吳 迎，劉三軍，周啟春

（中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北武漢 430223）

興安博源30·52尿素裝置設(shè)備布置和管道設(shè)計(jì)總結(jié)

吳 迎，劉三軍，周啟春

（中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北武漢 430223）

在對(duì)興安博源30·52尿素裝置設(shè)備布置及管線設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行討論，可為同類尿素裝置的設(shè)備布置及管線設(shè)計(jì)提供參考。

尿素裝置；設(shè)備布置；管線設(shè)計(jì)；設(shè)備吊裝；防火等級(jí)

興安博源30·52尿素裝置是中國(guó)五環(huán)工程有限公司的總承包項(xiàng)目，該項(xiàng)目在尿素裝置的設(shè)備布置及管線設(shè)計(jì)方面具有自身的特色，現(xiàn)對(duì)博源尿素裝置的設(shè)備布置及管線設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并重點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行討論，供同行參考。

1 尿素裝置設(shè)備布置和管線設(shè)計(jì)總體度

無(wú)論采用什么工藝方案及生產(chǎn)規(guī)模，尿素裝置的設(shè)備布置要素均是大型（博源尿素裝置7跨X 3跨）、高層（博源尿素裝置11層總高度66 m）框架布置。管線設(shè)計(jì)要點(diǎn)為，GC1（3）類（高壓）管線，大口徑管線，夾套管線，坡度管線，大量伴熱管線；管線材質(zhì)為尿素級(jí)材料（一般需要國(guó)外采購(gòu)）。高層框架設(shè)備布置難度大，管線等級(jí)高、管線危險(xiǎn)系數(shù)大（GC1類管線，需要4級(jí)簽署）?？傮w而言尿素裝置設(shè)備布置及管線設(shè)計(jì)難度大，復(fù)雜程度高。

2 尿素裝置設(shè)備情況

尿素裝置的設(shè)備多（博源項(xiàng)目約有81臺(tái)），設(shè)備類型復(fù)雜（基本涉及到所有設(shè)備類型），高壓設(shè)備（博源項(xiàng)目有4臺(tái)）體積大、荷載重且均布置在框架內(nèi)，吊裝有難度。

2.1 四臺(tái)高壓設(shè)備情況

（1）尿素合成塔。設(shè)計(jì)壓力16．1 MPa，設(shè)計(jì)溫度191℃；規(guī)格φ2 800 mm，H約35 964 mm；重426 t；筒體Q345R（層板），X2Cr Ni Mo25-22-2（襯里）。

（2）汽提塔。設(shè)計(jì)壓力16．5 MPa（管程），設(shè)計(jì)溫度229℃；規(guī)格φ2400 mm，H約12363 mm；重152 t；殼體Q345R（層板），管箱20Mn MoIV（Q345R）＋X2Cr NiMo25-22-2，換熱管X2Cr Ni-Mo25-22-2。

（3）高壓冷凝器。設(shè)計(jì)壓力16．4 MPa（管程），設(shè)計(jì)溫度198℃；規(guī)格φ2050mm，H約17720 mm；重133 t；殼體Q345R，管箱20MnMoIV（Q345R）＋X2Cr NiMo25-22-2，換熱管X2Cr NiMo25-22-2。

（4）高壓洗滌器。設(shè)計(jì)壓力16．1 MPa（管程）；設(shè)計(jì)溫度198℃；規(guī)格φ2 800 mm，H約10530 mm；重59 t；殼體Q345R，管箱20MnMoIV（Q345R）＋X2Cr NiMo25-22-2，換熱管X2Cr Ni Mo 25-22-2。

2.2 動(dòng)設(shè)備情況

尿素裝置中的關(guān)鍵離心泵為高壓氨泵和高壓甲銨泵，輸送的介質(zhì)有毒，并有腐蝕性，且泵的揚(yáng)程較高。高壓氨泵和高壓甲銨泵均采用多級(jí)離心泵，密封采用機(jī)械密封，泵與電機(jī)之間通過(guò)齒輪箱增速。高壓泵的揚(yáng)程較高，有一定的制造難度，且國(guó)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，為保證設(shè)備的安全可靠性，高壓氨泵和高壓甲銨泵及高壓甲銨噴射器均為國(guó)外引進(jìn)。

2.3 尿素裝置管線情況

（1）輕度危害介質(zhì)管線：AM氨；CA甲銨；CY化學(xué)污水；DR導(dǎo)淋；PG工藝氣體；RV釋放氣體；US熔融尿素／尿素溶液。

（2）熱力介質(zhì)管線：ES透平抽出蒸汽；LPS低壓蒸汽；RS低壓減壓蒸汽；S蒸汽；SC蒸汽冷凝液。

（3）常規(guī)介質(zhì)管線：A工藝空氣；CD二氧化碳；CWR冷卻回水；CWS冷卻上水；DW脫鹽水；IA儀表空氣；N氮?dú)?；OW含油污水；PA工廠空氣；PC工藝?yán)淠?；PW飲用水；V放空氣體。

3 設(shè)備布置及設(shè)備吊裝

尿素裝置設(shè)備布置主要要考慮4臺(tái)高壓設(shè)備的進(jìn)出口的位差，需通過(guò)在框架內(nèi)不同樓面上的支撐給予充分必要地滿足。

3.1 汽提塔

3.1.1 汽提塔支撐標(biāo)高確定的商酌

汽提塔支撐點(diǎn)標(biāo)高（4臺(tái)高壓設(shè)備標(biāo)高關(guān)系鏈的底端）的確立，是整個(gè)尿素裝置框架高度確定的關(guān)鍵點(diǎn)。

為了降低框架高度而將汽提塔標(biāo)高定得過(guò)低，可能會(huì)造成汽提塔底部管線設(shè)計(jì)無(wú)法按要求設(shè)計(jì)——汽提塔底部空間需要考慮高壓管線大半徑彎曲半徑以及高壓角閥的設(shè)計(jì)和操作空間。如果將汽提塔定得過(guò)高，會(huì)造成整體框架高度的升高，增加高層樓層設(shè)備吊裝的難度，以及增加整個(gè)裝置的土建材料等費(fèi)用。

3.1.2 汽提塔的結(jié)構(gòu)支撐需要關(guān)注

汽提塔總荷載為152 t，4個(gè)支座支撐在樓面上，設(shè)備筒體穿越支撐樓面。對(duì)于結(jié)構(gòu)專業(yè)而言，如此重型荷載設(shè)備在穿越樓面開(kāi)孔處設(shè)置設(shè)備支撐，為了安全起見(jiàn)，基本不考慮支撐點(diǎn)齊平樓面的設(shè)計(jì)方案，而是用工字鋼搭接支撐框架放置于樓面設(shè)備開(kāi)孔處，然后重型荷載設(shè)備放置于支撐框架上，形成我們口語(yǔ)中常說(shuō)的八字梁。需要注意的是，由于汽提塔荷載較重，八字梁高度的設(shè)計(jì)也相應(yīng)較高，博源項(xiàng)目中該八字梁高588 mm。

3.1.3 汽提塔的吊裝有難度

汽提塔位于整個(gè)尿素裝置高層框架的低部樓層處，設(shè)備筒體至少穿越2層樓面，其筒體中心軸線正上方2層樓面處就是尿素合成塔支撐樓面。由于尿素合成塔總荷載為426 t，尿素合成塔支撐樓面支撐梁高度比較高（最高處為1 900 mm），該樓面不能有活動(dòng)梁的設(shè)置，因此，一旦汽提塔設(shè)備筒體的長(zhǎng)度大于汽提塔支撐樓面與合成塔支撐樓面之間的距離，汽提塔是不能夠采用由吊車(chē)垂直起吊到相應(yīng)高度再平移至支撐樓面上方就位的吊裝方案。如果出現(xiàn)這樣的狀況，汽提塔的吊裝需要考慮從底部斜拉上去就位的方案，此種情況需要考慮斜拉角度、邊平移邊斜拉上升、斜拉吊點(diǎn)的定位等，需要進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算。建議與結(jié)構(gòu)專業(yè)、施工方以及業(yè)主討論并得出確認(rèn)方案。

3.2 尿素合成塔

3.2.1 尿素合成塔地腳螺栓定位

尿素合成塔底部支座上大數(shù)量、高強(qiáng)度地腳螺栓的定位，應(yīng)注意定位是否與合成塔支撐梁有干涉。由于合成塔總荷載為426 t，博源項(xiàng)目合成塔東西支撐梁高1 800 mm、南北支撐梁高1 900 mm、環(huán)梁高1650 mm，這些梁比較集中地布置在尿素合成塔的支撐樓面該設(shè)備底部，需要核對(duì)地腳螺栓的定位，如果有干涉，需要調(diào)整地腳螺栓的定位角度。

3.2.2 尿素合成塔的吊裝

重荷載超高設(shè)備的吊裝，一般考慮吊車(chē)起吊到相應(yīng)支撐樓面高度以上再平移至框架內(nèi)就位。合成塔支撐樓面以上吊裝入框架區(qū)域梁均需要設(shè)置活動(dòng)梁。

3.3 高壓冷凝器

3.3.1 高壓冷凝器支撐點(diǎn)的確定

通過(guò)合成塔的底部氣體管口和高壓冷凝器的底部氣體管口的一致性［15U3D等級(jí)，10″（注：1″＝25．4 mm）］確定下來(lái)。

3.3.2 高壓冷凝器與兩端對(duì)稱布置的2臺(tái)低壓蒸汽包的布置

高壓冷凝器與兩端對(duì)稱布置的2臺(tái)低壓蒸汽包的布置，間距與支撐標(biāo)高的設(shè)定，需要考慮到大口徑低壓蒸汽（LPS）管口對(duì)接所引起的應(yīng)力推力、應(yīng)力轉(zhuǎn)矩等因素。要點(diǎn)是，此3臺(tái)設(shè)備支撐點(diǎn)標(biāo)高設(shè)計(jì)成一致；設(shè)置膨脹節(jié)。但需要注意的是，由于管徑較大（2″），又是低壓蒸汽管線，該處膨脹節(jié)的長(zhǎng)度較長(zhǎng)（1 500 mm），此3臺(tái)設(shè)備的定位間距需考慮充分，否則會(huì)增加相關(guān)專業(yè)（布置、土建、設(shè)備、應(yīng)力專業(yè)）處理的難度。

3.4 高壓洗滌器

3.4.1 高壓洗滌器大蓋

高壓洗滌器位于整個(gè)高層框架的最上部，且頂部大蓋需要拆卸，該大蓋重約3 t。在大蓋所在樓面需要設(shè)置放置大蓋的重載區(qū)域，并且高壓洗滌器頂部上層樓面的梁下需要設(shè)置電動(dòng)葫蘆軌道和電動(dòng)葫蘆。

3.4.2 高壓洗滌器上部大蓋（封頭）管口

高壓洗滌器上部大蓋（封頭）管口連接的高壓甲銨溶液管線來(lái)自高壓甲按泵。該管線（15U3）上靠近大蓋頂部管口的止回閥無(wú)論是直通式還是角式，均需設(shè)計(jì)在可以操作與方便拆卸的地方（樓面上，或者設(shè)置操作平臺(tái)），同時(shí)又要滿足工藝上最近距離的要求。

4 尿素裝置的防腐設(shè)計(jì)

與磷酸項(xiàng)目對(duì)于防腐問(wèn)題（防腐區(qū)域劃分研究、防腐材料的慎重選用、防腐細(xì)節(jié)的強(qiáng)調(diào)）的重點(diǎn)關(guān)注不同，尿素裝置中僅尿素熔融泵區(qū)域需要防腐設(shè)計(jì)。

5 尿素裝置防火等級(jí)及相關(guān)問(wèn)題

（1）與煤氣化裝置對(duì)于防火等級(jí)問(wèn)題的重點(diǎn)關(guān)注不同，尿素裝置防火等級(jí)劃分基本無(wú)異議無(wú)擦邊球。

（2）尿素主廠房。生產(chǎn)類別乙類；耐火等級(jí)一級(jí)；火災(zāi)類別C類；危險(xiǎn)等級(jí)嚴(yán)重危險(xiǎn)；3部疏散樓梯。

（3）造粒塔。生產(chǎn)類別丙類；耐火等級(jí)二級(jí)；火災(zāi)類別C類；危險(xiǎn)等級(jí)中危險(xiǎn)；1部疏散樓梯，1部電梯。

（4）高層框架構(gòu)筑物需要根據(jù)構(gòu)筑物面積、構(gòu)筑物層數(shù)、構(gòu)筑物高度等設(shè)計(jì)疏散樓梯，疏散樓梯個(gè)數(shù)及其布置需要與建筑專業(yè)商榷。

（5）高層框架構(gòu)筑物是否需要維護(hù)及其維護(hù)區(qū)域，需要與業(yè)主及建筑專業(yè)商榷。

6 尿素裝置爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的劃分

整個(gè)尿素主廠房包括底層2層通風(fēng)良好封閉泵區(qū)和通風(fēng)良好的造粒噴頭層封閉區(qū)域，均劃分為氣體爆炸危險(xiǎn)環(huán)境2區(qū)。因造粒塔樓梯間有數(shù)量較多的輸送爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)管道的法蘭釋放源，且緊鄰造粒噴頭層，確定該樓梯間為氣體爆炸危險(xiǎn)環(huán)境2區(qū)，造粒塔電梯亦要求防爆。

7 結(jié)束語(yǔ)

興安博源30·52尿素裝置的設(shè)備布置及管線設(shè)計(jì)是一個(gè)較為完善的工程設(shè)計(jì)案例，可為同類尿素裝置的設(shè)備布置及管線設(shè)計(jì)提供參考。

Design Summary of Equipment and Pipes in the 30·52 Urea Plant

WU Ying,LIU San-jun,ZHOU Qi-chun
（Wuhuan Engineering Co．，Ltd．，Wuhan Hubei 430223，China）

Based on the simple description of the 30·52 urea equipment layout and piping design in the Xingan Boyuan Chemical Co．，Ltd，emphatically discuss the key points of the design process and precautions，which would be a reference for the similar equipment layout and piping design in the urea plant．

urea plant；equipment layout；piping design；lifting equipment；fire rating

TQ441．41

B

1003-6490（2014）01-0056-03

2013- -

吳 迎（1973－），女，湖北武漢人，高級(jí)工程師，主要從事設(shè)備和管道布置設(shè)計(jì)工作。