尿素裝置界區(qū)閥門布置的探討

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

大型尿素生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)區(qū)由空分裝置、煤氣化裝置、合成氨裝置、尿素裝置等幾大主裝置組成，各個(gè)裝置的進(jìn)出物料管線通過(guò)裝置內(nèi)管廊與外管管廊進(jìn)行連接。尿素裝置內(nèi)管廊與外管管廊的連接處便為尿素裝置界區(qū)，界區(qū)閥門作為尿素輸入、輸出管路中控制介質(zhì)流動(dòng)的重要附件，在裝置界區(qū)處的作用為開(kāi)停車時(shí)尿素裝置與外管進(jìn)出物料的切斷[1]。

目前國(guó)內(nèi)選用的尿素工藝包：荷蘭斯塔米卡邦公司的CO2氣提法生產(chǎn)工藝、意大利斯那姆公司的氨氣提法生產(chǎn)工藝、日本東洋公司的ACES工藝以及中國(guó)五環(huán)工程有限公司(以下簡(jiǎn)稱中國(guó)五環(huán))自主研發(fā)的高效合成、低能耗尿素技術(shù)。近年尿素裝置生產(chǎn)能力和裝置規(guī)模越來(lái)越大，管廊上的管線越來(lái)越多，輸入輸出管線總數(shù)約24根，管道及閥門的口徑也越發(fā)增大，界區(qū)閥門如何更加便于操作檢修，以及在管廊上整齊美觀的布置也顯得越發(fā)地重要。

1 尿素界區(qū)閥門設(shè)置方式

界區(qū)閥門的設(shè)置根據(jù)管道介質(zhì)的物性不同，通常有如下幾種形式(見(jiàn)圖1)。

圖1 界區(qū)閥門設(shè)置形式

尿素裝置界區(qū)管道包括兩大類：第一類為工藝物料管線，主要為從合成氨裝置來(lái)的液氨管線及從二氧化碳?jí)嚎s工段來(lái)的二氧化碳管線；第二類公用工程管線，主要包括工廠空氣、氮?dú)狻x表空氣、飲用水、低壓蒸汽、中壓蒸汽、高壓蒸汽、脫鹽水等。一般介質(zhì)的切斷如工廠空氣、儀表空氣等采取圖1(a)所示；而當(dāng)物料泄露可能引發(fā)爆炸、火災(zāi)及對(duì)人體產(chǎn)生危害等，為防止閥門內(nèi)漏，常采取圖1(b)、(d)、(e)加8字盲板的形式。如液氨管線一旦發(fā)生泄漏，后果將非常嚴(yán)重，常采取圖1(e)的形式，并在雙切斷閥門中間加雙閥門排凈，也可以兼作氮?dú)庵脫Q的作用。

2 尿素界區(qū)閥門的布置

管廊上管線布置的一般原則為大口徑管道宜靠近管廊柱子布設(shè)，小口徑、氣體管道宜布置在管廊的中間，熱介質(zhì)管道、橋架布置在上層管廊，冷流體、腐蝕性介質(zhì)管道宜布置在下層。根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50160的7.2.16規(guī)定，在尿素裝置界區(qū)處應(yīng)合理設(shè)置平臺(tái)，以便試壓、吹掃、檢修界區(qū)閥門。

2.1 界區(qū)閥門水平布置

尿素裝置界區(qū)閥門水平布置有3種形式，第一種形式即在管廊最后一跨處設(shè)置操作平臺(tái)，平臺(tái)與管廊同寬，通常為10 m，長(zhǎng)度與管廊的跨度相同，通常可為5.5 m，與管廊同標(biāo)高，將管線平鋪在管廊平臺(tái)上，且并排管線上的閥門宜錯(cuò)開(kāi)布置，相鄰兩個(gè)閥門的凈距不少于200 mm，這樣可以減少管間的距離并便于操作檢修(見(jiàn)圖2)。此種閥門布置方式，管線水平鋪設(shè)在管廊主梁上，不會(huì)產(chǎn)生袋型。

目前，很多尿素項(xiàng)目對(duì)于界區(qū)閥門的布置采取此種水平布置方式，其缺點(diǎn)是工人在操作檢修的時(shí)候，勢(shì)必要跨過(guò)管線或踏在保溫層上去操作另外的閥門，給操作檢修帶來(lái)極大的不便，也會(huì)帶來(lái)安全隱患。

尿素界區(qū)閥門水平布置的第二種形式是將平臺(tái)設(shè)置在管廊上方，如管廊標(biāo)高為EL5.500，管廊上最大管徑為DN650，考慮到管道保溫厚度及平臺(tái)的梁高，平臺(tái)標(biāo)高可設(shè)置為EL6.700。管道依舊是平鋪在管廊上，在平臺(tái)上開(kāi)孔，使閥門的閥桿露出平臺(tái)，以便于操作(見(jiàn)圖3)。

此種布置方式缺點(diǎn)如下：一是閥門的法蘭、墊片、螺栓均處在平臺(tái)底部，螺栓不好拆卸；二是尺寸較小的管道閥門，如DN25、DN50等可能處在平臺(tái)下方，很難操作；三是若管廊是雙層管廊，上下兩層管廊間需要滿足很大的凈空，這需要在核實(shí)整個(gè)裝置框架的穩(wěn)定性基礎(chǔ)上考慮成本造價(jià)的問(wèn)題。

圖3 尿素裝置界區(qū)閥門水平布置(二)

尿素界區(qū)閥門水平布置的第三種形式依舊是將平臺(tái)設(shè)置在管廊上方，雙層管廊，標(biāo)高分別為EL5.500和EL7.500，在EL6.700和EL9.000處分別設(shè)置平臺(tái)，平臺(tái)與管廊同寬，長(zhǎng)為管廊最后一跨的長(zhǎng)度，即為5.5 m。與第二種水平布置情況不同的是閥門平鋪在平臺(tái)上，中間至少留出了0.6 m的通道，管線由EL5.500處往上翻走了袋型，但在高低點(diǎn)處均設(shè)置了放空和導(dǎo)淋閥門。所有的管線導(dǎo)淋閥門成排布置，可以在管廊下設(shè)置移動(dòng)平臺(tái)，便于集中操作管廊底部的一排導(dǎo)淋閥(見(jiàn)圖4)。

此種布置方式對(duì)于操作檢修閥門非常便利，其缺點(diǎn)是人為地將管線走了袋型，每根管線增加了4個(gè)彎頭，并需要在高低點(diǎn)處分別設(shè)置放空閥及導(dǎo)淋閥，在管道材料方面稍有增加。

圖4 尿素裝置界區(qū)閥門水平布置(三)

2.2 界區(qū)閥門豎直布置

尿素界區(qū)閥門不僅可以水平布置，也可以豎直方向布置，下面將分別介紹以下2種情況下界區(qū)閥門的豎直布置。

尿素界區(qū)閥門豎直布置的第一種情形：雙層管廊，標(biāo)高為EL5.500和EL7.500，平臺(tái)標(biāo)高為EL5.500和EL9.000，將主要管道集中在EL5.500這一層，上層管廊主要布置儀表、電氣橋架及少量需與外管接的管道，故上層管廊的界區(qū)閥門可以平鋪在平臺(tái)上，并靠近管廊柱子處布置，將橋架用T形架支撐，使其底部?jī)艨詹坏玫陀?.2 m，從而不影響通行。下層管廊的管線布置見(jiàn)圖5，界區(qū)閥門分別布置在兩邊，閥桿高度高于平臺(tái)1.2 m，頂部設(shè)高點(diǎn)放空，底部設(shè)置低點(diǎn)導(dǎo)淋。

此種布置方式對(duì)操作檢修界區(qū)切斷閥門及導(dǎo)淋閥門非常便利，其缺點(diǎn)是管道形成氣袋，需要在高點(diǎn)處設(shè)置放空，而此放空閥操作非常不易。

圖5 尿素裝置界區(qū)閥門豎直布置(一)

尿素界區(qū)閥門豎直布置的第二種情形：雙層管廊，標(biāo)高為EL5.500和EL7.500。僅需在EL7.500處設(shè)置平臺(tái)，所有界區(qū)閥門的操作在EL7.500平臺(tái)上進(jìn)行。下層管廊上的管線需要穿過(guò)平臺(tái)與外管相連。由于豎直管線布置雙切斷閥門，靠近上面的閥門閥桿高度需要滿足操作檢修的要求，其雙閥的閥門手輪高度可以按下述公式進(jìn)行計(jì)算。

H=D0/2+L0+3E+3L1/2+C

其中，H為雙閥閥門閥桿高度，mm；D0為管道的外徑，mm；L0為管道彎頭的長(zhǎng)度，mm；E為法蘭的長(zhǎng)度，mm；L1為閥門的長(zhǎng)度，mm；C為直管段的長(zhǎng)度，mm。

尿素裝置界區(qū)處的管道溫度、壓力一般都不高，材料等級(jí)為1BB，壓力為CL150。DN200的管道其雙閥的閥桿高度為1 576 mm，一般設(shè)置在高于平臺(tái)1.6 m處。其界區(qū)閥門的布置見(jiàn)圖6。

圖6 尿素裝置界區(qū)閥門豎直布置(二)

此種布置方式只需要設(shè)置一層平臺(tái)，界區(qū)切斷閥門及雙閥之間導(dǎo)淋閥的操作檢修都非常便利，且管線通過(guò)裝置內(nèi)管廊直接與外管相連，避免了氣袋和液袋的出現(xiàn)。但需要考慮尿素裝置和界外管廊之間的地形高度，界外管廊能否滿足底層標(biāo)高高于內(nèi)管廊的上層管廊標(biāo)高，從而界區(qū)管道能夠無(wú)袋型地與外管相接。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)目前，國(guó)內(nèi)很多大型尿素工藝采取荷蘭斯塔米卡邦公司的CO2氣提法生產(chǎn)工藝和中國(guó)五環(huán)自主研發(fā)的高效合成、低能耗尿素技術(shù)，且業(yè)主對(duì)界區(qū)閥操作的便利性并無(wú)太高要求，在保證基本操作的前提下，尿素裝置界區(qū)閥的設(shè)置主要考慮經(jīng)濟(jì)和美觀。其界區(qū)閥門的布置均采取尿素裝置界區(qū)閥門水平布置(一)的形式，簡(jiǎn)單明了。而國(guó)外的項(xiàng)目業(yè)主則更傾向于采取圖4和圖6的設(shè)計(jì)。

(2)筆者認(rèn)為，在選擇尿素裝置界區(qū)閥門布置方式前，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)、裝置內(nèi)與界區(qū)外管廊的地形特征、框架結(jié)構(gòu)、工程造價(jià)成本等方面因素，綜合比較，同時(shí)，在滿足工藝相關(guān)要求及安全性的基礎(chǔ)上，需要使尿素裝置界區(qū)閥門的布置便于操作維修。