18.30合成氨尿素装置建设经验

18.30 合成氨尿素装置建设经验 天脊晋城化工股份有限公司(原晋城第二化肥厂)是 1979 年投产的年产 3kt 合成氨的小氮肥厂，历经二十年的艰 苦创业，1999 年达到 60kta 的合成氨生产规模，虽拥有得天独厚的资源优势，多年来却未见大发展，效益平 平。进入新世纪，企业领导审时度势，抓住山西省调产机遇，首先果断兼并了离市区 25km 的解放军 6013 厂， 为企业拓宽了发展空间，并随即投资 8141 万元实施改产碳铵为大颗粒尿素的 8.13 工程(80kt/a 氨，130kt/a 尿 素)。2001 年 6 月初率先建成了华北、东北、中原三大地区第一套大颗粒尿素装置。改产尿素的成功，优化了产 品结构，企业的实力和经济效益大幅提升，特别是这一规模发展的业绩成为山西省打造以无烟煤产地晋城为中 心的尿素生产基地战略布局的首棋。它更重要的意义在于培养锻炼了发展煤化工事业的生力军，坚定了快速发 展、进一步使企业做大做强的决心和信心。晋城二化在认真总结 8.13 工程经验的基础上，马不停蹄，进一步加 快加大建设步伐。 2003 年底，在 6013 厂厂址处，建成投产了全国小氮肥企业首套 18.30 装置(180kt/a 合成氨，300kt/a 尿素) 。该装置决算投资 3.6 亿元，建设周期 13 个月，投产 42 天即达产达标，试生产第一年(2004 年)在电负荷受限 的条件下，生产合成氨 199.8kt，大颗粒尿素 320kt，并联产甲醇 14.3kt，实现利润 1.2 亿元，2005 年又取得 氨产量 240.4kt，大颗粒尿素 407.5kt，联产甲醇 18.96kt，实现利润 1.7898 亿元的好成绩。 2001 年以前，晋城二化还是一个名不见经传的小碳铵厂，而 2003 年底两套装置尿素生产能力达到 500kt。2005 年合成氨总产量 376kt,尿素总产量为 619.77kt。以实现销售收入 9.45 亿元，利润 3.01 亿元，利 税 3.4 亿元的佳绩进入中国石油和化工化肥行业百强，全国小尿素行业综合效益第一名，成为中国石油和化工 百强企业十大最具影响力企业之一。晋城二化尿素装置的建设达到了投资省、投产快、运行好、效益高的建设 目标，其合理的规模配置，各项先进技术的应用，成功的建设经验和稳定高效的运行效果倍受关注，众多同行 前来参观、询问、学习、考察，来者中有的对其投资之少表示怀疑，也有不少同行将其高效益仅仅归结为资源 优势带来的效果。 笔者有幸身临其境参加了工程建设和开车运行的全过程，首先肯定的是投资额和效益是实实在在的。至于 为什么花这么少的钱取得如此高的效益，我们的体会是：工程造价不单纯是一个花钱的事，它是一门融经济、 技术、管理于一体的投资管理科学，从项目的决策、技术方案的选择、设计、实施等涉及到工程的全方位、全 过程。而项目的投资效益更是一个综合效果，除市场因素外，主要由投资多少、工期长短、运行效果来决定。 只有做到投资少、投产快、运行好，才能保证效益高。与本项目同期同地的另一 18.30 装置总投资 11.6 亿元， 建设期 3 年余，3 个多月方达产，虽也处原料产地，建成后的效益却远不如晋城二化了，该装置吨尿素投资 3860 元，而晋城二化吨尿素投资仅 1200 元(如按达到的实际生产能力计算吨尿素投资不到 1000 元)，前者成本 中的利息负担上百元，是晋城二化的三倍多，至于试车费用、运行费用的差别更悬殊。 下面仅就装置建设中的一些做法和体会总结如下： 1 必须有正确的战略决策和建设指导思想 领导的任务就是决策，根据晋城市打造 200 万吨尿素生产基地的目标，综合企业的优势和经济技术实力， 二化领导当机立断，做出战略决策：在兼并的 6013 厂处兴建 18.30 装置，总投资不超过 4.0 亿元，2003 年底投 产。 工程建设的指导思想是：以节能降耗、低成本、稳定运行为中心，节省投入，缩短建设周期，边生产、边 建设，突出企业经济效益，即达到投资少、投产快、运行好、效益高的建设目标。 装置建设尽量采用目前氮肥行业各项先进技术和行之有效的技术成果，注意发挥和充分利用原料煤的地域 优势，坚决克服原料相对便宜轻视节能降耗的错误思想。 1.1 技术决策正确是项目成功的关键 决策错误是造成浪费的根源，项目建设中技术决策尤为重要。合成氨及尿素生产工艺较复杂，技术含量较 高，虽是传统产业，但近年来技术进步突飞猛进，新技术、新工艺不断涌现，如何优化工艺路线和确定正确的 技术方案即技术决策是项目投资少、运行好的关键，也是装置建设的首要一步。既不能只为了图快搞同类技 术的简单重复，即简单的 1+1，也不能盲目地无选择地采用新技术。在认真总结本企业 8.13 工程生产及建设经 验的基础上，广泛吸取大、中、小氮肥厂采用的先进、成熟、适用的技术，采取走出去，请进来等方法，通过 消化、吸收、比较、借鉴，制定出既先进适用又经济合理的工艺路线和技术方案。研究和讨论要充分，尽量考 虑周全，杜绝先天性不足，路线和方案一经敲定，工程建设就有了明确的方向和目标。 1.2 装置的工艺路线 18.30 装置选定的工艺路线如下； 直径 2610mm 煤气发生炉1 万 m3 气柜煤气除尘、净化罗茨鼓风机静电除焦气体净化压缩机一、二 段全低温变换变换气栲胶法脱硫压缩机三、四段碳丙脱碳一原料气精脱硫一压缩机五、六段醇烃化 气体精制压缩机七段分子筛及氨冷除油水氨合成CO2 汽提尿素海德鲁大颗粒造粒。 工艺主要特点提示； 低成本高质量制取脱盐水、全方位采用先进技术的煤气系统、多级煤气除尘净化、取消半水煤气脱硫、强 化变换气脱硫、全低温变换、醇烃化原料气净化、JD2000 氨合成、改进型 CO2 汽提尿素生产、流化床大颗 粒造粒。 装置中各工序的概况、特点及运行情况已有介绍，在此不赘述。 2 坚持厂院结合，优化完善设计 设计是对拟建工程的实施在技术上和经济上所进行的全面而详尽的安排，是把先进技术和最新技术成果引 入建设和生产的渠道，也是组织施工的依据和投资计划的具体化，因此设计质量好与坏直接关系着工程质量和 将来装置的运行效果，是决定其工程成败的前提。本装置从决策开始就十分重视设计工作，其做法有利于设计 的优化，同时极大促进和保证了项目建设的顺利进展。 2.1 优选设计单位，尽量优化完善设计 在广泛调查了解的基础上，充分发挥有关设计院的特长，晋城二化 18.30 工程的设计由山东化工规划设计 院、湖南安淳公司、山西化工设计院、中国五环化工工程公司、徐州水处理研究所等单位分别承担有关工号的 设计任务，由建设单位拿总和协调。 对设计的态度，既不能把设计单纯看作是设计部门的事撒手不管，也不能你设计你的我干我的二者脱节。 正确有效的做法是积极主动与设计部门配合协作，一方面了解掌握设计思想和设计内容；另一方面让设计单位 吃透厂里情况，以便将业主的意图贯彻到实际设计当中去。 其具体做法是：设计工作开展前，由厂方牵头，会同设计院并邀请有关技术专利拥有者、设备制造厂、催 化剂制造单位等技术人员共同讨论商定最经济合理的技术方案，方案不一定一次就定好，但应该在设计工作开 展前确定下来(主要技术路线和方案在可研阶段就应该基本确定)，说起来这好像并不难做到，但实际上项目一 旦决定就要快上，常常以工期紧为理由急急忙忙做设计，一边干、一边变，有的施工图都做了，而技术路线和 方案又多处进行大的改变，造成人力、物力、工期的损失。晋城二化的做法是；把功夫花在开始阶段的技术决 策上，即磨刀不误砍柴功，路线、方案敲定，有了明确的方向目标，协作各方都集中力量鼓足劲去干，不走或 少走弯路，自然顺利快捷。 设计院每一步初稿完成，厂方及时召集操作、管理经验丰富的工程技术人员、同行业专家等分别对工艺流 程、平面布置、设备选型、管道配置、施工方案等进行充分讨论，特别要求各项目负责人对每台设备的特点、 用途，每条管道、阀门的设计意图都做到心知肚明，讨论后形成汇总意见再反馈设计院。这样做有利于设计的 完善，避免了一些先天性不足；另一方面使业主和工程技术人员、施工人员提前进入角色，不但可以减少安装 施工中的变更，有效地节省投资，缩短工期，而且有利于一次开车成功和投产后的稳定运行。仅举一例： 180kt/a 合成氨变换系统，是当前国内同行业单套系统生产能力最大的全低温变换装置，直径 5.4m 低变炉也是 国内首台，当山东院把该工序初步设计方案拿出来后，厂方邀请湖北化学研究院、山东明水化肥厂、河北正元 高效塔器开发公司、江苏昆山三维板式换热器厂、湘东化机厂、长沙化机厂等单位的专家，由晋城二化的技改 处、两个生产分厂的技术厂长、生产厂长、生产科、设备科、车间主任、工段长等技术人员参加，进行了长达 两天的专题讨论，不但优化了设计，而且决定采用了高效垂直筛板饱和热水塔、高效低阻折流杆换热器、板式 换热器、高效除油净化、段间喷水降温等多项技术，使全低温变换技术在中、小氮肥厂的应用上了一个新台阶。 18.30 装置全系统开车一次成功，短时间达产达标并长周期稳定运行，厂院结合优化完善设计起了决定性作 用。 笔者听到、见到一些技改工程建设中厂方和设计院、技改和生产严重脱节即常说的两张皮，到了试车、开 车阶段大量矛盾突现出来，整改的工作量大，有的不好改则落下先天不足，因此，“善予者胜”的道理应牢牢 记取并付之实践。 3 选择安全可靠、经济实用的设备并力求国产化 设备是化肥生产的基础，整个 18.30 装置新上设备 600 余台套，其投资占总投资的一半以上，设备选型是 否经济合理、先进实用关系到工程投资、安全稳定生产和生产成本的控制。 比如，大型合成氨装置中氢、氮气压缩机都采用蒸汽透平离心式压缩机，虽具有生产能力大、运行周期长、 节电、节水等优点，但其投资是电动往复式压缩机的 68 倍，一旦维修需返回制造厂进行，影响生产时间长， 尤其在以煤为原料的合成氨生产路线中，因气体中挟带的粉尘难以除净及山西电价相对较低等因素，本装置中 全部选用电动往复式压缩机，如氢氮机为 6MD32 七段机，尿素 CO2 压缩机为 6MD3219514.6 五级六列机，满 足使用、降低了造价，又保证了工期。 CO2 汽提尿素装置四台关键高压设备选用有成熟制造经验的大连金州重型机器厂的设备，关键高压调节阀选 用四川锦宇的产品。氨合成及醇烃化内件采用安淳公司高效、优化的内件。 整个 18.30 工程除流化床机械造粒机下箱体和高压喷射器外其他全部国产化。通过近三年的生产运行表明 所采用的设备经济、安全、高效、实用。 4 引入竞争机制，公开招标，有效降低工程造价 18.30 装置总投资 3.6 亿，工程建设自始至终加强资金管理，处处精打细算、科学安排，特别是引入市场竞 争机制，对所需数以千计的各类物资以及土建、安装、防腐、保温等多项工程全部采用招标、议标的方式采购， 比质量、比工期、比造价，择优选择供货单位和施工安装队伍，从而保证建设工程中购置的设备、物资及施工 安装队伍选型先进、性能可靠、质量上乘、价格合理、工期保证，确保了所有工号的一次开车成功和长周期稳 定运行，达到理想的投入产出比。 投标是投标单位质量、价格、工期以及信誉等多方面实力的竞争，因此认真组织好招、投标工作，真正做 到公平竞争，达到优胜劣汰、选择满意的中标产品(或单位)的目的。其主要做法： 4.1 做好招标前的技术准备工作至关重要 1.必须认真细致地做好招标前的技术准备工作，有关的图纸、技术资料要齐全，规格型号、技术特点、工 程量及技术要求清晰明确，施工条件及现场状况明白交底，多台设备或较大工程施工安装分标要细而界限分明。 2.招标书要全面严谨，不留漏洞，对工程量、工期、付款方式、质量要求、验收标准、监督检验办法及双 方责任等都要明确规定，不能似是而非。 4.2 了解市场，掌握信息，剖析成本，促使厂家让利 在当前市场经济条件下，各种产品比较丰富，竞争十分激烈，买方要想少花钱购到质优价廉的产品，必须 先了解市场，掌握行情。例如订购 1000m3 聚丙烯填料，先从成本购成上算细账，具体到原料聚丙烯的市场价、 单个填料的重量、单位体积的个数、加工费用、运费、包装费、税金，经比较发现，此批填料虽然总重量不大 但体积大，运费高，最终确定采取业主自购聚丙烯原料，由填料制造厂家自带注塑机、模具及人员来现场加工 的合作方式，全部费用不到招标价的 60%，节约资金上百万，特别是由此方式加工的填料质量好、强度高，避免 了填料运输、堆放、风化、及原料不纯对产品质量的影响，最长已使用五年多未发现破碎、老化现象。 4.3 凭借雄厚实力和良好信誉让厂家主动让利市场经济是竞争经济，更是信誉经济，竞争是讲信用的，买卖双 方都要讲诚信，不能有任何欺骗行为，买方(发包方)雄厚的实力和良好信誉是可贵的无形资产。晋城二化近期 发展势头迅猛，特别是 8.13 工程投产后，各项指标处于全国同行业领先水平，不少兄弟单位来厂参观学习、交 流培训，因此二化选购的设备、物资具有榜样的作用，常常成为兄弟厂选购的参照，在很大程度上为供货商起 到了积极的宣传作用，有的厂家说：和晋城二化做买卖放心，他们守信用，工期有保证，能用好我们的产品， 虽然利润少，却等于免费为我们做了广告，我们让利是值得的。 4.4 议标、定标要公开、公平、公正，择优而用招标的组织工作一定要严密，较大的招标由省级正规招标公司 组织，定标由招标公司、厂领导及有关技术人员组成的评标小组完成。标书当众拆封、宣读，通过对标书认真 的审查、鉴别、评价，对投标价格、质量、工期、工程量等进行全面的分析、核算，最后综合质量、价格、优 惠条件、厂家实力等集体决定质优价廉的中标厂家，价格低不是中标的唯一条件，要明白贵的道理，贱的原因， 绝不能只看表面草率定标，更不是某个人或少数人说了算。 评标、议标人员要公平、公正、不徇私情，同样产品比质量，同样质量比价格，同样价格比信誉，严格履 行招标单位和业主的责任，为投标者提供均等的竞争机会。招标中严肃规定工作纪律，一切让利体现在报价中， 不搞权钱交易、酒场交易。 所有中标项目实行合同管理(招、投标书列为合同附件)，中标合同不能转让，一切按合同条款执行。在 18.30 工程建设中，卓有成效地进行了多次大小招标活动，节省投资数千万元，实现了花最少的钱、办最多的事， 达到了最好的投资效益。我们深深体会到：竞争出效率、竞争出效益，但竞争必须是有序的、讲诚信的，项目 管理者只要出于公心就会有责任感，就会有得力的办法，取得理想效果。 5 科学安排、合理调度，投产目标雷打不动 项目建设是否成功在一定程度上可以说速度决定胜负，时间就是金钱，时间等于成本。18.30 工程从项目建 设一开始就安排了严谨的工期一确定 2003 年年底必须出产品。为保证投产目标的实现，项目的各项建设任务分 工明确，责任到人，现场管理科学安排、合理调度。 5.1 建立与之相适应的管理机制 (1)落实项目组责任制，成立由项目建设总指挥、项目负责人组成的工程建设指挥部，设置十二个项目管理 组，将项目建设的任务、安全、工期、质量等各项要求以任务书的形式逐级分解到项目组，形成层层负责、环 环紧扣的责任体系。总指挥负责监督协调各项目组及施工单位的工程质量、工程进度，保证资金运作及物资供 应。 (2)建立严格的考核机制。没有考核的责任制是无力的。要把工程的安全、质量、投资、进度作为考核项目 责任人的内容，分项保总项，谁拖了工期，哪个项目受阻都随时受到考核和监控，提倡不怕有问题，就怕发现 不了问题的务实工作作风。 尽管 2003 年受“非典”疫情和雨雪天气较多等不利因素影响，多台主要设备拖期交货，工程进度受阻。面 对困难怎么办?有人说属于自然灾害，明年再开车说得过去。但是建设指挥部认为：办法总比困难多，投产目标 不能变。通过采取得力措施，比如派人分别到制造厂催货，要求货不进厂人不回家，有的从非典前到制造厂， 直到十月底押运设备回厂，八个月没有回家一次，敬业精神深深感动了制造厂，千方百计赶工期；另外通过采 取安装与试车交叉巧安排等等有效措施保证了 18.30 工程如期建成投产。 6 高度重视生产准备，加强生产管理，保证装置长周期稳定运行 众所周知，尿素生产从前到后流程长、设备多，互相关联、环环相扣，特别是新装置投产更要精心组织， 要求确保试车、开车一次成功。 6.1 以人为本，切实抓好生产组织和员工培训有了好的装备，人是保证顺利开车和正常生产的根本。常见不少 项目建好了却迟迟开不正常，有的厂领导说：新装置投产搞得我们焦头烂额，长时间稳定不下来，不能达产达 标，甚至发生事故。生产准备的重要性虽然都明白，但是往往忙于项目建设忽视生产准备，特别是忽视生产组 织的建立和人员的系统培训，或者只配操作工，不安排车间领导、技术人员，装置开车后，厂级、中层乃至车 间领导还没有一个明白人，不能指挥生产，开车队一撤，系统就稳定不下来。晋城二化重视人员培训，不但要 求学会现场操作，而且把试车、开车任务落实到位，实习培训时就将图纸、资料交给实习队，通过与图纸对比 的学习能提前熟知装置情况、并能提前发现问题及时与厂内施工人员沟通，该改的、必须改的尽早变更，这样 做等于使生产操作人员提前进入生产现场，提前熟悉了解自己的装备特点，极有利于装置的开车顺利和尽早达 标达产。 6.2 做好生产准备、技术准备，确保开车进度，要尽早安排全装置及各工序的试车、开车计划，试车、开车规 程编制要详尽具有可操作性，质量要求和质量责任明确，系统清洗、吹扫必须全面、彻底，单体试车、联动试 车达到要求，不能只图快、图省事而走过场。 系统开车前技术准备要充分、完善，包括操作人员培训、上岗考试、操作规程和工艺指标的公布和学习以 及安全教育等项工作都必须实实在在做好，开车后的正常生产管理要规范、严格，常抓不懈，工艺指标、工艺 纪律等及时纳入考核。 晋城二化 18.30 装置的建设和生产取得了极大成功，装置中不论是新技术还是传统工艺都达到经济、稳定、 优化的运行效果。比如：变换气脱硫采用传统的栲胶法，入口 H2S 在 500mgm3 左右的情况下，出口 HS2 一般 5mgm3，脱碳前不设干法脱硫，脱硫塔不堵，阻力稳定，而且运行成本低，吨氨脱硫的物料费不到 1.1 元钱， 所回收的硫磺价值还高于脱硫所消耗物料的费用。没有半脱、变脱后又不设干法脱硫把关，整个粗脱硫的生产 费用只是溶液泵的一点儿电费了，比通常的粗脱硫费用吨氨成本要降低 1520 元。变脱装置之所以运行的这么 好，除了装置设计优化外，关键是科学严格的生产管理，比如脱硫液各组分一有变化就要随时分析原因及时调 整，不能成为痼疾。 细节决定成功，三分技术七分管理，晋城二化自始至终恨抓技术进步和严格管理两方面，才使全装置所有 工序的建设和运行都达到预期的理想效果。显然，这决不是仅靠资源优势就能取得的成效。 现在晋城二化正在建设新一套 30.40(每年 240kt 氨联产 60kt 醇，400kt 尿素)装置,2006 年年底将达到一百 万吨尿素生产能力，同时第三套装置也已着手筹建。相信只要坚定地树立科学发展观，推进技术进步，按照循 环经济的理念，走低投入、高产出、少排污可循环的发展道路，认真抓好效益公式各要素：注重节能降耗、适 宜的装置规模、科学严格的各项管理以及最少的企业投入就会达到企业效益最大化，使企业不但发展得更大、 而且更强。 附件：晋城二化 18.30 装置工艺、设备主要特点及运行概况 1 脱盐水系统 由于 CO2 汽提尿素装置高压设备防腐蚀的需要，本装置对脱盐水中氯根含量有着极严格要求(0.2PPm)， 但提高水质相对运行成本较高，如何在确保高水质的前提下，降低投入和运行成本是设计的难点。本装置脱盐 水的制备流程：新鲜水前置弱酸阳床强酸阳床弱碱阴床脱 CO2浅脱盐水箱强酸强碱阳阴混床用户。 脱盐水工艺采用徐州水处理研究所的浅脱盐和混床技术，其中前置阳床以 D1134 为交换树脂，阳床以经 抗氧化处理的 0017 树脂，用 2%稀硝酸再生，阳床再生后残液用于前置阳床再生，降低酸耗。工厂具有硝酸装 置，以低浓度 HNO3 废液做为再生剂进行综合利用。阴床以 D309 为交换树脂，以 2.5%稀氨水为再生剂，稀氨水 来源于等压净氨或提氢净氨装置，阴阳床再生剂均就地取材，减少酸、碱废水排放，有利于环境又达到资源综 合利用，生产成本显著降低。 浅脱盐水水质除硬、除盐率可达近百分之百，Cl 含量5PPm，电导率20scm2 可满足合成氨生产的水质 要求，而运行成本较低。但毕竟是浅脱盐水，其中：HSiO2 不能脱除，Cl 也高。为了获得更高质量的脱盐水， 满足 CO2 汽提法尿素生产及高压锅炉发电的要求，在浅脱盐水后又串阴阳混床，浅脱盐水再经强酸(0017)、 强碱(D202)交换树脂更深化除硬处盐，混床出水其电导率 0.05scm2,SiO220ppb,Cl0.1mg/l(721 分光光度 计撤定)。混床分别用 HCI 和 NaOH 做再生剂，由于是浅脱盐水深化脱除，其 HCl、NaOH 再生剂消耗低，运行总 成本仍然较低，但高品质脱盐水在生产中所体现的综合效益却十分突出。 脱盐水主要阴阳床及混床设备均为 DN2500，装置生产能力 200220m3/h。脱盐水的工业酸碱(HCl、NaOH) 消耗0.2kg/m3 脱盐水。因为以废硝酸水及稀氨水就地取材代替盐酸和氢氧化钠做再生剂，脱盐水成本大大降 低，达到了高质量低成本的目标。 2 造气系统 晋城有着得天独厚的原料优势，18.30 工程主要是为发挥原料优势而建设的。因此造气仍沿用传统的以无烟 块煤为原料的固定层间歇式气化炉。在充分比较、论证其生产能力、消耗水平、原料适应性及投资性价等方面 后确定采用 2600 系列炉型。一期 15 台炉，分为三个系统安装，采用多项先进的技术成果。 1)选用直径 2610mm 的造气炉，其炉体和夹套高度、炉蓖型式、以及破渣条、防流板等的配用都达到了合理 和优化，适用于小粒煤气化。采用热管技术，其中联合废锅、低温空气预热器、软水预热器等采用热管结构， 余热回收效率高，使用周期长，列管不易堵塞。 2)应用河北德隆科技开发公司的造气炉机电一体化自动加焦装置及综合优化控制技术，系统采用大风机送 风，过热蒸汽制气、上下吹加氮等技术。 3)采用新型余热集中回收工艺流程，五炉一塔一锅，注重空气、蒸汽、煤气系统、造气油压系统管路配置 的科学合理，每台炉均设上下吹除尘器、上下吹煤气总阀，总阀后煤气进入联合废锅回收上下行余热。该流程 设备少，流程短，占地小，投资省，阻力低，有利于提高单炉发气量，余热回收效率高。 4)每系统设一套吹风气回收装置，副产蒸汽经过热器达 300 以上，造气自用，有利于提高煤气炉的蒸汽分 解率和产气量。 5)造气污水采用微涡流塔板澄清技术，它是集混合、絮凝、分离于一体的高效设备，污水得到较好的净化， 晾水后水温低利于煤气的洗涤降温和造气污水的零排放。 造气系统运行