尿素装置简介和重点部位及设备

1、编号：SM-ZD-81920尿素装置简介和重点部位及设备Orga nize en terprise safety man ageme nt pla nning, guida nee, in spect ion and decisi on-mak ing,en sure the safety status, and unify the overall pla n objectives编制：审核：时间：本文档下载后可任意修改FS 精编安全管理 | SAFETY MANAGEMENT尿素装置简介和重点部位及设备简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查 和决策等事项

2、，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目 标统一，行动协调，过程有条不紊。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。一、装置简介（一）装置发展及类型在合成氨工艺技术实现工业化后，1922年，世界上第一 座以CO?和NH ?为原料，生产尿素的工业装置建成。在尿素 生产工艺发展初期，由于用CO?和NH?合成尿素，转化率不高，而腐蚀又严重。因此，尿素生产工艺技术的研究一直致 力于如何提高转化率；如何回收未转化的CO?、NH3 ;以及采用何种防腐蚀材料和防腐技术。当尿素生产技术停留在不 循环法（未转化的CO?、NH?回收制造其他氮肥）、半循环法 （未转化的CO?、NH ?部分

3、回收进入尿素合成系统 ）时发展比 较缓慢。1953年，荷兰斯太米卡本公司发现了往尿素合成塔 加氧，氧化钝化防腐蚀技术。进入2O世纪5O年代，世界上水溶液全循环法尿素生产技术实现了工业化。从此，尿素生 产技术得到了快速发展。进人6O年代，在全循环法工艺技术不断改进提高的同时，氨汽提法、二氧化碳汽提法尿素生 产装置也相继投产，使得尿素生产工艺技术得到了进一步提 高。我国于1958年，建成了采用高效半循环法生产尿素的 第一个试验装置。并于1965年，建成了两套工业生产装置。 1966年，我国采用溶液全循环法生产尿素的工艺技术研究 成功，随后相继建成了水溶液全循环法尿素生产装置。为了 满足农业对化肥的

4、需要。70年代，我国引进了 13套大型尿 素生产装置。其中，11套采用荷兰斯太米卡本公司的二氧化 碳汽提法尿素生产技术（生产能力1620t / d的有8套装置， 生产能力1740t / d的有3套装置）；两套采用日本三井东压 公司的全循环改良 C法尿素生产技术，生产能力为1600t / d。两种方法中，后者尿素合成操作温度、压力均较高，转化率高，对设备材料防腐蚀要求也高。未转化的CO,、NH3 ,前者大部分在高压系统汽提回收，后者全部减压回收。两种 工艺技术部分指标、见表 7 18。进入80年代以后、尿素工艺技术朝着提高转化率、提 高热回收率和降低能耗方向发展，出现了多种工艺技术。女口采用汽提

5、法和溶液循环法相结合的 ACES法；采用氨汽提与 二氧化碳汽提相结合的等压双气提 IDR法；采用等温合成塔 及蒸汽一空气双汽提工艺的热循环 UTI法；以及采用两个合 成塔工艺技术的双塔高效综合法 （HEC法）等。本文下面重点介绍二氧化碳汽提法尿素生产装置。（二）装置单元组成与工艺流程1 .组成单元尿素装置由原料氨和二氧化碳的压缩、输送（简称压缩）、合成与汽提、循环与吸收、蒸发与造粒以及氨水系统五个单 元组成。各单元作用介绍如下：（1）压缩原料液氨经泵加压，并预热后，送人合成系统。原料二氧化碳加入部分防腐蚀用的空气后，经压缩机加压，送人合成系统。（2）合成与汽提C0?和NH ?在高温、高压下转化

6、生成尿素，大部分未转 化的CO?、NH ?经汽提后，回到合成塔。汽提后的尿素溶液送人循环系统。(3)循环与吸收汽提后的尿素溶液进行减压、加热、精馏，精馏后的尿素溶液送往蒸发系统。解析出来的CO?、NH ?通过冷凝、吸收、加压，送回合成系统。高压洗涤器出口的CO?、NH?也经中压吸收后，送回合成系统。(4)蒸发与造粒尿素溶液经加热、真空蒸发去除水分后，成为熔融尿液。熔融尿液经造粒，得到固体粒状成品尿素。(5)氨水系统含尿素的氨水通过尿素水解，以及解析、冷凝，回收其中的CO?、NH?并送回循环系统。2 .工艺流程工艺流程说明：工艺原则流程见图7 2。原料液氨经高压液氨泵加压到 16MPa(表)左右

7、，并经预 热器加热后，进入高压喷射器，与来自高压洗涤器中的甲铵 液一起，由顶部进入高压甲铵冷凝器。原料二氧化碳加入空第7页/总13页FS 精编安全管理 | SAFETY MANAGEMENT气后，经二氧化碳压缩机升压到14MPa（表）,进入高压汽提塔底部。尿素合成塔中的反应物经溢流管流出，进人汽提塔顶部， 经液体分布器均匀分配到汽提管中。反应物与二氧化碳在汽 提管中逆流接触，使甲铵分解，所需热量由汽提管管外的蒸 汽提供。甲铵分解后产生的 CO?、NH ?与过剩NH ?及汽提用 的CO?一道从汽提塔顶部排出，进入高压甲铵冷凝器顶部。 汽提塔底部含甲铵、尿素的溶液去精馏塔。在高压甲铵冷凝器中，由汽

8、提塔排出的气体与高压喷射 器来的液氨及回收的甲铵液在管内反应、冷凝生成甲铵。冷 凝产生的热量，由壳侧水蒸发，产生低压蒸汽进行回收。反 应生成物从高压冷凝器底部排出，进入合成塔。甲铵在尿素合成塔内转化为尿素，反应温度180 C,反应压力14MPa（表），转化率约58 %。生成的尿素与未转化 的甲铵一起进入汽提塔顶部。塔内未反应的气体由顶部排出， 进入高压洗涤器。在高压洗涤器中，CO?、NH ?被低压循环系统来的甲铵液 部分吸收、冷凝。吸收、冷凝液经高压喷射器进入高压甲铵冷凝器。高压洗涤器产生的热量由高压调温水带走。未冷凝 的CO?、NH ?，及惰性气体从顶部排出，减压到0 . 6MPa（表）进人

9、中压吸收塔，在中压吸收塔内用氨水进一步吸收，惰性 气体从顶部排出放空。离开汽提塔底部的尿素一甲铵溶液，减压到0.2MPa（表）进入精馏塔。在精馏塔中通过减压、加热使甲铵分解，分解 出来的气体和水解来的甲铵液一起送到低压甲铵冷凝器。低 压甲铵冷凝器操作压力 0 . 2MPa（表）、温度70 C左右。在 此，氨、二氧化碳冷凝生成甲铵，经高压甲铵泵升压到 14MPa（表），返回高压洗涤器内加以回收。未冷凝的气体经 低压吸收塔吸收后放空。低压甲铵冷凝器产生的热量由低压 调温水带走。从精馏塔底部出来的含尿素75 %左右的溶液进一步减压，经闪蒸后，进入真空蒸发系统。尿素溶液在一、二段真空蒸发器内，分别用0

10、.3MPa（表） 和0 . 8MPa（表）蒸汽加热、蒸发。尿素浓度达99. 7 %的尿液经熔融尿液泵送人造粒塔顶部的旋转喷头中，均匀喷撒下， 经自然通风冷却成粒状尿素成品。第9页/总13页FS 精编安全管理 | SAFETY MANAGEMENT系统产生的含氨冷凝液含少量尿素、氨、二氧化碳。氨水送人第一解吸塔、水解塔和第二解吸塔，将氨水中的尿素 水解成氨和二氧化碳，并将氨、二氧化碳解析、冷凝。生成 的含甲铵冷凝液送到低压甲铵冷凝器回收，解吸后的废水经 冷却后排放。浓度27 . 5 %的双氧水，稀释到 3 % -5 %后，经注入泵加压分别送到汽提塔、高压甲铵冷凝器和高压洗涤器。用于高压设备钝化防

11、腐蚀。（三）化学反应过程尿素的合成反应分二步：第一步：由CO?和NH?生成氨基甲酸铵（简称甲铵）第二步：由氨基甲酸铵脱水生成尿素（四）主要操作条件及工艺技术特点1 .主要操作条件主要工艺操作条件见表 7 192 .工艺技术特点尿素合成反应温度、压力较低，可采用相对价廉的不锈 钢（尿素级）作耐腐蚀材料，但转化率也较低。未转化成尿素的甲铵，大部分在高压系统内，借助二氧 化碳汽提与尿素分离，并在高压系统内冷凝回收。高压系统 的循环，借助液位差自流，减少了设备和动力，但设备安装 框架高。甲铵生成热通过副产低压蒸汽回收，提高了热利用率。 含氨冷凝液通过深度水解、解吸，回收二氧化碳和氨。降低 了消耗，减少

12、了污染。高压设备的防腐蚀，可通过在二氧化碳气体中加空气及 高压系统加双氧水两种方式进行。设备采用单机组、单系列，设备性能可靠，设备利用率 高。采用集中自动控制、自动联锁系统，自动化水平高，操 作安全可靠性高。（五）原料及产品性质原料为液氨及二氧化碳，钝化剂为空气和双氧水，中间产物有氨基甲酸铵，产品为尿素。其性质、组成见表7 20、表 7 21 o尿素无毒，但其粉尘对人体有害，车间空气中最高允许浓度为lOmg /m3。二、重点部位及设备（一）重点部位1 .高压合成与汽提系统高压合成与汽提系统主要由合成塔、汽提塔、高压冷凝器、高压洗涤器四台高压设备组成。这四台高压设备集中安 装在一个高框架内，是装

13、置的主要设备。合成、汽提系统操 作压力l4MPa（表），操作温度在160 185 C范围内，工艺 介质为氨、二氧化碳、尿素和甲铵液工艺介质具有强腐蚀性。高压设备密封发生泄漏，设备发生腐蚀而泄漏，都可造成设备事故、装置停运。高压设备由承受高压的外壳及耐腐 第11页/总13页FS 精编安全管理 | SAFETY MANAGEMENT蚀的内衬组成，一旦内衬腐蚀穿孔，外壳会很快腐蚀损坏。 系统在运行中如发生超温、超压也会加快腐蚀速度，造成重 大设备事故。并有可能引发中毒、爆炸、火灾事故。汽提塔、高压冷凝器、高压洗涤器设备内有换热管束， 如管子、管板发生腐蚀泄漏，还会污染蒸汽、冷凝液或调温 水；高压洗涤

14、器如操作不当，还可能发生爆炸；合成塔由于 操作温度较高，易发生腐蚀。四台高压设备是装置中安全监 控的重点设备。2 .咼压泵区高压泵区位于框架的一楼，主要由两台高压氨泵和两台 高压甲铵泵组成。生产中，一开一备。高压氨泵压缩介质为 液氨，出口压力为16MPa（表）；高压甲铵泵压缩介质为甲铵 溶液，出口压力为 14 . 5MPa（表）。一般采用柱塞泵，用背 压式汽轮机或电动机驱动。由于压力高，动密封易发生泄漏。液氨如发生泄漏还可 造成着火、爆炸、中毒事故。甲铵液大量泄漏也可造成人员 伤害。高压氨（甲铵）泵运行中如发生重大设备事故，也可造成全装置停车。（二）重点设备1 .二氧化碳压缩一透平机组二氧化碳

15、压缩机为离心式多级压缩机组，用蒸汽透平驱 动。压缩机为两缸、四段、多级的离心式压缩机。低压缸转 速约 7000r / min，高压缸转速约13900r / min，功率7600kW 左右，压缩介质为二氧化碳气体，人口压力一般 0 . 02MPa（表），出口压力14 . 5MPa（表）。透平为中压、抽 汽、冷凝式透平，人口蒸汽压力3 . 8MPa（表）。二氧化碳压缩机组在高压、高转速下运行，密封、润滑 条件要求高，控制调节系统复杂。运行中如发生喘振、带液、 轴瓦磨损、气封损坏等都可造成机组停车。由于设备复杂， 维修、安装要求高，如维护不当也容易引起机组故障或设备 损坏。二氧化碳在一定的条件下，还具有腐蚀性，可造成设 备腐蚀损坏。由于二氧化碳压缩机组为单系列设备，一旦发 生停机事故，尿素装置都被迫停车。该机组是装置关键重点 设备，也是安全监控的重点设备