興安博源30·52尿素裝置設備布置和管道設計總結

吳 迎，劉三軍，周啟春

（中國五環工程有限公司，湖北武漢 430223）

興安博源30·52尿素裝置設備布置和管道設計總結

吳 迎，劉三軍，周啟春

（中國五環工程有限公司，湖北武漢 430223）

在對興安博源30·52尿素裝置設備布置及管線設計進行簡單介紹的基礎上，重點對設計過程中的關鍵點和注意事項進行討論，可為同類尿素裝置的設備布置及管線設計提供參考。

尿素裝置；設備布置；管線設計；設備吊裝；防火等級

興安博源30·52尿素裝置是中國五環工程有限公司的總承包項目，該項目在尿素裝置的設備布置及管線設計方面具有自身的特色，現對博源尿素裝置的設備布置及管線設計進行簡單介紹，并重點對設計過程中的關鍵點和注意事項進行討論，供同行參考。

1 尿素裝置設備布置和管線設計總體度

無論采用什么工藝方案及生產規模，尿素裝置的設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。管線設計要點為，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；管線材質為尿素級材料（一般需要國外采購）。高層框架設備布置難度大，管線等級高、管線危險系數大（GC1類管線，需要4級簽署）?？傮w而言尿素裝置設備布置及管線設計難度大，復雜程度高。

2 尿素裝置設備情況

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

2.1 四臺高壓設備情況

（1）尿素合成塔。設計壓力16．1 MPa，設計溫度191℃；規格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。設計壓力16．5 MPa（管程），設計溫度229℃；規格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。設計壓力16．4 MPa（管程），設計溫度198℃；規格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。設計壓力16．1 MPa（管程）；設計溫度198℃；規格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 動設備情況

尿素裝置中的關鍵離心泵為高壓氨泵和高壓甲銨泵，輸送的介質有毒，并有腐蝕性，且泵的揚程較高。高壓氨泵和高壓甲銨泵均采用多級離心泵，密封采用機械密封，泵與電機之間通過齒輪箱增速。高壓泵的揚程較高，有一定的制造難度，且國內產品質量不穩定，為保證設備的安全可靠性，高壓氨泵和高壓甲銨泵及高壓甲銨噴射器均為國外引進。

2.3 尿素裝置管線情況

（1）輕度危害介質管線：AM氨；CA甲銨；CY化學污水；DR導淋；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）常規介質管線：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氮氣；OW含油污水；PA工廠空氣；PC工藝冷凝液；PW飲用水；V放空氣體。

3 設備布置及設備吊裝

尿素裝置設備布置主要要考慮4臺高壓設備的進出口的位差，需通過在框架內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 汽提塔支撐標高確定的商酌

汽提塔支撐點標高（4臺高壓設備標高關系鏈的底端）的確立，是整個尿素裝置框架高度確定的關鍵點。

為了降低框架高度而將汽提塔標高定得過低，可能會造成汽提塔底部管線設計無法按要求設計——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計和操作空間。如果將汽提塔定得過高，會造成整體框架高度的升高，增加高層樓層設備吊裝的難度，以及增加整個裝置的土建材料等費用。

3.1.2 汽提塔的結構支撐需要關注

汽提塔總荷載為152 t，4個支座支撐在樓面上，設備筒體穿越支撐樓面。對于結構專業而言，如此重型荷載設備在穿越樓面開孔處設置設備支撐，為了安全起見，基本不考慮支撐點齊平樓面的設計方案，而是用工字鋼搭接支撐框架放置于樓面設備開孔處，然后重型荷載設備放置于支撐框架上，形成我們口語中常說的八字梁。需要注意的是，由于汽提塔荷載較重，八字梁高度的設計也相應較高，博源項目中該八字梁高588 mm。

3.1.3 汽提塔的吊裝有難度

汽提塔位于整個尿素裝置高層框架的低部樓層處，設備筒體至少穿越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），該樓面不能有活動梁的設置，因此，一旦汽提塔設備筒體的長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垂直起吊到相應高度再平移至支撐樓面上方就位的吊裝方案。如果出現這樣的狀況，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、斜拉吊點的定位等，需要進行嚴密的計算。建議與結構專業、施工方以及業主討論并得出確認方案。

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量、高強度地腳螺栓的定位，應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，博源項目合成塔東西支撐梁高1 800 mm、南北支撐梁高1 900 mm、環梁高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備底部，需要核對地腳螺栓的定位，如果有干涉，需要調整地腳螺栓的定位角度。

3.2.2 尿素合成塔的吊裝

重荷載超高設備的吊裝，一般考慮吊車起吊到相應支撐樓面高度以上再平移至框架內就位。合成塔支撐樓面以上吊裝入框架區域梁均需要設置活動梁。

3.3 高壓冷凝器

3.3.1 高壓冷凝器支撐點的確定

通過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，10″（注：1″＝25．4 mm）］確定下來。

3.3.2 高壓冷凝器與兩端對稱布置的2臺低壓蒸汽包的布置

高壓冷凝器與兩端對稱布置的2臺低壓蒸汽包的布置，間距與支撐標高的設定，需要考慮到大口徑低壓蒸汽（LPS）管口對接所引起的應力推力、應力轉矩等因素。要點是，此3臺設備支撐點標高設計成一致；設置膨脹節。但需要注意的是，由于管徑較大（2″），又是低壓蒸汽管線，該處膨脹節的長度較長（1 500 mm），此3臺設備的定位間距需考慮充分，否則會增加相關專業（布置、土建、設備、應力專業）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置放置大蓋的重載區域，并且高壓洗滌器頂部上層樓面的梁下需要設置電動葫蘆軌道和電動葫蘆。

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自高壓甲按泵。該管線（15U3）上靠近大蓋頂部管口的止回閥無論是直通式還是角式，均需設計在可以操作與方便拆卸的地方（樓面上，或者設置操作平臺），同時又要滿足工藝上最近距離的要求。

4 尿素裝置的防腐設計

與磷酸項目對于防腐問題（防腐區域劃分研究、防腐材料的慎重選用、防腐細節的強調）的重點關注不同，尿素裝置中僅尿素熔融泵區域需要防腐設計。

5 尿素裝置防火等級及相關問題

（1）與煤氣化裝置對于防火等級問題的重點關注不同，尿素裝置防火等級劃分基本無異議無擦邊球。

（2）尿素主廠房。生產類別乙類；耐火等級一級；火災類別C類；危險等級嚴重危險；3部疏散樓梯。

（3）造粒塔。生產類別丙類；耐火等級二級；火災類別C類；危險等級中危險；1部疏散樓梯，1部電梯。

（4）高層框架構筑物需要根據構筑物面積、構筑物層數、構筑物高度等設計疏散樓梯，疏散樓梯個數及其布置需要與建筑專業商榷。

（5）高層框架構筑物是否需要維護及其維護區域，需要與業主及建筑專業商榷。

6 尿素裝置爆炸危險區域的劃分

整個尿素主廠房包括底層2層通風良好封閉泵區和通風良好的造粒噴頭層封閉區域，均劃分為氣體爆炸危險環境2區。因造粒塔樓梯間有數量較多的輸送爆炸危險介質管道的法蘭釋放源，且緊鄰造粒噴頭層，確定該樓梯間為氣體爆炸危險環境2區，造粒塔電梯亦要求防爆。

7 結束語

興安博源30·52尿素裝置的設備布置及管線設計是一個較為完善的工程設計案例，可為同類尿素裝置的設備布置及管線設計提供參考。

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，高級工程師，主要從事設備和管道布置設計工作。