費的根源，因此，項目建設(shè)技術(shù)決策尤為重要。東光公司在總結(jié)本企業(yè)“18·30”工程生產(chǎn)及建設(shè)經(jīng)驗基礎(chǔ)上，廣泛采用其他氮肥企業(yè)選用的先進、成熟、適用的技術(shù)，通過消化、吸收、比較、借鑒，制定出既先進適用又經(jīng)濟合理的工藝路線和技術(shù)方案。

600 kt/a尿素裝置選用的工藝路線：尿素高壓合成塔→預(yù)分離器→噴射汽提塔→自汽提一分塔→自汽提二分塔→降膜式閃蒸器→一段蒸發(fā)器→二段蒸發(fā)器→熔融泵→造粒塔噴頭→成品包裝。

改進型水溶液全循環(huán)工藝特點：①雙套尿素高壓合成塔，便于機泵檢修不影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)，也有利于系統(tǒng)穩(wěn)定操作，合理調(diào)節(jié)分配產(chǎn)量負荷；②自汽提一分塔設(shè)備二合一且布置在室外，便于安裝和操作,節(jié)省投資。

2.2堅持甲乙雙方相結(jié)合，優(yōu)化完善設(shè)計

設(shè)計是對擬建工程的實施在技術(shù)上和經(jīng)濟上所進行的全面而詳細安排，把先進技術(shù)和最新技術(shù)成果引入到建設(shè)和生產(chǎn)中，也是組織施工的依據(jù)和投資計劃的具體化，因此，設(shè)計質(zhì)量關(guān)系著工程質(zhì)量和將來裝置的運行效果，是決定其工程成敗的前提。東光公司的做法是將功夫花在開始階段的技術(shù)路線、方案選定上，明確方向目標，協(xié)作各方集中力量以達到不走和少走彎路、建設(shè)自然順利快捷之目的。

設(shè)計院每一步完成的設(shè)計初稿，東光公司馬上召集操作、管理經(jīng)驗豐富的工程技術(shù)人員等分別對工藝流程、平面布置、設(shè)備選型、管道配置、施工方案等進行充分討論，及時與設(shè)計院溝通討論結(jié)果，有利于設(shè)計完善，使設(shè)計與實踐完美結(jié)合，避免走彎路；另一方面，東光公司技術(shù)人員、施工人員提前進入角色，不但可減少安裝施工中的變更、有效節(jié)省投資、縮短建設(shè)周期，而且有利于一次開車成功和投產(chǎn)后的穩(wěn)定運行。

2.3選擇安全可靠 、經(jīng)濟實用的國產(chǎn)化設(shè)備

整套尿素裝置共有設(shè)備70余臺，設(shè)備選型是否經(jīng)濟合理、先進適用關(guān)系到工程投資、安全穩(wěn)定和生產(chǎn)成本的控制。尿素裝置全部使用國產(chǎn)安全高效實用的設(shè)備，大大節(jié)省了裝置投資。對設(shè)備制作進行全程監(jiān)控，嚴把設(shè)備制作質(zhì)量關(guān)，從材料的購進到加工制作、組裝等環(huán)節(jié)，安排專門技術(shù)人員到設(shè)備制作廠家進行驗收監(jiān)督，從而保證了設(shè)備的制作質(zhì)量。

2.4重視開車前的準備，加強生產(chǎn)管理

眾所周知，尿素裝置工藝流程長、設(shè)備多，且相互關(guān)聯(lián)、環(huán)環(huán)相扣，特別是新尿素裝置投產(chǎn)更應(yīng)精心組織，要求確保試車、開車一次性成功。

(1)以人為本，抓好生產(chǎn)組織和人員培訓(xùn)。有了好的裝置設(shè)備，人就是確保順利開車的根本。東光公司及時安排組織人員培訓(xùn)，不僅要求學會現(xiàn)場操作，而且把試車、開車任務(wù)落實到位，讓員工提前熟悉所操作管理的設(shè)備的特點，有利于尿裝置的開車順利并達標達產(chǎn)。

(2)系統(tǒng)開車前，技術(shù)準備充分、完善，包括操作人員的培訓(xùn)、上崗考核、操作規(guī)程和工藝指標的確定及安全教育等，提前安排裝置單機試車、吹除、水聯(lián)動、儀表調(diào)試等工作。

3 結(jié)語

目前，東光公司有2套尿素生產(chǎn)裝置(原250 kt/a尿素裝置退出生產(chǎn)線)，1套為新建600 kt/a尿素裝置，1套為400 kt/a尿素裝置，年產(chǎn)尿素總量達到1 000 kt以上。東光公司堅持樹立科學發(fā)展觀，推進技術(shù)進步，按照循環(huán)經(jīng)濟的理念，走低投入、高產(chǎn)出、不排污的可循環(huán)道路，認真抓效益、抓節(jié)能降耗，科學嚴格管理，使企業(yè)發(fā)展更強勁、更有活力。

收稿日期(2015-04-13)