尿素造粒塔設(shè)備布置與管道布置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

國(guó)內(nèi)尿素造粒裝置主要采用塔式造粒，即采用圓柱形高大混凝土造粒塔，通過(guò)造粒塔上部造粒噴頭噴灑尿素熔融物料，塔底自然通風(fēng)將下降的尿素顆粒冷卻降溫形成尿素顆粒產(chǎn)品。本文以國(guó)內(nèi)某100萬(wàn)t/a尿素造粒塔項(xiàng)目為例，探討了采用新型強(qiáng)制通風(fēng)加除塵洗滌裝置的尿素造粒工藝技術(shù)，論述設(shè)備布置和管道設(shè)計(jì)上的一些技術(shù)要點(diǎn)。

1 造粒塔蒸發(fā)造粒技術(shù)

1.1 工藝流程

來(lái)自低壓分解塔底部的尿素溶液，經(jīng)液位控制閥減壓之后，送到閃蒸分離器，絕對(duì)壓力約為0.045MPa。溫度從135℃降到84℃，有相當(dāng)一部分水、NH3和CO2閃蒸出來(lái)，進(jìn)入一段蒸發(fā)冷凝器中冷凝。離開(kāi)閃蒸分離器的尿液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為73%)流入尿液貯槽，再由尿液泵送入一段蒸發(fā)器。一段蒸發(fā)器分離器分離出的尿素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約95%)溶液自流至二段蒸發(fā)器，在二段蒸發(fā)器進(jìn)一步濃縮到99.7%后，由熔融尿素泵送往造粒塔進(jìn)行造粒。成型的尿素顆粒經(jīng)造粒塔底部刮料機(jī)以及皮帶輸送機(jī)送至倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行包裝。

造粒產(chǎn)生的粉塵由塔頂?shù)囊L(fēng)機(jī)抽吸進(jìn)入造粒塔上部的粉塵洗滌器。造粒塔粉塵洗滌器為填料洗滌，使用洗滌器循環(huán)泵將稀尿液送至洗滌器上部分布器，當(dāng)洗滌液的濃度達(dá)到一定程度后，通過(guò)管道排至尿液槽。洗滌器的補(bǔ)液使用解吸處理后達(dá)標(biāo)的工藝?yán)淠?。PID流程見(jiàn)圖1。

圖1 PID流程圖

1.2 工藝特點(diǎn)

與傳統(tǒng)造粒塔自然通風(fēng)不同，本項(xiàng)目采用強(qiáng)制通風(fēng)加除塵洗滌裝置，進(jìn)風(fēng)口為調(diào)節(jié)式百葉窗(帶調(diào)節(jié)風(fēng)量裝置)，出風(fēng)口在造粒塔頂部，設(shè)置多臺(tái)造粒塔軸流引風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制抽風(fēng)，加強(qiáng)空氣與尿素顆粒對(duì)流。在噴頭層上部設(shè)置承水層、填料層、噴淋層，并配有洗滌循環(huán)泵，粉塵洗滌效果較好。

2 設(shè)備布置要點(diǎn)

造粒塔塔體總高為120m，外筒直徑為28m，內(nèi)筒直徑為21m，分為噴頭層、承水層、填料層、噴淋層及塔頂引風(fēng)機(jī)層，采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆筒體結(jié)構(gòu)。操作間設(shè)置于EL100.00層，為塔內(nèi)封閉式[1]。電梯為客貨兩用，設(shè)于塔壁西側(cè)，電梯與樓梯相對(duì)布置，根據(jù)文獻(xiàn)[1]，樓梯間為封閉式，與電梯前室間設(shè)置防火門。樓梯間平臺(tái)為3.2m×8.0m；塔頂屋面設(shè)置女兒墻。在EL20.500與EL27.000分別設(shè)置通往尿素主框架的鋼平臺(tái)過(guò)道，該通道是尿素主框架與造粒塔之間日常檢修的主要通道。

2.1 造粒噴頭裝置

造粒噴頭置于EL100.00平面造粒塔筒心，并配有造粒噴頭和噴頭前過(guò)濾器提升裝置，一開(kāi)一備，可實(shí)現(xiàn)不間斷生產(chǎn)。噴頭層操作間為23m×8m，熔融尿素調(diào)節(jié)裝置及公用工程管道均布置于操作間內(nèi)，四周設(shè)置沖洗水地溝，坡向樓梯一側(cè)，在塔壁內(nèi)側(cè)設(shè)置地漏，將收集管穿出塔壁收集。

2.2 粉塵洗滌裝置

由于尿素顆粒形成的特點(diǎn)，不可避免地會(huì)有尿素粉塵產(chǎn)生。在造粒塔上部設(shè)置粉塵洗滌回收裝置，一方面可以將尿素粉塵回收，減少對(duì)環(huán)境的污染，以達(dá)到環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的目標(biāo)；另一方面還可以降低消耗，增加經(jīng)濟(jì)效益。

粉塵洗滌裝置安裝除塵噴頭、沖洗噴頭、收水填料層，達(dá)到去除粉塵和收集霧化水的目的，其整體布局見(jiàn)圖2。

圖2 粉塵洗滌裝置

2.2.1 噴淋層

洗滌裝置中除塵噴頭共分兩層布置，除沫器噴頭布置在上層，噴頭分多組朝上，填料層洗滌噴頭布置在下層，噴頭分多組朝上。單個(gè)噴頭的覆蓋面積是由噴頭本身的噴灑角度和霧化距離所決定的，因此，要保證造粒塔洗滌裝置的整個(gè)截面被洗滌液覆蓋，需要根據(jù)所選用噴頭的特性計(jì)算，要保證有足夠的噴頭數(shù)量來(lái)滿足噴灑面積。工藝洗滌液通過(guò)除塵噴頭后霧化，可以迅速將尿素粉塵溶解，達(dá)到粉塵回收的目的。

除塵噴頭在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的主要問(wèn)題有3個(gè)：①根據(jù)除塵能力計(jì)算粉塵洗滌循環(huán)水的流量；②噴灑面積要覆蓋整個(gè)除塵裝置截面，噴頭的數(shù)量直接影響到除塵的效果；③不同的噴頭形式其霧化滴液尺寸不同，導(dǎo)致除塵效率也不同。

2.2.2 填料層

在洗滌裝置中布置填料層的目的主要有2個(gè)：一是增大氣液兩相的接觸面積，提高洗滌效率；二是將隨著排放氣體一起上升的含有尿素成分的水霧進(jìn)行攔截，這樣可以有效降低污染物的排放，減少洗滌循環(huán)水的損耗量。

為了降低填料層的阻力降，保證造粒塔的通風(fēng)，需要定期清洗填料層。由于在運(yùn)行過(guò)程中，填料層表面不斷受到含有尿素的濕空氣的污染，導(dǎo)致其流通面積不斷變小，阻力不斷增大，故在填料層上方布置多組洗滌噴頭，以實(shí)現(xiàn)定期沖洗填料的目的。

2.2.3 洗滌液槽

洗滌液槽位于承水層的側(cè)方，造粒塔內(nèi)外筒之間。內(nèi)外筒分別設(shè)置通行疏散不銹鋼門用于承水層巡檢。用于洗滌液槽的洗滌液循環(huán)泵應(yīng)對(duì)稱布置，兩泵之間設(shè)置檢修人孔。洗滌液槽的平面布置見(jiàn)圖3。

圖3 洗滌液槽的平面布置

2.2.4 塔頂屋面的布置

造粒塔塔頂屋面布置造粒塔引風(fēng)機(jī)，設(shè)備檢修起吊單元，屋面均布設(shè)置雨水收集地漏，塔壁周圍設(shè)置女兒墻。

(1)引風(fēng)機(jī)布置。與傳統(tǒng)造粒塔自然通風(fēng)不同的是，本項(xiàng)目在強(qiáng)制通風(fēng)形式的基礎(chǔ)上，采用塔頂洗滌裝置的新型造粒塔技術(shù)，可以有效減少粉塵的排放和污染。在塔頂均勻設(shè)置多臺(tái)造粒塔引風(fēng)機(jī)，使整個(gè)塔截面氣流均勻。塔頂屋面布置見(jiàn)圖4。

圖4 塔頂屋面布置

(2)設(shè)備檢修起吊單元。造粒塔頂部設(shè)置兩組起吊單元：一組設(shè)置在洗滌循環(huán)泵正上方，用于起吊循環(huán)泵至塔頂屋面；另一組設(shè)置在樓梯間頂部，采用懸臂吊軌，吊臂長(zhǎng)度5m，可360°旋轉(zhuǎn)，用于起吊引風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵至地面。兩組吊裝機(jī)構(gòu)均采用電動(dòng)葫蘆，其布置見(jiàn)圖4。

3 管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 熔融尿素管道布置要點(diǎn)

尿素熔點(diǎn)為132.7℃，且尿素溶液的黏度隨溫度升高而下降(見(jiàn)圖5)。為防止尿素溶液99.7%(ω)結(jié)晶，要求送至造粒噴頭的熔融尿素管道為帶有坡度的蒸汽夾套管。采用夾套管的目的是為了保持管內(nèi)高黏度流體的流動(dòng)性，以避免在大氣環(huán)境溫度下流體結(jié)晶。

圖5 尿素溶液溫度與黏度曲線

尿液內(nèi)管按9m一段設(shè)計(jì)(該部分管道材料按單根9m的規(guī)格采購(gòu))，并設(shè)有可拆卸法蘭，以便于拆卸疏通，夾套內(nèi)管要求無(wú)焊縫。夾套管、夾套法蘭以及夾套膨脹節(jié)的運(yùn)用是布置熔融尿素管道的重點(diǎn)。由于本項(xiàng)目具有產(chǎn)能大、塔體高的特點(diǎn)，并考慮到尿素熔融泵的揚(yáng)程及管道阻力降的損失，故取消熔融尿素管傳統(tǒng)的“π”形彎設(shè)計(jì)，采用夾套膨脹節(jié)的形式，這樣不僅滿足了管道柔性設(shè)計(jì)的要求，并能減少管道阻力降的損失。采用的夾套膨脹節(jié)的形式及配管圖見(jiàn)圖6。

圖6 夾套膨脹節(jié)圖紙及配管

3.2 洗滌噴頭主管道的布置要點(diǎn)

由于除塵裝置截面為圓形，故兩組噴頭主管排列方位是洗滌噴頭管道的重點(diǎn)，洗滌液噴頭主管道與除沫器噴頭主管道呈垂直交錯(cuò)布置，自截面中心向兩邊遞減，噴頭的數(shù)量和排列方式要保證噴頭噴灑的覆蓋面積充滿洗滌裝置的整個(gè)截面，這樣才能保證噴淋液完全均勻地覆蓋，最終達(dá)到有效除塵的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，在尿素造粒塔上部布置除塵裝置非常有必要。本文針對(duì)百萬(wàn)噸級(jí)新型強(qiáng)制通風(fēng)加除塵洗滌裝置的新型尿素造粒技術(shù)，分別從工藝特點(diǎn)、設(shè)備布置、設(shè)備檢修以及在管道布置方面的特點(diǎn)進(jìn)行了論述，以供在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中作為參考。