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600 kt/a尿素裝置設(shè)計(jì)建設(shè)總結(jié)

畢志偉劉杰杜志悅

(河北東光化工有限責(zé)任公司061600)

河北東光化工有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)東光公司)原有2套尿素生產(chǎn)裝置，年尿素產(chǎn)能可達(dá)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(xiàng)目于2013年3月基建動(dòng)土施工，2013年11月開(kāi)始設(shè)備安裝，于2014年7月29日一次開(kāi)車(chē)成功，尿素總產(chǎn)能達(dá)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(shí)現(xiàn)了建設(shè)周期短、穩(wěn)定高產(chǎn)、低耗節(jié)能、投資少、見(jiàn)效快的目標(biāo)。

1 尿素工藝設(shè)計(jì)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，新建裝置的尿素合成塔采用GC型高效翅片塔盤(pán)和雙合成塔并聯(lián)工藝，單塔生產(chǎn)強(qiáng)度<13 t/(d·m3)，可將尿素合成轉(zhuǎn)化率提高至66%以上。經(jīng)計(jì)算，合成轉(zhuǎn)化率每提高1%，中壓分解吸收負(fù)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(xiàng)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(yùn)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(guò)液膜器對(duì)尿液精確計(jì)量，旋流使尿液呈降膜狀態(tài)分布，尿液在加熱分解過(guò)程中自上而下作降膜式流動(dòng)，由于過(guò)剩氨的原因，邊加熱邊分解出的富氨氣體對(duì)二氧化碳產(chǎn)生一定的汽提作用，類(lèi)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(shì)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(jìn)口蒸汽壓力低(平均0.650 MPa)，比原一分加熱器蒸汽設(shè)計(jì)壓力(1.275 MPa)降低了53%。以表觀有效傳熱溫差計(jì)，改進(jìn)型自汽提一分塔溫差實(shí)際僅為8.6 ℃，較原預(yù)蒸餾塔換熱段的設(shè)計(jì)溫差(35.0 ℃)縮小了75%，證明了改進(jìn)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(guò)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(duì)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(dòng)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(duì)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(dá)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(jìn)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(jìn)入一段蒸發(fā)熱能利用段，是因?yàn)檎舭l(fā)系統(tǒng)僅有兩段蒸發(fā)，進(jìn)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(jìn)入閃蒸熱能利用段回收甲銨熱，一級(jí)膨脹蒸汽進(jìn)入一段蒸發(fā)熱能利用段，實(shí)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?jǐn)?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(jìn)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(yùn)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(lái)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(wú)法像惰洗器那樣靠保持足夠高的氨濃度來(lái)避開(kāi)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(qiáng)防爆設(shè)施，其核心技術(shù)是利用保護(hù)性氣體的微壓差和內(nèi)防爆板的液封作用，設(shè)計(jì)成多罩帽永久性?xún)?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(wèn)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(yàn)總結(jié)

2.1正確決策及建設(shè)目標(biāo)

為實(shí)現(xiàn)打造河北最大氮肥企業(yè)的目標(biāo)，東光公司決定上馬“40·60”項(xiàng)目，建設(shè)的中心思想是節(jié)能降耗、低成本穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)省投資。因此，根據(jù)多年生產(chǎn)實(shí)踐的積累，并借鑒兄弟企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，決定尿素裝置采用改進(jìn)型水溶液全循環(huán)工藝；同時(shí)，為縮短建設(shè)周期，邊設(shè)計(jì)、邊建設(shè)，實(shí)現(xiàn)投資少、投產(chǎn)快、運(yùn)行好、效益高的建設(shè)目標(biāo)。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(cuò)誤是造成浪費(fèi)的根源，因此，項(xiàng)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(yàn)基礎(chǔ)上，廣泛采用其他氮肥企業(yè)選用的先進(jìn)、成熟、適用的技術(shù)，通過(guò)消化、吸收、比較、借鑒，制定出既先進(jìn)適用又經(jīng)濟(jì)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(jìn)型水溶液全循環(huán)工藝特點(diǎn)：①雙套尿素高壓合成塔，便于機(jī)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(fù)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(jiān)持甲乙雙方相結(jié)合，優(yōu)化完善設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)是對(duì)擬建工程的實(shí)施在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上所進(jìn)行的全面而詳細(xì)安排，把先進(jìn)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(jì)劃的具體化，因此，設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)系著工程質(zhì)量和將來(lái)裝置的運(yùn)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(kāi)始階段的技術(shù)路線、方案選定上，明確方向目標(biāo)，協(xié)作各方集中力量以達(dá)到不走和少走彎路、建設(shè)自然順利快捷之目的。

設(shè)計(jì)院每一步完成的設(shè)計(jì)初稿，東光公司馬上召集操作、管理經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員等分別對(duì)工藝流程、平面布置、設(shè)備選型、管道配置、施工方案等進(jìn)行充分討論，及時(shí)與設(shè)計(jì)院溝通討論結(jié)果，有利于設(shè)計(jì)完善，使設(shè)計(jì)與實(shí)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(jìn)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(kāi)車(chē)成功和投產(chǎn)后的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3選擇安全可靠 、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的國(guó)產(chǎn)化設(shè)備

整套尿素裝置共有設(shè)備70余臺(tái)，設(shè)備選型是否經(jīng)濟(jì)合理、先進(jìn)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(guó)產(chǎn)安全高效實(shí)用的設(shè)備，大大節(jié)省了裝置投資。對(duì)設(shè)備制作進(jìn)行全程監(jiān)控，嚴(yán)把設(shè)備制作質(zhì)量關(guān)，從材料的購(gòu)進(jìn)到加工制作、組裝等環(huán)節(jié)，安排專(zhuān)門(mén)技術(shù)人員到設(shè)備制作廠家進(jìn)行驗(yàn)收監(jiān)督，從而保證了設(shè)備的制作質(zhì)量。

2.4重視開(kāi)車(chē)前的準(zhǔn)備，加強(qiáng)生產(chǎn)管理

眾所周知，尿素裝置工藝流程長(zhǎng)、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(chē)、開(kāi)車(chē)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(kāi)車(chē)的根本。東光公司及時(shí)安排組織人員培訓(xùn)，不僅要求學(xué)會(huì)現(xiàn)場(chǎng)操作，而且把試車(chē)、開(kāi)車(chē)任務(wù)落實(shí)到位，讓員工提前熟悉所操作管理的設(shè)備的特點(diǎn)，有利于尿裝置的開(kāi)車(chē)順利并達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)。

(2)系統(tǒng)開(kāi)車(chē)前，技術(shù)準(zhǔn)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(biāo)的確定及安全教育等，提前安排裝置單機(jī)試車(chē)、吹除、水聯(lián)動(dòng)、儀表調(diào)試等工作。

3 結(jié)語(yǔ)

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(dá)到1 000 kt以上。東光公司堅(jiān)持樹(shù)立科學(xué)發(fā)展觀，推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，走低投入、高產(chǎn)出、不排污的可循環(huán)道路，認(rèn)真抓效益、抓節(jié)能降耗，科學(xué)嚴(yán)格管理，使企業(yè)發(fā)展更強(qiáng)勁、更有活力。

收稿日期(2015-04-13)