硝酸装置工艺总结.doc

化工装置工艺、施工技术总结 硝酸工程 硝酸工程工艺技术总结中化二建集团第四防腐公司 王丽霞工程名称：山西天脊煤化工有限公司27万吨/年硝酸装置工程地点：山西省潞城市开工日期：2001.9竣工日期：2002.11投资金额：29028万元1工程项目简介1.1 天脊煤化集团有限公司是以德、日、法、挪威等十多个国家引进的，第一套以煤为原料生产高浓度氮磷复合肥的大型现代化企业，是我国也是亚洲最大的复合肥生产基地。十几年来，该公司硝酸肥产量以每年5万吨的速度递增，三大装置在2000年相继达到和超过了设计能力，原有的年产54万吨硝酸装置已成为制约生产能力的瓶颈。因此，扩建原有硝酸装置不仅可以充分发挥现有生产能力，还有利于优化产业结构，增加产品品种，实现年产100万吨硝酸磷钾三元复合肥的奋斗目标。1.2 新扩建的硝酸装置拟采用法国GP公司双加压技术（即加压氧化、加压吸收），并由化学工业第二设计院设计，中化二建集团有限公司承建。本装置引进国外先进的“四合一”透平压缩机，国内配套氧化炉、吸收塔等设备，项目总投资29028万元，工期14个月，项目建成后年产硝酸（产品为浓度60的硝酸）可达81万吨（以100硝酸计日产达902公吨），每年可新增销售收入47716万元。2工程项目流程概述2.1氨空气混合气的制备由液氨储槽来的液氨进入液氨蒸发器，被蒸发为气氨（原料液氨中的油水和水在氨辅助蒸发器中被分离）气氨在氨过热器中被蒸汽加热到100后进入过滤器。经过滤的气氨进入氨空气混合器。大气中的空气经预热过滤后，进入空气压缩机被压缩到0.36MPa（表压）（约236）分为一次空气和二次空气（其中二次空气用于成品酸槽的漂白）一次空气送入氨空气混合器。控制氨对空气混合物之比为9.6，而后送入氨燃烧器。2.2氨燃烧氧化及热量回收2.2.1氧化氮气体混合物离开废热锅炉顺序经高温气气换热器和省煤器，然后进入低压反应水冷凝器被冷却至42，由于冷凝而产生了相当数量地稀硝酸（3035）。2.2.2酸气混合物送入氯化氮气体分离器，将生成地稀硝酸分离，用稀硝泵将稀硝酸送入吸收塔。2.2.3分离出的氧化氮气体与来自漂白塔的二次空气混合，并在氧化氮气体压缩机中被压缩至1.0MPa（表压）因压缩而产生的热量在尾气预热器中被移走。2.2.4尾气预热器出口地混合气（130）进入高压反应水冷凝器冷却至42，氧化氮气体和冷凝酸进入吸收塔底部，在这里冷凝酸与成品酸混合。2.2.5塔盘上装有冷却盘管以移走吸收塔和气化所产生地热量，塔顶部塔板用约30的脱盐水进行喷淋，塔底的硝酸增浓至60的浓度在控制液面下被移走。2.3脱硝2.3.1由吸收塔移出的60的硝酸送入约0.3MPa下操作的漂白塔，在具有塔盘的塔中用二次空气将溶解的气体吹走而完成漂白作用。2.3.2漂白的空气在氧化氮气体压缩机的入口处与氧化氮气体分离器来的氧化氮气体混合。2.3.3约65的成品酸由漂白塔在液面控制下被排出，经酸冷却器冷却至50送入成品酸贮槽。2.4尾气吸收塔出来地尾气送入尾气分离器，依次通过二次空气冷却器，尾气预热器，高温气气换热器三个热交换器被加热到360，热气体进入尾气膨胀机，大约能回收总压缩功率的60，最后尾气在约105及NOX含量为180PPM状态下经尾气排气筒排入大气。2.5蒸汽及冷凝液系统2.5.1废热锅炉中产生的4.3MPa、440蒸汽经蒸汽过热器，蒸汽分离器后大部用于蒸汽透平，剩余的约3.7MPa、440蒸汽送至界区管网。2.5.2来自氨过滤器、氨辅助蒸发器、空气预热器等低压蒸汽冷凝液都收集在一起，送至除氧器。3主要设备选型及说明3.1四合一机组四合一机组是硝酸装置的核心设备，从德国GHH公司引进。主要由蒸汽透平（DK050/110）、离心式氧化氮压缩机（RH071/03）、轴流式空气压缩机（AG070/12L1）、尾气膨胀机（EN063/12L1）、齿轮变速装置和两个钢底座组成，各机器之间通过四个特定干式联轴器连接的四合一机组。其主要技术特性如下：一、轴流式空气压缩机设备位号 GB101设备型号 AG070/12L1介 质 空气吸入压力（绝压） 0.09MPa吸入温度 29.2相对湿度 76%吸入流量 201103m3/hr排出压力（表压） 0.35MPa排出温度 236速度 5140rpm速度范围（75108.5%） 38555576rpm第一临界速度 2290rpm二、离心式氧化氮压缩机设备位号 GB102设备型号 RH071/03介 质 一氧化氮吸入压力（表压） 0.3MPa吸入温度 60相对湿度 25.02%比 重（吸入条件下） 4.3kg/m3吸入流量 44277m3/hr排出压力（表压） 1.0MPa排出温度 186.8速度 6505rpm速度范围（75108.5%） 48797056rpm第一临界速度 2638rpm三、蒸汽透平设备位号 GT102设备型号 DK050/110新鲜蒸汽压力（表压） 3.9MPa新鲜蒸汽温度 440排出蒸汽压力（绝压） 0.012MPa蒸汽耗量 29900kg/hr输出功率 7120kw速度 6505rpm速度范围（75108.5%） 48797056rpm跳车速度 7550rpm第一临界速度 4057rpm四、尾气膨胀机设备位号 GT101设备型号 EN063/12L1介 质 一氧化氮入口气体压力（绝压） 0.094MPa入口气体温度 360出口气体压力（绝压） 0.096MPa出口气体温度 106气体流量 124455Nm3/hr功率 11900kw速度 5140rpm速度范围 38555576rpm跳车速度 5966rpm临界转速 6990rpm五、齿轮变速装置型号 TA25B输出 4500kw输入速度N1 6720rpm输出转速N2 5311rpm3.2硝酸吸收塔硝酸吸收塔是硝酸装置最主要的设备之一，成品硝酸的反应在塔内完成，压力为1.1MPa的氧化氮气体，从塔的底部进入与塔上部加入的稀硝酸（或脱盐水）相遇，发生反应。生成硝酸，伴随反应所放出的热量由塔内盘管中冷却水带走，使塔体保持恒温。硝酸吸收塔壳体为一直立圆筒形、不锈钢全焊结构，上下封头为球形，下面有裙座支撑全部塔的重量并与基础固定。塔内有筛板32层，下面的26组塔板有盘管。主体材质为00Cr19Ni10，内径5200mm，总高58540mm，壁厚25mm（吊耳处32mm），塔净重297.43t。其主要技术特性如下：容器类别 类设计压力 1.06MPa（壳侧）最高工作压力 1.01MPa（壳侧）液压试验压力 1.325MPa（卧置）气密性试验压力 1.11MPa设计温度计 90（壳侧）操作温度计 60（壳侧）全容积 1178m3充水后总重量 1480930kg3.3蒸汽过热器、废热锅炉、氨燃烧器蒸汽过热器、废热锅炉、氨燃烧器是硝酸生产的主要设备，氨气与空气混合在高温条件下的触媒铂网催化剂作用下，进行氧化反应生成NO；随着温度的降低，NO继续氧化生成NO2。蒸汽过热器、废热锅炉、氨燃烧器三个设备合为一体，过热器与废热锅炉为管壳式，内有过热盘管和废热回收盘管，铂触媒筐。氨燃烧器内设有气体分布器及点火器。蒸汽过热器、废热锅炉壳体的盘式裙座安装在主厂房内标高为7m的钢筋砼框架式结构上，由8根M201300的地脚螺栓与框架固定；氨燃烧器作为这一设备的大盖在过热器与废热锅炉壳体之上，用法兰连成一体。氨燃烧器、废热锅炉及蒸汽过热器的主要性能见表1，外形尺寸及吊装重量见表2。氨燃烧器、废热锅炉及蒸汽过热器的主要性能表 表1 部位 参数项目单位壳体蒸发器冷壁管过热器铂网上铂网下介质空气、氨N2、H2O、NO水水水蒸气设计温度(入/出口)250/630905/285264264300/480操作温度(入/出口)217/600860/255257257257/440设计压力MPa0.410.414.84.84.8工作压力MPa0.360.364.34.34.3液压试验压力MPa0.820.827.27.28.2致密性试验压力MPa1%HN3(体积) 0.5041%HN3(体积) 0.504氨燃烧器、废热锅炉及蒸汽过热器的外形尺寸及吊装重量表 表2 项 目设备名称及位号高（mm）直径（mm）重量（kg）氨燃烧器DC101A/B422040708614蒸汽过热器EA106A/B3463402035135废热锅炉EA107A/B43503.4 LHBT桥式起重机LHBT型电动双梁桥式起重机为非标准型起重机，主要由桥架（包括大车驱动）、小车装配（包括防爆电动葫芦）及防爆电机等三部分组成，其防爆标志为EdHBT4。安装在硝酸主厂房内，主要用于四合一机组等设备检修用。LHBT桥式起重机主要技术参数如下：跨度 10.5m主钩起重量 25000kg副钩起重量 5000kg主钩起升高度 16m副钩起升高度 18m大车运行速度 12.5m/min小车运行速度 12.5m/min操作方式 地面操作设备重量 10650kg4关键施工部位及主要施工方法4.1 四合一机组安装4.1.1四合一机组为德国进口，是硝酸装置的心脏部分。结构紧凑，精密复杂，机身长达15.5米四合一机体成一线，安装难度非常大。4.1.2四合一机组基础长达15.75米，而且五大机组基础标高又各不相同。若采用普通测量用水平仪测量垫板标高，误差太大；若采用框式水平下垫以较长的平尺测量太繁琐；若采用水位仪测量则能克服上述缺陷，不仅误差小，而且使用简便。本装置使用改进后的水位仪来测量垫板标高。4.1.3五台主机的初步找正采用双钢丝线法，此法方法简单、误差小，误差可控制在0.5以内，为精确找平提供了有利条件。4.1.4 机组的找正定心以中间的减速机为准，以减速机两个联轴节向两边进行，不仅使机组转子扬度从中间向两边对称扬起，而且对机组平稳运行有利。在机组安装时间很紧迫的情况下，可从机组两侧同时进行找正定心，大大缩短了机组安装的时间。4.1.5 主机轴承顶间测量采用提轴法，主机轴承紧力测量采用下沉法，测量数值正确，节约时间，是行之有效的方法。3.3.6 联轴节对中采用三表定心法，此法能消除由于在测量过程中由于吊轴而引起的误差。4.1.7 机组二次灌浆采用无收缩性碎石砼，能起到稳固基础，防止基础振动的作用。4.1.8碳素钢油管道酸洗液采用缓蚀剂，可以延长酸洗时间而不减薄管壁厚度；酸洗时采用酸洗 水冲 碱洗 钝化 干燥连续法施工，能防止管内再生浮锈，从而提高了酸洗质量，油冲洗时间大大缩短。4.2 硝酸吸收塔4.2.1 硝酸吸收塔组焊 硝酸吸收塔分段出厂，在现场进行组对焊接。塔节共分17节，即封头一节、裙座一节及筒体15节运到现场，塔内件包括盘管及其支撑结构，筛板及其支撑圈等零部件均须在现场组焊，筒体的对接焊缝、接管、人孔、吊耳、管道支架、钢结构的联接板等也必须现场开孔，焊接，塔组焊完毕后现场须进行水压试验与气压试验。 组焊程序：硝酸吸收塔按从上封头至裙座的顺序组对，先进行立式装配，而后进行卧式装配。 吸收塔组焊时，先将分节到货的筒节放置于713的组装平台上，分别进行塔内件的检查，筒节内件检查完毕后，以每二节组成一小段进行组装点焊，组焊好后，利用二台50t汽车吊放倒在专用转胎上，与其它组焊好的小段在转胎上进行组焊，整个吸收塔组焊成二个大段后，两大段设置于滚胎上进行组焊，同时在转动部分加装辊道护板。 吸收塔其内径达5.2米，重量约300T,其搬运很不方便，考虑到设备吊装，所以在吸收塔塔基础轴线的东北方向敷设58米长的条形基础并铺设道轨，滚胎采用主动和从动两种，主动转胎的转动共四胎，其传动力分别为320t和 160t各1台、80t 2台，筒体的旋转靠主动转胎的转动带动。每个转胎下装有四个支撑轮可沿着预铺轨道滚动，从而把塔节运到指定地点进行组焊工作。 塔体的焊接是在转胎上进行。塔内和塔外焊接均采用上行爬坡焊接，借助于转胎在规定位置焊接一段，塔体转动一定角度，再焊接一段，直至焊缝全部焊完。 焊接程序：点焊及塔节外第一层焊道；塔内多层多道焊；塔外清根打磨一着色检查；塔外多层焊；盖面焊及塔内侧盖面焊。 焊接材料选用： 焊接方法焊接材料主体材料手工电弧焊半自动CO2气体保护焊00Cr19Ni10之间A002E308L（药芯）碳钢与00Cr19Ni10之间A302碳钢之间E4303 塔体组焊结束后，塔内清理要特别认真，先人工清扫，再用吸尘器吸，然后用白面团粘除和白布擦拭，具体方法可查阅吸收塔组焊方案。在塔节组对时，利用转胎调整和拆装过程中应注意塔节不得变形，转胎不得超载而损坏，并随时注意辊轮不被接管等所卡住。在同一塔体整体组装前，塔体安放转胎处应放置宽度为550mm，厚度为32mm的护板。护板两侧塔壁等分8瓣，塔壁与护板之间垫以=5mm的橡胶石棉板，护板两侧每隔1m焊接一块505030mm挡板，挡板采用00Cr19Ni10不锈钢板制作。4.2.2硝酸吸收塔吊装 吸收塔吊装采用双桅杆滑移法整体抬吊，桅杆采用2根高57米，起吊重量为200吨。 桅杆起吊采用160吨吊车进行。两根200t桅杆布置在吸收塔基础的两侧，其中心距为11m，两桅杆中心线与吸收塔基础中心处于同一直线上，且与吸收塔组对中心线成正交。 为确保两桅杆及吸收塔基础中心处于同一直线上，在桅杆竖立时采用经纬仪进行找正。 桅杆组对方向与吸收塔组对方向平行。竖立桅杆时，采用160t吊车将桅杆头部抬起至50，然后利用后部拖拉绳将桅杆扳起。 吊装时，要求在地面上将吸收塔组对、焊接完毕，其外围除排气筒以外的梯子、平台、管道、电气照明等全部安装好，随塔一并吊起，做到塔起、灯亮、管线通。吸收塔立起后，利用120吨吊车将尾气排气筒吊装就位。 桅杆放倒利用硝酸吸收塔吊耳和起吊滑车组进行。4.3蒸汽过热器、废热锅炉、氨燃烧器安装4.3.1蒸汽过热器、废热锅炉、氨燃烧器是硝酸生产的主要设备，且三台设备合为一体。本装置共有A、B两台，每台重44.025t，蒸汽过热器、废热锅炉壳体的盘式裙座安装在主厂房内轴线间标高为7m的钢筋砼框架式结构上，由8根M201300的地脚螺栓与框架固定；氨燃烧器作为这套设备的大盖在过热器与废热锅炉壳体之上，用法兰连成一体。废热锅炉段35t、氨燃烧段9.0t，总高6.3米，因设备需装内件，所以从大盖处拆开二段分别吊装。吊装采用160t的汽车吊，汽车吊站位在主厂房南侧轴之间的中线上，吊车尾部朝向厂房，距柱子边缘有200300mm安全距离，这样160t吊车的回转半径为12m，氨燃烧器运输停放在吊车的西边。吊装时先吊3N-DC101A，然后再吊3N-DC101B，当过热器、废热锅炉就位后，再装触媒筐以及内件，最后安装氨燃烧器。4.3.2燃烧器内件组装时要检查氨气管与点火嘴，防止卡阻，点火器与火花塞要按图纸要求进行安装，整个燃烧器大盖螺栓拧紧后，再安装点火装置的电机、减速机，试车时要对点火装置进行试运转。具体的安装方法可以查阅氨燃烧的施工方案。4.4工艺配管4.4.1该装置共有工艺管道10637m。管道焊接时加强对焊接质量的控制，严格执行各钢种的焊接规范和预热、热处理规范。4.4.2工艺管道中不锈钢材质的比例较大，焊接要求氩弧打底电焊盖面，因此，氩弧焊工、电焊工提前培训，及早准备好不锈钢管加工机械及管道预制场地。4.4.3装置内设备、管道布置紧凑，施工场地狭窄，土建、安装充分配合，交叉作业，施工中，严格按土建、安装、电仪综合进度计划施工，强化项目部统一调度。4.4.4硝酸装置工艺管道材质较复杂、种类繁多、质量要求高，主要材质有Q235、15CrMo、12CrMov、0Cr18Ni9、00cr19Ni10、0Cr18Ni10Ti等。因此，对材料的现场保管与标识特别重要。所有材料进入现场后，首先进行标识、标色，同一材质的管材、弯头、三通、异径管等分别逐一涂上相同颜色的色标。材料堆放要在其下垫枕木，严禁与土壤、砂石、泥水接触，碳钢及镀锌材料严禁与不锈钢接触。4.4.5对于碳钢与15CrM