尿素裝置界區(qū)閥門布置的探討

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

大型尿素生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)區(qū)由空分裝置、煤氣化裝置、合成氨裝置、尿素裝置等幾大主裝置組成，各個裝置的進出物料管線通過裝置內(nèi)管廊與外管管廊進行連接。尿素裝置內(nèi)管廊與外管管廊的連接處便為尿素裝置界區(qū)，界區(qū)閥門作為尿素輸入、輸出管路中控制介質(zhì)流動的重要附件，在裝置界區(qū)處的作用為開停車時尿素裝置與外管進出物料的切斷[1]。

目前國內(nèi)選用的尿素工藝包：荷蘭斯塔米卡邦公司的CO2氣提法生產(chǎn)工藝、意大利斯那姆公司的氨氣提法生產(chǎn)工藝、日本東洋公司的ACES工藝以及中國五環(huán)工程有限公司(以下簡稱中國五環(huán))自主研發(fā)的高效合成、低能耗尿素技術(shù)。近年尿素裝置生產(chǎn)能力和裝置規(guī)模越來越大，管廊上的管線越來越多，輸入輸出管線總數(shù)約24根，管道及閥門的口徑也越發(fā)增大，界區(qū)閥門如何更加便于操作檢修，以及在管廊上整齊美觀的布置也顯得越發(fā)地重要。

1 尿素界區(qū)閥門設置方式

界區(qū)閥門的設置根據(jù)管道介質(zhì)的物性不同，通常有如下幾種形式(見圖1)。

圖1 界區(qū)閥門設置形式

尿素裝置界區(qū)管道包括兩大類：第一類為工藝物料管線，主要為從合成氨裝置來的液氨管線及從二氧化碳壓縮工段來的二氧化碳管線；第二類公用工程管線，主要包括工廠空氣、氮氣、儀表空氣、飲用水、低壓蒸汽、中壓蒸汽、高壓蒸汽、脫鹽水等。一般介質(zhì)的切斷如工廠空氣、儀表空氣等采取圖1(a)所示；而當物料泄露可能引發(fā)爆炸、火災及對人體產(chǎn)生危害等，為防止閥門內(nèi)漏，常采取圖1(b)、(d)、(e)加8字盲板的形式。如液氨管線一旦發(fā)生泄漏，后果將非常嚴重，常采取圖1(e)的形式，并在雙切斷閥門中間加雙閥門排凈，也可以兼作氮氣置換的作用。

2 尿素界區(qū)閥門的布置

管廊上管線布置的一般原則為大口徑管道宜靠近管廊柱子布設，小口徑、氣體管道宜布置在管廊的中間，熱介質(zhì)管道、橋架布置在上層管廊，冷流體、腐蝕性介質(zhì)管道宜布置在下層。根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》GB 50160的7.2.16規(guī)定，在尿素裝置界區(qū)處應合理設置平臺，以便試壓、吹掃、檢修界區(qū)閥門。

2.1 界區(qū)閥門水平布置

尿素裝置界區(qū)閥門水平布置有3種形式，第一種形式即在管廊最后一跨處設置操作平臺，平臺與管廊同寬，通常為10 m，長度與管廊的跨度相同，通常可為5.5 m，與管廊同標高，將管線平鋪在管廊平臺上，且并排管線上的閥門宜錯開布置，相鄰兩個閥門的凈距不少于200 mm，這樣可以減少管間的距離并便于操作檢修(見圖2)。此種閥門布置方式，管線水平鋪設在管廊主梁上，不會產(chǎn)生袋型。

目前，很多尿素項目對于界區(qū)閥門的布置采取此種水平布置方式，其缺點是工人在操作檢修的時候，勢必要跨過管線或踏在保溫層上去操作另外的閥門，給操作檢修帶來極大的不便，也會帶來安全隱患。

尿素界區(qū)閥門水平布置的第二種形式是將平臺設置在管廊上方，如管廊標高為EL5.500，管廊上最大管徑為DN650，考慮到管道保溫厚度及平臺的梁高，平臺標高可設置為EL6.700。管道依舊是平鋪在管廊上，在平臺上開孔，使閥門的閥桿露出平臺，以便于操作(見圖3)。

此種布置方式缺點如下：一是閥門的法蘭、墊片、螺栓均處在平臺底部，螺栓不好拆卸；二是尺寸較小的管道閥門，如DN25、DN50等可能處在平臺下方，很難操作；三是若管廊是雙層管廊，上下兩層管廊間需要滿足很大的凈空，這需要在核實整個裝置框架的穩(wěn)定性基礎上考慮成本造價的問題。

圖3 尿素裝置界區(qū)閥門水平布置(二)

尿素界區(qū)閥門水平布置的第三種形式依舊是將平臺設置在管廊上方，雙層管廊，標高分別為EL5.500和EL7.500，在EL6.700和EL9.000處分別設置平臺，平臺與管廊同寬，長為管廊最后一跨的長度，即為5.5 m。與第二種水平布置情況不同的是閥門平鋪在平臺上，中間至少留出了0.6 m的通道，管線由EL5.500處往上翻走了袋型，但在高低點處均設置了放空和導淋閥門。所有的管線導淋閥門成排布置，可以在管廊下設置移動平臺，便于集中操作管廊底部的一排導淋閥(見圖4)。

此種布置方式對于操作檢修閥門非常便利，其缺點是人為地將管線走了袋型，每根管線增加了4個彎頭，并需要在高低點處分別設置放空閥及導淋閥，在管道材料方面稍有增加。

圖4 尿素裝置界區(qū)閥門水平布置(三)

2.2 界區(qū)閥門豎直布置

尿素界區(qū)閥門不僅可以水平布置，也可以豎直方向布置，下面將分別介紹以下2種情況下界區(qū)閥門的豎直布置。

尿素界區(qū)閥門豎直布置的第一種情形：雙層管廊，標高為EL5.500和EL7.500，平臺標高為EL5.500和EL9.000，將主要管道集中在EL5.500這一層，上層管廊主要布置儀表、電氣橋架及少量需與外管接的管道，故上層管廊的界區(qū)閥門可以平鋪在平臺上，并靠近管廊柱子處布置，將橋架用T形架支撐，使其底部凈空不得低于2.2 m，從而不影響通行。下層管廊的管線布置見圖5，界區(qū)閥門分別布置在兩邊，閥桿高度高于平臺1.2 m，頂部設高點放空，底部設置低點導淋。

此種布置方式對操作檢修界區(qū)切斷閥門及導淋閥門非常便利，其缺點是管道形成氣袋，需要在高點處設置放空，而此放空閥操作非常不易。

圖5 尿素裝置界區(qū)閥門豎直布置(一)

尿素界區(qū)閥門豎直布置的第二種情形：雙層管廊，標高為EL5.500和EL7.500。僅需在EL7.500處設置平臺，所有界區(qū)閥門的操作在EL7.500平臺上進行。下層管廊上的管線需要穿過平臺與外管相連。由于豎直管線布置雙切斷閥門，靠近上面的閥門閥桿高度需要滿足操作檢修的要求，其雙閥的閥門手輪高度可以按下述公式進行計算。

H=D0/2+L0+3E+3L1/2+C

其中，H為雙閥閥門閥桿高度，mm；D0為管道的外徑，mm；L0為管道彎頭的長度，mm；E為法蘭的長度，mm；L1為閥門的長度，mm；C為直管段的長度，mm。

尿素裝置界區(qū)處的管道溫度、壓力一般都不高，材料等級為1BB，壓力為CL150。DN200的管道其雙閥的閥桿高度為1 576 mm，一般設置在高于平臺1.6 m處。其界區(qū)閥門的布置見圖6。

圖6 尿素裝置界區(qū)閥門豎直布置(二)

此種布置方式只需要設置一層平臺，界區(qū)切斷閥門及雙閥之間導淋閥的操作檢修都非常便利，且管線通過裝置內(nèi)管廊直接與外管相連，避免了氣袋和液袋的出現(xiàn)。但需要考慮尿素裝置和界外管廊之間的地形高度，界外管廊能否滿足底層標高高于內(nèi)管廊的上層管廊標高，從而界區(qū)管道能夠無袋型地與外管相接。

3 結(jié)語

(1)目前，國內(nèi)很多大型尿素工藝采取荷蘭斯塔米卡邦公司的CO2氣提法生產(chǎn)工藝和中國五環(huán)自主研發(fā)的高效合成、低能耗尿素技術(shù)，且業(yè)主對界區(qū)閥操作的便利性并無太高要求，在保證基本操作的前提下，尿素裝置界區(qū)閥的設置主要考慮經(jīng)濟和美觀。其界區(qū)閥門的布置均采取尿素裝置界區(qū)閥門水平布置(一)的形式，簡單明了。而國外的項目業(yè)主則更傾向于采取圖4和圖6的設計。

(2)筆者認為，在選擇尿素裝置界區(qū)閥門布置方式前，應根據(jù)項目特點、裝置內(nèi)與界區(qū)外管廊的地形特征、框架結(jié)構(gòu)、工程造價成本等方面因素，綜合比較，同時，在滿足工藝相關(guān)要求及安全性的基礎上，需要使尿素裝置界區(qū)閥門的布置便于操作維修。