CO2汽提尿素自控授课

原料结构调整项目CO2汽提尿素自控仪电车间目录工艺介绍高压圈设备仪表介绍尿素常规仪表介绍尿素重要调节阀介绍尿素重要液位计介绍尿素系统分析仪复杂控制回路介绍联锁尿素工艺介绍尿素是通过液氨和气体二氧化碳在约170～185℃13.5～14.5MPa下按下列反应合成的:2NH3+CO2=NH2COONH4NH2COONH4=NH2CONH2+H2O反应首先生成氨基甲酸铵（简称甲铵），该反应迅速，为放热反应；第二个反应很慢，为吸热反应，甲铵脱水生成尿素。二氧化碳在整个合成反应中的转化率为80～81%。从尿素合成塔排出的未反应的甲铵通过气提、加热分解，以水溶液的形式被回收。1、原料氨和二氧化碳的压缩、输送来自界区的原料液氨经氨过滤器送到高压液氨泵（P4121A/B/C）加压到约16.2MPa（A）。为防止泵堵塞，液氨中的杂质在氨过滤器中除掉，高压液氨泵入口处的温度必须高于15℃，同时要比操作压力下的沸点低至少10℃以免产生汽蚀。液氨经高压喷射器进入高压甲铵冷凝器。从二氧化碳压缩机来的二氧化碳约为125℃，15.0MPa（A）进入气提塔。2、高压合成及回收摩尔比为2:1的液氨和二氧化碳进入合成工段。尿素合成塔（T4131）的液体混合物通过降液管流至CO2气提塔（E4131），温度为180～183℃。在塔内混合液与二氧化碳逆流接触，同时被加热。由于CO2的气提作用，降低气相中的NH3的分压，从而使NH3从溶液中大量析出，而溶液中的NH3含量降低，甲铵分解所需的热量由高压蒸汽饱和器（V4172）产生的约2.0MPa（A）的蒸汽提供。气提塔顶气体送入高压甲铵冷凝器（E4132）顶部，液氨和从高压洗涤器（E4133）排出的甲铵液经高压喷射器（J4131）也送到高压甲铵冷凝器顶部，在此进行甲铵生成反应，并副产低压蒸汽。此处液氨的加入时为了调节尿素合成塔顶的出口气相NH3/CO2的摩尔比为3.0～3.5，这是尿素生成所需的最适宜的比例。高压甲铵冷凝器底部出来的甲铵液、冷凝及未冷凝的氨和二氧化碳混合物进入尿素合成塔底部，进行尿素的生成反应。合成塔出口气体送入高压洗涤器进行冷凝吸收，气体中大部分氨和二氧化碳在高压洗涤器中被冷凝下来，甲铵液流入高压喷射器，通过液氨输送到高压甲铵冷凝器，高压洗涤器未冷凝的气体送往低压吸收塔（T4132）3、精制离开气提塔底的尿素溶液中，几乎所有未反应的氨和二氧化碳都被回收。气提塔底排出的尿液溶液首先减到约0.4MPa（A）,结果一部分甲铵分解蒸发，所需热量由溶液本身提供，溶液温度降低。待汽液混合物在精馏塔（T4141）中得到分离，精馏塔（T4141）上部的气相经低压甲铵冷凝器（E4141）冷凝后进低压甲铵冷凝器液位槽为高压甲铵泵提供甲铵液。尿素溶液经精馏塔（T4141）下部的换热器加热，使溶液中的甲铵液分解，同时NH3、CO2和水蒸发掉。在精馏塔（T4141）下部，气相与液相分离。气相进入填料床层，与从顶部进入的冷尿素溶液接触，从而使气相中的部分水蒸汽冷凝。从精馏塔底出来的尿素溶液经阀门减压进入闪蒸槽（V4141），压力降到约0.044MPa（A）。从闪蒸槽出来的气体在真空系统冷凝，尿素溶液进入尿液贮槽（V4142）。通过尿液泵（P4142A/B）把尿素溶液从尿液贮槽（V4142）中送到一段蒸发器（E4151），使尿液浓度达到95%（wt）,操作压力为0.033MPa（A），操作温度为130℃。在一段蒸发分离器（V4151）中，气液分离。气相进入真空系统进行冷凝。排出的尿素溶液进入二段蒸发器（E4152），正常操作压力约为0.0033MPa（A）。在二段蒸发分离中，尿素浓度达到99.7%（wt）,温度达到约140℃，气液混合物在二段蒸发分离器（V4152）中分离，气相液进入真空系统进行冷凝。从二段蒸发分离器（V4152）中出来的熔融尿素通过熔融尿素泵（P4151A/B）被送往造粒塔喷头进行造粒，喷头喷出的尿素在造粒塔（T-4171）内一液滴下降，同时与冷空气接触而被冷却固化为尿素颗粒。4、低压回收精馏塔（T4141）上部的气相出气经低压甲铵冷凝器（E4141）冷凝出来的气液混合物进入低压甲铵冷凝器液位槽（V4143），在约0.32MPa（A）下分离，气体进入常压吸收塔（T4142），其中的NH3和CO2被工艺冷凝液吸收。低压甲铵冷凝器液位槽出液甲铵溶液被高压甲铵泵（P4141A/B）加压到约14.5MPa（A）送到高压洗涤塔（E4133）。高压洗涤器未冷凝的气体送往低压吸收塔，低压吸收塔出液送到常用吸收塔进一步回收，常用吸收塔出液输送到氨水槽。闪蒸槽、一段蒸发分离器、二段蒸发分离器气相进入真空系统进行冷凝，冷凝液排放到氨水槽，真空系统放空气直接排入大气，其中仅含有微量氨。造粒塔顶的气体进入顶部的粉尘回收装置，经洗涤后回收到氨水槽。5、解吸水解系统来自常压吸收塔（T4142）的工艺冷凝液含有氨、二氧化碳和尿素，通过解吸给料泵（P4162A/B）从氨水槽（V4161）中经由解吸塔换热器（E4165）送到解吸塔（T4161）上部分。在解吸塔（T4161）上部分，大量氨和二氧化碳被解吸塔下部的气体和水解塔（T4162）的塔顶气汽提。解吸塔(T4161)上半部的液体通过水解塔给料泵（P4164A/B）经由水解换热器（E4166）（从约138℃加热到190℃），送到水解塔（T4162）顶，在这里尿素分解为氨和二氧化碳，同时被加热到约200℃。分解和加热所需的蒸汽由水解塔底的蒸汽提供，该蒸汽同时做为氨和二氧化碳的汽提剂。通过从液相中汽提这些组分，尿素平衡向左移动（见前面的第二个反应方程式），这样，水解塔底部流出液中尿素含量非常少。工艺冷凝液与水解塔产生的蒸汽逆流接触。离开水解塔（T4162）的工艺冷凝液含有微量氨和二氧化碳，在水解换热器（E4166）中从200℃冷却到约147℃,被送到解吸塔（T6861）下半部，其中的氨和二氧化碳被蒸汽汽提。塔顶气进入解吸塔（T6861）上半部分做为汽提气。离开解吸塔（T4161）底部的工艺冷凝液一次进入解吸塔换热器（E4165）及废水冷却器（E4168）冷却到40℃送往脱盐水站，其中含有微量氨和尿素（氨＜5ppm,尿素＜5ppm）。解吸塔（T4161）塔顶气在回流冷凝器（E4167）中冷凝后送到回流冷凝器液位槽，排放气被送往常压解吸塔（T4142），液体通过回流泵（P4165AB）送到低压甲铵冷凝器（E4141）进口喷淋器和解析塔上半部。蒸汽/水系统1、髙调水髙调水主要来自低压蒸汽饱和器热水经泵加压通过高压洗涤器冷却器冷却后去高压洗涤器换热控制出口温度；高调水设置温度和流量自调，主要是温度调节为主，流量调节为辅（流量调节阀为高压洗涤器冷却器副线调节）。2、蒸汽/冷凝

蒸汽主要从锅炉来压力2.6MPa，温度300℃；分四路：一路去CO2气提塔吹除管道，另一路去中压蒸汽饱和器经调节阀减压后去CO2气提塔控制温度；第三路去水解塔底部；第四路去低压蒸汽饱和器和低压蒸汽包;高压甲铵冷凝器放热副产低压蒸汽与低压蒸汽饱和器蒸汽汇合输出到相应管道。冷凝液由蒸汽冷凝器和回收冷凝液统一回到蒸汽冷凝液槽，经蒸汽冷凝液泵加压输送到相应管道和调节阀控制到锅炉给水槽。锅炉给水槽冷凝液主要来自一段蒸发器（E4151）与蒸汽冷凝液槽泵出口经调节阀控制到锅炉给水槽，锅炉给水槽冷凝液经锅炉给水泵加压送到低压蒸汽包。3、循环水循环水系统主要冷却通过以下设备：常用吸收塔循环冷却器、低压吸收塔冷却器、低压甲铵冷凝器循环冷却器、高压洗涤器循环冷却器、冷凝液冷却器、回流冷凝器、闪蒸冷凝器、一段蒸发冷凝器、二段蒸发冷凝器A、二段蒸发冷凝器B、中间冷凝器、喷射循环槽、蒸汽冷凝器、高压氨泵、高压甲铵泵、锅炉给水泵、蒸汽冷凝液泵、高压洗涤器循环水泵。3、尿素仪表配置压力类 压力表类（74）耐震（34隔膜密封（9）氨压（31压力变送器（31）隔膜密封（15普通（16）温度类（95）双金属温度计（24）热电阻pt100（71一体化温变（7）物位类（52）普通差压（3）双法兰（14）单法兰（3）射频导纳（3）雷达导波（1）磁翻板（22）磁致伸缩（6）流量类（23）电磁（5）孔板（1）涡街（8）德尔塔巴（1）浮子（8）阀类单座阀（33）单座套筒阀（5三偏芯蝶阀（6）偏芯旋转阀（5）角阀（5）自立式调节阀（1切断阀类三通切断阀(2)球阀（2）角阀（1）三偏芯蝶阀（1）电磁阀类

二位三通阀（7）分析仪氨碳分析仪（1）电导率分析仪（1）可燃气体报警仪两套共44接近开关（10）高压圈设备、仪表

高压圈调节阀、切断阀：7套+高压喷射器1套高压测温点：14个（合成塔4个壁温）高压测量变送器：7台+1台（高压喷射器出口）高压圈高压液位变送器：2套（4台）（合成塔3700mm,气提塔1000mm）流量仪表：1台（FI-41302，CO2流量）检漏分析仪：1台常规仪表介绍：温度类高压圈温度，都是采用高压法兰盲套管，盲套管用锁紧螺母压接，在内面插铠装热电阻，因为尿液的腐蚀性，每支套管必须在年度大修中进行拆卸检查套管的腐蚀情况，操作工平时巡检时应密切关注法兰密封面是否有尿液，一旦有应及时通知仪表工及设备动力部进行处理，防高压喷出伤人。套管材质要求比较严，例如：尿素合成塔上部温度，测温套管材质要求为316Lmod。尿液循环部分的套管属于低压套管，直接与尿液、甲铵液接触，主要是防腐蚀穿孔。在检修、安装时需要检查热电阻套管，温度直型连接头、垫片的材质是否符合规定。套管、直型连接头为316L材质，垫片选用聚四氟垫片或金属缠绕垫等(单套测温71个含高压圈)采用一体化温变（TT）7支T4132放空尾气温度测量E-4167出口温度测量进E4133调温水温度测量进E4141调温水温度测量E-4121出口温度测量T-4161顶出口气体温度测量T-4361顶出口气体温度测量压力类尿素岗位使用的现场压力表主要为弹簧管压力表与膜盒压力表。其原理为将外部压力的变化转换为压力表内弹簧的形变来反映。使用环境及介质性能的考虑环境条件恶劣，如高温、腐蚀、潮湿、振动等；被测介质的性能，如温度的高低、腐蚀性、易结晶、易燃、易爆等等，依次来确定压力表的种类和型号。(单套压力表74块)压力类硅谐振式压力变送器(日本横河公司EJA系列智能变送器)其内部有两个H型的谐振梁，而其所处在硅片上的位置不同，当硅片收到压力作用时两个谐振梁所产生的应力不同使它们的谐振固有频率发生变化，利用测量得到的两个谐振梁的频率之差转换为标准电流信号4～20mADC输出，即测得介质的压力或差压重要测压点：汽提塔进口CO2压力、高压系统压力、进高压喷射器液氨压力、高压甲铵泵出口压力（这几个是高压圈内测压点，高温、高压、易腐蚀）尿液循环部分直接与尿液、甲铵液接触，易结晶，注意保温以及材质。注意事项：注意引压管漏、堵。安装时应安装排污阀，定期排污；易结晶的介质应注意保温或伴热;开车过程中，应防止CO2气体带水、带油，在压力波动较大时，应及时对变送器进行排污。根部阀选择时一定注意材质应该为316L（易结晶、堵的压力选用隔膜密封压力变送器）（单套压力变送器共20块(含高压压力变送器7个)，隔膜密封压力变送器11块）隔膜密封压力变送器液位测量尿素岗位使用的物位检测仪表主要有硅谐振式智能差压变送器液位计（毛细管液位计）、射频导纳液位开关2台、导波雷达液位变送器1台（碳铵密封排放槽）、磁致伸缩液位6台，单法兰液位变送器(双发兰液位15台差压式液位9台单法兰液位4台以上为单套尿素装置液位数量)膜盒液位计

膜片材质接触或可能接触尿素、甲铵液、碳铵液等腐蚀介质的选用钽膜片，本体材质选用316L。

使用过程中原产地美国的罗斯蒙特变送器的钽膜片材质，要优于川仪EJA和北京罗斯蒙特3051。结晶问题的解决主要是采用单法兰压力变送器，而且要在设备上直接开孔，以减少引出管长度，并且加强保温减少热量损失。

对比我公司选用高压隔膜密封压力变送器连接管道法兰尺寸是2＂RJ，而晋丰选用变送器连接管道法兰尺寸是3＂RJ（如上图）；为了防止结晶或堵建议我们也选用变送器连接管道法兰尺寸是3＂RJ并反馈技改自控组。

法兰式膜片压力表，法兰尺寸是DN50。我公司选型法兰尺寸是DN25。单法兰液位计磁致伸缩液位磁致伸缩液位计：传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。在磁致伸缩液位计的传感器测杆外配有一浮子，此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。在浮子内部有一组永久磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。1、V4122液位测量2、T4132液位测量3、T4142液位测量4、V4172液位测量（中压蒸汽饱和器）5、V4173液位测量（低压蒸汽饱和器）6、V4174液位测量（锅炉给水槽）流量仪表尿素岗位使用的流量检测仪表主要有标准节流装置（主要用在蒸汽上、CO2流量）；电磁流量计（例如测量尿液流量)；（液氨流量涡街流量计）；涡街流量计（可以用在液氨流量、蒸汽上面）；转子流量计（用在冷凝液以及高调水、液氨上）；德尔塔巴流量计（主要使用在大管径上，低压甲铵冷凝器循环水管径16“），安装时应该按照安装规范，比如直管段要求、电极材质、压力等级、震动、接地、测量蒸汽时应考虑温压补偿等（单套共23个）部分流量计介绍转子流量计（可变面积式流量计）转子流量计作为直观流动指示或测量精度要求不高的中低等精度仪表。被测流体可以是单相液体或气体，通常不适用于液体中含有磁性物资、纤维、微粒固体或气体中含有液滴的场合。标准节流装置流量计CO2流量采用法兰取压，节流件形式：平衡孔板；测量范围：0-30000M3/h;（1个）标准节流装置流量计进E4141调温水流量，取压方式：1/2NPT

节流件形式：德尔塔巴流量计测量范围：0-1500M3/h;（1个）

电磁流量计安装1、前直管段要求一般为5D以上，如流量计前有扩张管、渐缩管和截止阀，则应在10D以上；后直管段一般为0D即可，如流量计后有会引起流量波动的阀门或接头，则要保证有2D到3D的直管段。2、避免将流量计安装在流量电导率不均匀的位置。3、如果需要在管道内加某化学物质，则注入口要留在流量计的下游。4、安装位置必须保证管道内完全充满液体且避免产生气泡。5、保证电极位置和地面平行，避免垂直。如果电极的轴线与地面垂直的话，处于上面的电极附近容易集结气泡，阻挡液体与之接触，而处于下面的电极容易被泥浆或其他杂质覆盖。6、电磁流量计的信号比较微弱，外界略有干扰就能影响测量的精确度。因此，变送器的外壳、被测介质、测量导管三者应连成等电位，以及变送器两端的管道都要接地。在安装时，变送器的安装地点一定要远离一切电磁源。调节阀尿素系统调节阀很多，几乎包含各种调节阀；（单座阀、三偏芯蝶阀、偏芯旋转阀、单座套筒阀、高压角阀、高压球阀、三通切断阀单套共62台

）尿素用高压调节阀安装位置流量特性作用方式角型或直通材质进汽提塔CO2压力（切断阀）快开气开式（FC)角型阀体材料：316LmodU3阀芯材料：316LmodU3汽提塔液位调节等百分比气开（FC)角型进汽提塔CO2放空等百分比气关（FO)角型汽提塔进口尿液控制（合成塔液位控制）等百分比气开（FC)角阀高压洗涤器出口气体等百分比气关（FO)角型合成塔气相出口放空等百分比气开（FC)角型进高压喷射器液氨切断阀快开气开（FC)球阀高压圈液位调节阀调节阀作用简单介绍：HV-43302：合成塔出液调节阀。由于该调节阀没有旁路，一旦全关可能导致合成塔漫液，全开可能导致合成塔不能液封，垮温；LV-43303:该阀为气提塔液位调节阀，全开将导致循环系统超压，该阀芯腐蚀较严重（这两个调节阀比较重要，在定位器选择上需要选择带反馈智能定位器）晋丰高平高压，四川锦宇调节阀，执行机构采用活塞式，西门子定位器

调节阀气源管线，由于随阀门附带的为铜管线，不允许使用铜连接头及铜箍。曾经出现过泄露引起的阀门故障。切断阀液氨切断阀高压甲铵喷射器喷射器采用德国高压喷射器，执行机构为FLOWSERVEE气动薄膜机构，顶装手动机构。CO2放空调节阀带反馈定位器需要注意的问题合成塔出口放空遥控调节阀选用夹套伴热防止结晶或堵无法在紧急情况下打开。所以我们必须选用夹套伴热，目前已确认是夹套伴热。排气口不能向上，否则会在下雨时进水，到冬季会出现执行结构内部上冻；如果不能避免就必须有防雨措施。晋丰前年出现执行机构进水造成上冻调节阀无法调节，使用蒸汽吹后才能正常调节。尿素合成塔、汽提塔液位计应用在尿素高压系统的液位测量技术必须满足以下苛刻条件：可靠并精确；不受工艺条件影响；技术成熟；免维护；耐尿素／甲铵腐蚀。

目前三种解决方案一、传统的放射性同位素液位计：二、雷达液液位计三、双法兰差压三、高压双法兰测量液位（本厂使用）

在高压系统，由于所采用的操作压力高，设备内外存在巨大压差。合成塔和汽提塔的组分浓度高，极易结晶，设计上慎重考虑。要解决好密封防泄漏问题,以及零位标定问题,还有是膜片绝对好用不能穿孔。设计两套液位计（合成塔以及汽提塔），为了更安全尿素高压双法兰液位尿素合成塔液位LIA-41301A/B;测量范围0-3700mm,液位法兰管道：φ89×7.62材质：316MOd，毛细管长度：5米；灌冲液：D.C.200尿素汽提塔液位LIA-41303A/B；测量范围0-1000mm,液位法兰管道：φ89×7.62材质：316MOd，毛细管长度：5米;灌冲液：D.C.200(二加基硅油，耐温-50--200℃)尿素系统分析仪安装在CO2压缩的脱硫脱氢系统色谱分析仪（氧气0-2%及氢气0-100ppm）（单套1台）安装在尿素合成塔出液管下的氨碳比分析仪2.5-3.5（MOL/MOL)（单套1台）电导率工作原理：将电导电极的信号进行阻抗变换，数据处理，计算并显示出被测水样的电导率值。对于PH计、电导率的电极，电导池不能长时间中断介质溶液流动，否则将导致电极损害，如需长时间中断介质溶液的流动，必须通知仪表工将电极拆除，用同等浓度溶液进行保护。出界区冷凝液电导率0--20μm/cm（单套1台）合成塔设计氨检漏分析仪0—300ppm（单套1台）

解析塔废液电导率调节回路合成工序主要操作参数调节：NH3/CO2比可以通过氨碳比分析仪连续监测，用加入的氨含量进行调节，是NH3/CO2=2：1；合成压力用调节高压甲铵冷凝器的副产蒸汽压力调节；汽提塔汽提效率用调整壳侧加热蒸汽压力调节。尿素工段控制回路大部分为单回路控制，个别为串级回路控制、分程控制等调节回路高压圈内的手动调节1、高洗器出气调节阀HV-41301，正常生产时调节系统压力。2、合成塔尿液控制，通过出液阀HV-41302.3、合成塔放空气调节阀HV-413034、高压喷射器调节HV-41304，用于调节进系统液氨量。调节回路单回路1、低压吸收塔放空气温度调节TIC-41305，为防止放空管线温度过低而在管道内出现结晶。2、汽提塔液位控制LIC-41303,液位控制太高在CO2进塔处满也，控制过低CO2气体会串入低压系统。3、高压甲铵泵变频控制，V4143液位LICAS-41403，控制变频并联锁停泵。4、高压洗涤器循环水温度控制和低压甲铵冷凝器循环水温度蒸汽/水系统1、髙调水

髙调水主要来自低压蒸汽饱和器热水经泵加压通过高压洗涤器冷却器冷却后去高压洗涤器换热控制出口温度；高调水设置温度和流量自调，主要是温度调节为主，流量调节为辅（流量调节阀为高压洗涤器冷却器副线调节）。复杂控制回路---串级控制回路主控制回路副控制回路控制阀门介绍介质主监测点副监测点TIC-41403PIC-41401循环加热器进口压力阀后和精馏塔出口尿液管线尿液和蒸汽TE-41403PT-41401LIC-41402LAH/LALFIC-41502进一段蒸发器尿液流量控制尿液槽液位尿液LT-41402PT-41501TIC-41614FIC-41604进水解塔蒸汽流量控制前和水解塔出液温度PC和MSTE-41614FT-41604TIC-41501PIC-41501进一段蒸发器蒸汽压力阀后和一段蒸发分离器出口管线尿液和蒸汽TE-41501PT-41501TIC-41503PIC-41502进二段蒸发器蒸汽压力阀后和二段蒸发分离器出口管线温度尿液和蒸汽TE-41503PT-41502TIC-41611FIC-41602进解吸塔蒸汽流量控制前和解吸塔出液温度PC和MSTE-41611FT-41602精馏塔出口温度与蒸汽压力串级调节分程控制回路执行器控制器测量点测量介质变送器PPV-43702-A/B（低压蒸汽压力控制）PIC-43702低压