尿素知识讲座

尿素知识讲座,主讲：李宏,尿素事业部,二七年十月二十五日,一、尿素合成生产简介及特点性质二、尿素合成的原理 三、水溶液全循环法尿素流程四、尿素合成塔的结构及检漏技术五、安全环保、案例,水溶液全循环法尿素生产概述,一、水溶液尿素全循环法简介,（一）、尿素装置的简介： 股份公司系统水溶液尿素全循环法装置共有两套，目前其年生产能力分别为万吨尿素（系统）和万吨尿素（系统），装置年投产，原设计能力万吨尿素， 装置年投产，尿素装置为目前流行，消耗较低的二氧化碳气提法，设计能力万吨尿素，经过不断进行改造，目前其年生产能力达到了万吨尿素（二）、岗位任务： 1、总控：将液氨与CO2气体及循环回收的氨基甲酸铵溶液在一定的压力和温度条件下合成，并对未反应物进行两段分解、两段吸收，使之循环回收至合成塔，重新参与合成。 2、蒸发：将二分塔出来的尿液经向蒸一、二段蒸发系统真空加热提浓至997%的熔融尿素，送往造粒塔加工成固体尿素 3、泵房：泵房承担尿素生产工艺流程中的液体输出任务，泵房操作工负责各类泵起动和停车的操作，并维持各类泵的正常运行 4、质检：按照分析规程每小时对尿素成品缩二脲、水分、粒度进行分析监控，确保不合格品不流出公司，并根据所需要的重量、速率输入智能微机，由测量变送装置指挥动力机械设备完成成品尿素的包装，负责重量的调试及监控，对尿素内在质量及外观包装质量进行检测监督，并根据产品等级指挥包装人员进行分类堆放工作、产品标识，同时做好每班产品（等级）数量统计工作。,1、介质高温高压 温度：约190C 压强：约20MPa2、介质具有强腐蚀性 反应的中间产物氨基甲酸胺和由少量尿素转化而得的氰氧酸胺具有很强的腐蚀性。、尿素的主要物理化学性质：尿素的化学名称：碳酰二胺，分子式： CO（NH2）2，分子量：.，含氮量为.，纯尿素无色、无味、无臭的针状或棱柱壮结晶，市场上出售的尿素通常为白色粒状比重为.（），自然堆积每米重.吨，尿素易溶于水（每溶解克尿素，需吸收.卡热量），固体尿素加热到.时开始熔化熔融热为.卡克。,（三）、尿素合成生产的特点及性质,（四）、尿素合成生产中的熟语,氨碳比：氨碳比指反应物料中氨与二氧化碳的分子比；水碳比：水碳比指尿素合成塔进料中水与二氧化碳的分子比；平衡转化率：工业生产中。常以尿素的转化率表示尿素反应进行的程度，通常将二氧化碳转化成尿素的程度定义为尿素的转化率，即：尿素转化率转化成尿素的二氧化碳摩尔数原料中二氧化碳摩尔数,二、尿素合成的原理 ：（一）、反应式：由液氨与二氧化碳气体直接合成尿素的总反应式为：2NH3（液）+CO2（气）CO（NH2）2（液）+H2O（液）+Q这是一个可逆的放热反应。合成尿素分两步进行：第一步由氨与二氧化碳生成中间产物甲铵，其反应式为： 2NH3（液）+CO2（气） NH2COONH4（液） +Q1第二步由甲铵脱水生成尿素，其反应式为（合成尿素过程中的控制反应）： NH2COONH4（液） CO（NH2）2（液）+H2O（液）-Q2使甲铵液处于液相状态的条件：温度必须高于甲铵液熔点（154）；压力必须高于甲铵液平衡压力。,（二）、物料衡算：,根据反应式计算：理论上每吨尿素需 氨公斤；二氧化碳公斤；电度；蒸汽.吨；冷却水吨；空气米,（三）、尿素生产方法及消耗定额对比,三、水溶液全循环法尿素流程概述： （一）、高压合成系统：1、原料二氧化碳气体进入二氧化碳压缩机之前，为防止合成、循环系统的腐蚀，在一段进口加入约为二氧化碳总量的0.5（体积）的氧气（或以空气形态加入），然后进二氧化碳压缩机，经五段压缩至220公斤/厘米2，温度约为125气体进入合成塔。2、原料液氨通过液氨过滤器除去杂质，过滤后的液氨送入液氨缓冲槽。液氨缓冲槽的压力维持在17公斤/厘米2左右，原料液氨与中压循环系统回收的液氨汇合后，从液氨缓冲槽进入液氨高压泵加压到200公斤/厘米2，经氨预热器预热至70进入尿素合成塔。3、从一吸塔来的温度为7595氨基甲酸铵（以下简称甲铵）液，经高压甲铵泵（一甲泵）加压到200公斤/厘米2进合成塔，合成塔操作压力为1982公斤/厘米2，温度在1882，进料NH3/CO2（分子比）为3.84.2。物料在塔内停留时间约为1小时，二氧化碳转化率6264。反应后尿素熔融物减压到17公斤/厘米2进入中压分解系统预分离器。 （二）、中压分解回收系统： 1、在预分离器内气液两相分离，出预分离器的溶液进入一分加热器。在此溶液加热到156160，气液混合物进一分分离器，使气液分离，液相去低压分解系统。由一分分离器出来的气体经一段蒸发加热器的下部加热器管外，回收部分气体冷凝液（管内尿液从90加热至105），气液混合物再返回一吸冷却器与预分离器出口的气体一起进入一吸塔底部鼓泡段。鼓泡段内气体用二甲泵送来的二循一冷分离器内的甲铵液进行吸收，约90的二氧化碳被吸收生成甲铵，未被吸收的气体则上升至精洗段与顶部喷淋的回流氨接触吸收，气氨进入氨冷凝器冷凝。冷凝后的液氨流入液氨缓冲槽，不凝惰性气体中所含的氨在惰性气体洗涤器回收，惰性气体洗涤器吸收液来自氨水泵送来的二循二冷内的氨水。,中压吸收塔因吸收氨和二氧化碳生成甲铵放出大量的热，为保持塔底、塔顶温度必须移出热量，这部分热量由加入的回流氨气化带走。塔底加入约回流氨总量的10，塔顶加入回流氨总量的90。为防止精洗段生成固体甲铵结晶堵塞，塔顶须加入一部分水，水由惰性气体洗涤器液位槽来的氨水与回流氨混合后进中压吸收塔顶部喷淋吸收。吸收塔底部温度为7595，组分近似为NH3:41，CO2:34,H2O: 25，溶液的凝固点约为70，溶液用高压甲铵泵（一甲泵）送回合成塔。 （三）、低压分解回收系统：中压分解分离器出来的溶液减压至3公斤/厘米2，进入二分塔顶部与二分分解分离器的气体接触，尿液温度上升至134。出二分塔的尿液进入二分分解加热器，加热至147150，气液混合物在二分解分离器中分离，气相进入二分塔回收热量，降低水分，液相至闪蒸槽进一步降低尿液中残余的氨和二氧化碳。二分塔和解吸塔出来的气体，进入两个串联的二循一冷和二循二冷中冷凝吸收，这两个冷凝器均用二段蒸发第一冷凝器的冷凝液作吸收剂，二循一冷的稀甲铵液用低压甲铵泵送入中压吸收塔底部，二循二冷的氨水用氨水泵送入惰性气体洗涤器作吸收剂。（四）、股份尿素循环水系统由尿素循环水工段送到尿素的循环水经上水总管分配到尿素主厂房各个楼层的冷却器，循环水经过各个冷却器换热后，回到循环水回水总管之后回到尿素凉水塔进行冷却再循环利用,（五）、流程方框图：,（六）、总控流程图：,（七）尿素循环水流程图：,（八）、蒸发系统：,出闪蒸槽的尿液浓度约为74，到一段蒸发加热器加热至温度130，蒸发压力250毫米汞柱（绝压）。一段蒸发浓度95的尿液，经一段蒸发分离器流入二段蒸发加热器。二段蒸发压力25毫米汞柱（绝压），温度140。二段蒸发分离器出口尿液浓度约为99.7，经熔融尿素泵送至造粒塔造粒，得尿素成品。,（九）、蒸发系统流程图：,尿素造粒塔,（十）、尿素产品质量：1、尿素粉尘形成的原因及尿素成品颗粒有空心、残缺、过大、过小、发粘的原因：成品尿素粉尘形成的原因有两方面机械原因和化学原因机械原因有：喷头孔加工不规范或选择的孔径不恰当，容易造成粉尘。化学原因有：在造粒的过程中，有少量的尿素发生了化学分解，一部分NH3在降温的过程中再生为尿素即粉尘。有空心、残缺、过大、过小、发粘的原因：造粒机转速不调好会造成粒度不好。残缺主要是由于粒子没完全固化和冷却好的原因造成的。空心是由于系统波动大，真空不稳所致。2、尿素成品颗粒发红、发黄、发蓝的原因：发红是由于系统有腐蚀；尿液里面含有铁离子的原因；发黄是由于尿液里面有含有油的原因；发蓝是由于尿液里面有含有铜离子的原因。3、固体尿素吸湿和结块的原因：当固体尿素周围空气中的水蒸汽分压大于该温度下饱和溶液的水蒸汽分压时，空气中的水就被吸收到固体尿素表面，使尿素中的水分含量增加。如果时间足够长，就能使尿素全部潮解成溶液。相反，如果空气中的水蒸汽分压小于尿素表面的水蒸汽分压，则水分蒸发，部分溶液重新转变成固体。尿素在贮运和堆放的过程中颗粒表面紧密接触，随尿素颗粒温度及周围空气湿度的变化，尿素颗粒表面发生吸湿和蒸发的过程，颗粒会因表面液膜出现再结晶。新结晶的尿素与其他结晶粘和在一起，就是结块的原因。,衬里式尿素合成塔适用于大规模生产，随着工厂规模的日益扩大，衬里塔逐步取代了旧式的套筒塔，目前普遍使用的是衬里塔。,尿素生产主要设备一、尿素合成塔的结构：,上封头,下封头,筒节,尿素合成塔结构,合成塔多孔板起的作用：1、为了防止与减少合成塔的返混，以提高反应速率；2、保持物料组合均匀，保证下一道工序的稳定操作；3、提高CO2转化率。,尿素合成塔层板结构,通常情况下，尿素合成塔层板结构由内至外依次为：,衬里由耐腐蚀材料制造，起到隔离筒体和介质的作用；尿素合成塔的衬里处于高温高压和强腐蚀介质作用下，其受力情况和腐蚀机理都很复杂；操作压力直接作用于衬里上，产生拉应力。在较高操作温度的作用下，衬里和塔体外壳受热膨胀，由于外壳和衬里的膨胀系数不同，使衬里中产生了附加压应力拉应力。在正常操作时，压应力可被抵消，拉应力则相互迭加。因而，需慎重选择衬里的结构和制造工艺，以改善受力情况。,二、衬里式尿素合成塔组成结构主要有筒体、衬里和密封结构,筒体的主要作用是承受压力载荷作用，材料不耐腐蚀，有包扎式等。,密封结构主要有堆焊式和镶环式,堆焊式：工艺较复杂，焊接量大，易产生堆焊缺陷，无法检漏，因此比较少用。,镶环式：经实践证明，该密封结构保证了密封性能与设备的安全可靠性。,试液吸收法基于电极电位原理的腐蚀状况检测仪人工定期巡检,三、尿素合成塔的检漏技术,尽管使用了这些检漏技术，事故仍有发生，详见案例,此三类方法灵敏度和可靠性都不能令人满意 ，易受人为因素或环境因素影响，有可能不能及时发现已经出现的泄漏，贻误适时处理的时机，酿成严重后果,1995年10月7日凌晨，河北省迁安化肥厂尿素合成塔在正常生产过程中发生爆炸，塔体断成三部分，重约90吨的上部抛落在140米的厂区外，中部在爆炸过程瞬时展平，拍打在近邻的同型备用塔上，整体平移145米，造成15人死亡，多人受伤的惨况。,四、尿素合成塔爆炸的案例,2005年年3月21日晚9时26分，山东鲁西化工集团第三化肥厂尿素合成塔发 生爆炸，4人死亡，30多人受伤，直接经济损失上千万元。 该尿素合成塔是在无任何异常征兆、各种操作参数正常的情况下突然发生 爆炸的。 尿素合成塔塔身被炸成三段： 第一段为下封头及下数第一节筒节，残留在原安装位置； 第二段为下数第二节筒节，发生纵向破裂并沿上下两端环焊缝撕开，打入南侧主厂房； 第三段为下数第三节至第十节筒节及上封头，飞离爆炸现场90多米。,这些惨痛的案例都说明对尿素合成塔安全问题应进一步采取措施（附照片）。,启示,第一段残留在尿素合成塔的爆炸现场，残留塔体整体向南偏西倾斜约15度,筒体两端的多层包扎板局部变形成为平板，层与层之间分离，筒节环缝处多数层板上有明显的纵向裂纹,合成塔第三段环焊缝断口宏观情况,检漏管孔结构部分尿素合成塔实际的检漏管孔采用的是螺纹结构，而不是堆焊插管结构。这种结构在生产使用中可能发生泄漏，引发筒体应力腐蚀。,尿塔蒸汽检漏存在的隐患： 因为分析原因的客观因素,不能及时发现泄露.检漏蒸汽中存在的Cl-、Na+ 、Ca2+ 、Mg2+ 、浓缩产生应力腐蚀。因检漏蒸汽中的氨的锈蚀，铁锈脱落可能造成检漏管堵塞。,基于现有检测技术的缺陷，目前采用尿素合成塔在线氮气检测技术：,技术原理:向塔节盲层的一端通入适当流量的载气N2，若裂纹、腐蚀等原因使尿素塔内发生泄漏，泄漏介质中的气体成分（NH3、CO2、水蒸气等）就会被载气气体从另一端带出，气体分析仪对带出的气体中的关键成分NH3含量进行在线检测，就可以确定塔内发生泄漏的情况，并进而分析内层的损坏程度。适用的塔体结构：内壁设置耐腐蚀衬里，衬里外设置盲层，其外为承载压力的强度层。在盲层与衬里相接触的内表面上沿纵横（环）格子刻有沟槽，此沟槽相互联通，但与强度层隔绝。载气：氮气泄漏介质中的关键成分：氨气,氮气检测示意图,尿塔照片,股份尿素水溶液尿素合成塔,尿素合成塔N2检漏装置,在线检测状态：各路载气经过各筒节盲层沟槽后汇集于集气器，混合后，一部分送入气体分析仪，其余排空。一旦有筒节发生内层泄漏，即可检测出来。切换操作状态：发现内筒有泄漏状况后，将系统切换为分别对各筒节进行单独检测，以确定发生泄漏的筒节。,本系统有两种工作状态：,系统管路畅通，密封良好；压力表、流量计等仪器仪表现场显示清晰、灵敏；氨分析仪能对载气中的微量氨含量显示读数，并输出标准信号；,2、技术指标,在线检测系统的各项性能指标均达到如下要求：,载气的流过，可以及时地带出泄漏情况发生的信息，将出塔载气通入气体成分分析仪，使得泄漏情况能被及时发现；适当选择分析仪的灵敏度和量程，即可连续地检测出塔载气的关键成份及其变化，并可以避免因固体介质堵塞通道造成泄漏失检的情况；此在线检测系统可节省人工操作，避免人为或环境因素的影响。,3、该方法比较的优点,尿素合成塔实时监控实物图,尿素合成塔,控制柜,仪表柜,应用,尿素合成塔安全状况在线检测技术成本较低，运次可靠，适用于这些生 产设备，并且会产生显著的经济效益和社会效益。,其他设备：,一段分解塔一段吸收塔二段分解塔二段吸收塔,一段分解塔,一段吸收塔,运转设备,股份系统共有二氧化碳压缩机台，氢氮机台；柱塞泵台，离心泵56台，空气压机缩台,尿素氨泵,安全环保,设备腐蚀：（尿素合成塔，关注成品尿素中镍含量，工艺、设备材质等方面）工艺：，温度，氧，二氧化碳原料气中惰性 气体 设备：材质环境污染爆炸,氨（氨气、液氨）（NH3）理化特性本品属有毒气体，是一种无色、有刺激性恶臭的气体。熔点：-77.7，沸点：-33.5，相对密度（水=1）：0.82（-79），相对密度（空气=1）：0.60，饱和蒸汽压：506.62kPa（4.7），临界温度：132.5，临界压力：11.40MPa，本品易燃，闪点：无意义，爆炸下限：15.7，爆炸上限：27.4，引燃温度：651，最大爆炸压力：0.58MPa。本品与空气混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。若遇高热、容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。本品易溶于水、乙醇、乙醚。本品主要用作致冷剂及制取铵盐和氮肥,对人体的危害：,本品侵入人体的途径主要是吸入。低浓度氨对粘膜有刺激作用，高浓度可造成组织溶解坏死。急性中毒：轻度者出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、咯痰等；眼结膜、鼻粘膜、咽部充血、水肿；胸部X线征象符合支气管炎或支气管周围炎。中度中毒上述症状加剧，出现呼吸困难、紫绀；胸部X线征象符合肺炎或间质性肺炎。严重者可发生中毒性肺水肿，或有呼吸窘迫综合症，患者剧烈咳嗽，咯大量粉红色泡沫痰、呼吸窘迫、谵妄、昏迷、休克等。可发生喉头水肿或支气管粘膜坏死脱落窒息。高浓度氨可引起反射性呼吸停止。液氨或高浓度氨可致眼灼伤；液氨可致皮肤灼伤。,急救措施：,皮肤接触：立即脱去被污染的衣着，应用2硼酸液或大量清水彻底冲洗，就医。眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟，就医。吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧，如呼吸停止，立即进行人工呼吸，就医。,环保装置一：股份尿素解吸系统,工艺流程：生成过程中连续排出含少量氨的尾气，在常压吸收塔（尾吸塔）加以回收。所得稀氨水及蒸发冷凝液用解吸给料泵送入解吸塔，解吸放出的含氨、二氧化碳气体，送至二循一冷回收，解吸废液从系统中排出（附流程图）,尾气系统爆炸的原因：,尾吸气中的惰性气体主要是含不参加系统反应的H2、N2、O2，其浓度积累越来越高，其组份进入爆炸区内，在某种引爆因素下就会发生爆炸。为防止尾气系统爆炸在操作中应注意下列几点：1、防止静电作用，泄压应缓慢，流速不要过大，采用静电导出网。2、注意防止在易爆炸的设备内产生瞬时冲击。3、尾气放空管与蒸汽放空管蒸汽出口汇在一起，冲稀可爆气体成分。,案例：合成塔超压事故案例P4阀腐蚀严重内漏，用截止阀操作,憋压导致合成塔超压,事故经过：2003年7月29日白班，一次短停后开车，因P4阀内漏严重，单机0.3Mpa投料后，P4显示压力为18.5MPa，于是采取上塔关合成塔出口憋压操作，当逐渐关小合成塔出口时，合成塔压力逐渐上升到20.5MPa，然后总控操作下令开合成塔出口，这时，合成塔出口因不容易开，合成塔内压力迅速上升至25.0Mpa，这时总控调低氨泵、甲泵转速，CO2压缩五出放空，这才避免了一起恶性超压事故。原因分析：P4阀因使用时间久腐蚀严重，低负荷生产难以保压，采取憋压操作，因合成塔出口第一道减压阀两边压力不对称，致使一但压力升起来时，开启难度大，造成超压。经验教训：尽可能不要用截止阀控制合成塔压力， P4腐蚀严重，应及时注意P4阀的使用寿命，到期更换。此类事故分析总结：P4阀是尿素生产的重要设备，它是气开阀，当断电、断仪表空气、断调节信号时，它都会处于关闭状态，若在操作中因仪表故障或操作不当将会导致合成塔P4关闭猛烈超压而停车，处理不及时有可能引发重大安全事故。因此在生产中我们必须做到：1、开停车负荷波动时，总控岗位时刻关注合成塔压力 ； 2、P4阀限位制度必须严格执行落实到位；3、针对断电、阀体出现问题等异常情况做好科学合理