兴安博源30·52尿素装置设备布置和管道设计总结

吴 迎，刘三军，周启春

（中国五环工程有限公司，湖北武汉 430223）

兴安博源30·52尿素装置设备布置和管道设计总结

吴 迎，刘三军，周启春

（中国五环工程有限公司，湖北武汉 430223）

在对兴安博源30·52尿素装置设备布置及管线设计进行简单介绍的基础上，重点对设计过程中的关键点和注意事项进行讨论，可为同类尿素装置的设备布置及管线设计提供参考。

尿素装置；设备布置；管线设计；设备吊装；防火等级

兴安博源30·52尿素装置是中国五环工程有限公司的总承包项目，该项目在尿素装置的设备布置及管线设计方面具有自身的特色，现对博源尿素装置的设备布置及管线设计进行简单介绍，并重点对设计过程中的关键点和注意事项进行讨论，供同行参考。

1 尿素装置设备布置和管线设计总体度

无论采用什么工艺方案及生产规模，尿素装置的设备布置要素均是大型（博源尿素装置7跨X 3跨）、高层（博源尿素装置11层总高度66 m）框架布置。管线设计要点为，GC1（3）类（高压）管线，大口径管线，夹套管线，坡度管线，大量伴热管线；管线材质为尿素级材料（一般需要国外采购）。高层框架设备布置难度大，管线等级高、管线危险系数大（GC1类管线，需要4级签署）。总体而言尿素装置设备布置及管线设计难度大，复杂程度高。

2 尿素装置设备情况

尿素装置的设备多（博源项目约有81台），设备类型复杂（基本涉及到所有设备类型），高压设备（博源项目有4台）体积大、荷载重且均布置在框架内，吊装有难度。

2.1 四台高压设备情况

（1）尿素合成塔。设计压力16．1 MPa，设计温度191℃；规格φ2 800 mm，H约35 964 mm；重426 t；筒体Q345R（层板），X2Cr Ni Mo25-22-2（衬里）。

（2）汽提塔。设计压力16．5 MPa（管程），设计温度229℃；规格φ2400 mm，H约12363 mm；重152 t；壳体Q345R（层板），管箱20Mn MoIV（Q345R）＋X2Cr NiMo25-22-2，换热管X2Cr Ni-Mo25-22-2。

（3）高压冷凝器。设计压力16．4 MPa（管程），设计温度198℃；规格φ2050mm，H约17720 mm；重133 t；壳体Q345R，管箱20MnMoIV（Q345R）＋X2Cr NiMo25-22-2，换热管X2Cr NiMo25-22-2。

（4）高压洗涤器。设计压力16．1 MPa（管程）；设计温度198℃；规格φ2 800 mm，H约10530 mm；重59 t；壳体Q345R，管箱20MnMoIV（Q345R）＋X2Cr NiMo25-22-2，换热管X2Cr Ni Mo 25-22-2。

2.2 动设备情况

尿素装置中的关键离心泵为高压氨泵和高压甲铵泵，输送的介质有毒，并有腐蚀性，且泵的扬程较高。高压氨泵和高压甲铵泵均采用多级离心泵，密封采用机械密封，泵与电机之间通过齿轮箱增速。高压泵的扬程较高，有一定的制造难度，且国内产品质量不稳定，为保证设备的安全可靠性，高压氨泵和高压甲铵泵及高压甲铵喷射器均为国外引进。

2.3 尿素装置管线情况

（1）轻度危害介质管线：AM氨；CA甲铵；CY化学污水；DR导淋；PG工艺气体；RV释放气体；US熔融尿素／尿素溶液。

（2）热力介质管线：ES透平抽出蒸汽；LPS低压蒸汽；RS低压减压蒸汽；S蒸汽；SC蒸汽冷凝液。

（3）常规介质管线：A工艺空气；CD二氧化碳；CWR冷却回水；CWS冷却上水；DW脱盐水；IA仪表空气；N氮气；OW含油污水；PA工厂空气；PC工艺冷凝液；PW饮用水；V放空气体。

3 设备布置及设备吊装

尿素装置设备布置主要要考虑4台高压设备的进出口的位差，需通过在框架内不同楼面上的支撑给予充分必要地满足。

3.1 汽提塔

3.1.1 汽提塔支撑标高确定的商酌

汽提塔支撑点标高（4台高压设备标高关系链的底端）的确立，是整个尿素装置框架高度确定的关键点。

为了降低框架高度而将汽提塔标高定得过低，可能会造成汽提塔底部管线设计无法按要求设计——汽提塔底部空间需要考虑高压管线大半径弯曲半径以及高压角阀的设计和操作空间。如果将汽提塔定得过高，会造成整体框架高度的升高，增加高层楼层设备吊装的难度，以及增加整个装置的土建材料等费用。

3.1.2 汽提塔的结构支撑需要关注

汽提塔总荷载为152 t，4个支座支撑在楼面上，设备筒体穿越支撑楼面。对于结构专业而言，如此重型荷载设备在穿越楼面开孔处设置设备支撑，为了安全起见，基本不考虑支撑点齐平楼面的设计方案，而是用工字钢搭接支撑框架放置于楼面设备开孔处，然后重型荷载设备放置于支撑框架上，形成我们口语中常说的八字梁。需要注意的是，由于汽提塔荷载较重，八字梁高度的设计也相应较高，博源项目中该八字梁高588 mm。

3.1.3 汽提塔的吊装有难度

汽提塔位于整个尿素装置高层框架的低部楼层处，设备筒体至少穿越2层楼面，其筒体中心轴线正上方2层楼面处就是尿素合成塔支撑楼面。由于尿素合成塔总荷载为426 t，尿素合成塔支撑楼面支撑梁高度比较高（最高处为1 900 mm），该楼面不能有活动梁的设置，因此，一旦汽提塔设备筒体的长度大于汽提塔支撑楼面与合成塔支撑楼面之间的距离，汽提塔是不能够采用由吊车垂直起吊到相应高度再平移至支撑楼面上方就位的吊装方案。如果出现这样的状况，汽提塔的吊装需要考虑从底部斜拉上去就位的方案，此种情况需要考虑斜拉角度、边平移边斜拉上升、斜拉吊点的定位等，需要进行严密的计算。建议与结构专业、施工方以及业主讨论并得出确认方案。

3.2 尿素合成塔

3.2.1 尿素合成塔地脚螺栓定位

尿素合成塔底部支座上大数量、高强度地脚螺栓的定位，应注意定位是否与合成塔支撑梁有干涉。由于合成塔总荷载为426 t，博源项目合成塔东西支撑梁高1 800 mm、南北支撑梁高1 900 mm、环梁高1650 mm，这些梁比较集中地布置在尿素合成塔的支撑楼面该设备底部，需要核对地脚螺栓的定位，如果有干涉，需要调整地脚螺栓的定位角度。

3.2.2 尿素合成塔的吊装

重荷载超高设备的吊装，一般考虑吊车起吊到相应支撑楼面高度以上再平移至框架内就位。合成塔支撑楼面以上吊装入框架区域梁均需要设置活动梁。

3.3 高压冷凝器

3.3.1 高压冷凝器支撑点的确定

通过合成塔的底部气体管口和高压冷凝器的底部气体管口的一致性［15U3D等级，10″（注：1″＝25．4 mm）］确定下来。

3.3.2 高压冷凝器与两端对称布置的2台低压蒸汽包的布置

高压冷凝器与两端对称布置的2台低压蒸汽包的布置，间距与支撑标高的设定，需要考虑到大口径低压蒸汽（LPS）管口对接所引起的应力推力、应力转矩等因素。要点是，此3台设备支撑点标高设计成一致；设置膨胀节。但需要注意的是，由于管径较大（2″），又是低压蒸汽管线，该处膨胀节的长度较长（1 500 mm），此3台设备的定位间距需考虑充分，否则会增加相关专业（布置、土建、设备、应力专业）处理的难度。

3.4 高压洗涤器

3.4.1 高压洗涤器大盖

高压洗涤器位于整个高层框架的最上部，且顶部大盖需要拆卸，该大盖重约3 t。在大盖所在楼面需要设置放置大盖的重载区域，并且高压洗涤器顶部上层楼面的梁下需要设置电动葫芦轨道和电动葫芦。

3.4.2 高压洗涤器上部大盖（封头）管口

高压洗涤器上部大盖（封头）管口连接的高压甲铵溶液管线来自高压甲按泵。该管线（15U3）上靠近大盖顶部管口的止回阀无论是直通式还是角式，均需设计在可以操作与方便拆卸的地方（楼面上，或者设置操作平台），同时又要满足工艺上最近距离的要求。

4 尿素装置的防腐设计

与磷酸项目对于防腐问题（防腐区域划分研究、防腐材料的慎重选用、防腐细节的强调）的重点关注不同，尿素装置中仅尿素熔融泵区域需要防腐设计。

5 尿素装置防火等级及相关问题

（1）与煤气化装置对于防火等级问题的重点关注不同，尿素装置防火等级划分基本无异议无擦边球。

（2）尿素主厂房。生产类别乙类；耐火等级一级；火灾类别C类；危险等级严重危险；3部疏散楼梯。

（3）造粒塔。生产类别丙类；耐火等级二级；火灾类别C类；危险等级中危险；1部疏散楼梯，1部电梯。

（4）高层框架构筑物需要根据构筑物面积、构筑物层数、构筑物高度等设计疏散楼梯，疏散楼梯个数及其布置需要与建筑专业商榷。

（5）高层框架构筑物是否需要维护及其维护区域，需要与业主及建筑专业商榷。

6 尿素装置爆炸危险区域的划分

整个尿素主厂房包括底层2层通风良好封闭泵区和通风良好的造粒喷头层封闭区域，均划分为气体爆炸危险环境2区。因造粒塔楼梯间有数量较多的输送爆炸危险介质管道的法兰释放源，且紧邻造粒喷头层，确定该楼梯间为气体爆炸危险环境2区，造粒塔电梯亦要求防爆。

7 结束语

兴安博源30·52尿素装置的设备布置及管线设计是一个较为完善的工程设计案例，可为同类尿素装置的设备布置及管线设计提供参考。

Design Summary of Equipment and Pipes in the 30·52 Urea Plant

WU Ying,LIU San-jun,ZHOU Qi-chun
（Wuhuan Engineering Co．，Ltd．，Wuhan Hubei 430223，China）

Based on the simple description of the 30·52 urea equipment layout and piping design in the Xingan Boyuan Chemical Co．，Ltd，emphatically discuss the key points of the design process and precautions，which would be a reference for the similar equipment layout and piping design in the urea plant．

urea plant；equipment layout；piping design；lifting equipment；fire rating

TQ441．41

B

1003-6490（2014）01-0056-03

2013- -

吴 迎（1973－），女，湖北武汉人，高级工程师，主要从事设备和管道布置设计工作。