年產(chǎn)52萬噸尿素合成工段設(shè)計畢業(yè)論文

1、誠信聲明本人聲明：我所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 申請學(xué)位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關(guān)責(zé)任。本人簽名： 王耀翔 日期： 2012年 4月4日畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書設(shè)計（論文）題目： 年產(chǎn)52萬噸尿素合成工段設(shè)計 學(xué)院： 專業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班級： 蒙化升101 學(xué)生： 王耀翔 指導(dǎo)教師： 龐利紋 1設(shè)計（論文）的

2、主要任務(wù)及目標（1）、學(xué)生根據(jù)選畢業(yè)論文的題目，到各有關(guān)單位進行現(xiàn)場實習(xí)和調(diào)研，搜集并整理有關(guān)資料、文獻。（2）、學(xué)生根據(jù)實習(xí)和調(diào)研所掌握的資料，對論文題目中所涉及的問題進行分析論證，提出見解，最終完成論文。（3）、學(xué)生要運用所學(xué)的專業(yè)知識，了解化工方法和所用原理，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和專業(yè)素質(zhì)以及實事求是的科學(xué)態(tài)度。2設(shè)計（論文）的基本要求和內(nèi)容（1）.提高學(xué)生綜合運用知識的能力。（2）.培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用文獻資料的能力。（3）.要求學(xué)生能夠運用科學(xué)的研究方法和工程技術(shù)解決實際問題。3主要參考文獻1 ？ 2 ？ 3 ？4進度安排設(shè)計（論文）各階段名稱起 止 日 期1

3、畢業(yè)設(shè)計定題2012.1.32012.1.62查閱、收集、整理相關(guān)資料2012.1.72012.2.13撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書2012.2.22012.3.14畫圖2012.3.22012.3.205整理、修改畢業(yè)設(shè)計說明書及圖紙2012.3.212012.4.66中期檢查2012.4.77修改畢業(yè)設(shè)計說明書及圖紙2012.4.82012.5.4目錄第一章工藝技術(shù)規(guī)程51.1裝置簡介51.2 原料及產(chǎn)品51.3工藝原理61.3.1工藝原理61.3.1.1尿素合成原理61.3.1.2汽提原理61.3.1.3分解原理61.3.1.4吸收原理71.3.1.5解吸原理71.3.1.6水解原理71.4主要生

4、產(chǎn)工序81.4.1二氧化碳壓縮工序81.4.2. 尿素合成和高壓回收工序81.4.3 中低壓甲銨分解和回收工序81.4.3.1在1.7mpa(g)壓力下的中壓分解及回收工序:81.4.4 尿素濃縮及造粒工序91.4.5工藝冷凝液處理工序91.5工藝流程說明101.5.1尿素合成和高壓回收101.5.2 中壓、低壓尿素的提純和回收101.5.4尿素造粒111.5.5工藝冷凝液處理121.5.6蒸汽系統(tǒng)121.5.7沖洗管網(wǎng)121.5.8 二氧化碳壓縮流程131.5.8 1二氧化碳氣體流程131.5.8.3透平冷凝液流程131.5.8.4 潤滑油系統(tǒng)流程141.5.8.5控制油流程14第二章 co

5、2汽提法尿素裝置余熱利用的分析162.1氣提法的熱量162.2余熱損失分析162.2.1 0.07mpa蒸汽、冷凝液系統(tǒng)熱量損失較大162.2.2高壓調(diào)溫水熱量回收利用率低172.3余熱回收利用探討182.3.1 工藝條件估計182.3.2 尿液預(yù)濃縮器的應(yīng)用182.4 節(jié)能估算及熱量平衡202.5經(jīng)濟效益淺析21第三章 工藝計算223.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)223.1.1.分子式：co2223.1.2.分子式:nh4223.2熱量衡算233.3轉(zhuǎn)化器工藝計算243.4 氨碳比的公式及應(yīng)用263.5 水碳比的公式及應(yīng)用273.6轉(zhuǎn)換器物料橫算27第一章工藝技術(shù)規(guī)程1.1裝置簡介尿素裝置是1988年經(jīng)國家計

6、委批準立項，與合成氨裝置一同建成。設(shè)計生產(chǎn)能力年產(chǎn) 52萬噸尿素, 30萬噸合成氨。于1994年開工建設(shè)，1996年建成投產(chǎn)。該項裝置采用意大利斯納姆公司氨汽提工藝技術(shù)，主要工序有二氧化碳壓縮工序、尿素合成和高壓回收工序、中低壓甲銨分解和回收工序、尿素濃縮及造粒工序、工藝冷凝液處理工序。整個裝置工藝特點：配有與合成塔等壓的氨汽提塔，氨汽提分離出的nh3和co2，在合成壓力下冷凝返回合成塔，其冷凝熱可以產(chǎn)生低壓蒸汽，節(jié)約能源。尿素合成采用較高nh3/co2，高nh3/co2減輕了設(shè)備腐蝕，鈍化空氣量得以減少，從而減少了放空氣中的氨損失和爆炸危險。在合成回路中采用液氨為動力的噴射器來循環(huán)甲銨，節(jié)省

7、投資，運行穩(wěn)定。汽提塔使用鈦材，允許在200條件下操作，提高了高壓回路分解效率。設(shè)計中低壓兩段未反應(yīng)物回收系統(tǒng)，操作彈性大。1.2 原料及產(chǎn)品原料為來自合成裝置的液氨和氣體二氧化碳，生產(chǎn)的尿素顆粒產(chǎn)品送往成品。液nh3： 狀態(tài)：液態(tài) 壓力：2.26mpa(a) 溫度：35組分：nh3： 99.9% （wt） min水份：0.06% （wt） max油： 8ppm (wt) max溶解氣：0.02% （wt） maxco2： 狀態(tài)：氣態(tài) 壓力：0.14mpa(a) 溫度：35組分：co2： 98.5% 體積含量h2s：6mg/nm3 (以s計)惰性氣體： 1.5% （體積）（h21.3%）h2o

8、：飽和甲 醇：150ppm （體積）max1.3工藝原理1.3.1工藝原理1.3.1.1尿素合成原理由液氨和二氧化碳氣體在高溫和高壓下合成尿素,這是一個可逆的放熱反應(yīng),實際上合成尿素的過程分為二步進行。第一步是由氨和二氧化碳生成中間產(chǎn)物氨基甲酸銨,反應(yīng)式如下:2nh3(l)+co2(g) nh2coonh4(l)+q這是一個強放熱的可逆反應(yīng).第二步是由甲銨脫水生成尿素,反應(yīng)式如下:nh2coonh4 co(nh2)2+h2o-q這是一個可逆微吸熱反應(yīng)，這個反應(yīng)是尿素合成塔過程中的控制反應(yīng)，其反應(yīng)是在液相中進行。1.3.1.2汽提原理合成塔出來的尿液混合物中,過剩的氨在汽提塔受熱釋放出來,使氣相

9、中的氨分壓增加,氣相中的二氧化碳分壓降低,原來的氣液平衡被打破,使液相中的二氧化碳不斷析出到氣相,從而使甲銨分解,如此連續(xù)進行一個過程,達到了氨自身汽提的目的。1.3.1.3分解原理對于汽提后的溶液中仍有少量未轉(zhuǎn)化生成尿素的甲銨和過剩氨，由于甲銨的生成反應(yīng)是放熱和體積縮小的過程，所以甲銨分解是體積增大，吸熱的反應(yīng)，因此，減壓加熱有利于甲銨分解，同時升高溫度使氨和二氧化碳在溶液中的溶解度大大降低，使氨和二氧化碳從尿素溶液中分離出來。1.3.1.4吸收原理氨和二氧化碳吸收過程是一個氣體溶解在液體中的物理過程，同時又是伴有化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)吸收過程，其反應(yīng)式為：2nh3+co2 nh2coonh4+q氨

10、與二氧化碳不但有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，而且吸收過程是體積減小的過程，所以增加壓力有利于氨與二氧化碳生成甲銨，同時能加快吸收速率。由于nh3和co2在吸收過程中溶解和生成甲銨是一個放熱的過程，所以降低溫度有利于吸收的進行。1.3.1.5解吸原理解吸是吸收的逆過程。氨和二氧化碳在水中的溶解度隨溫度升高而降低，隨壓力降低而降低，利用蒸汽直接加熱使得氨和二氧化碳從水中析出，所以解吸采用提高溫度，降低壓力的方法進行。1.3.1.6水解原理尿素的水解就是氨和二氧化碳生成尿素的逆反應(yīng)，其反應(yīng)式為：co(nh2)2+h2o 2nh3+co2-q這是一個吸熱的反應(yīng)，升高溫度有利于水解反應(yīng)的進行；減少生成物氨的濃度有利于

11、水解反應(yīng)的進行；停留時間長，水解反應(yīng)進行的更完全，所以裝置采用3.8mpa(a)的過熱蒸汽做為水解器的熱源，同時采用先將工藝冷凝液中的氨解析出來再進行水解的方式和設(shè)計較長的停留時間來實現(xiàn)工藝冷凝液中的尿素徹底水解。液體被加熱到沸騰而氣化的過程叫蒸發(fā)。尿素溶液蒸發(fā)是將尿液加熱到沸騰，使其中的水汽化而與尿素分離的過程。由于尿素在高溫下縮合的特性及濃縮過程中工藝條件限制，采用較高的溫度將使尿素中的縮二脲含量增加，所以采用真空，以降低水的沸點，這樣可使能量的利用率提高，又減少發(fā)生不良的副反應(yīng)。縮二脲生成反應(yīng)：2co(nh2)2nh2conhconh2+nh31.4主要生產(chǎn)工序1.4.1二氧化碳壓縮工序

12、將界區(qū)外來的壓力為0.14mpa(a)，溫度為35的二氧化碳氣體經(jīng)壓縮機k101四段壓縮后,壓力為15.7mpa(g),溫度為113送入尿素合成塔。在k101一段出口加入鈍化空氣，使混合氣體中的氧含量為0.250.35%(v),用以在鈍化反應(yīng)器內(nèi)不銹鋼襯里表面,防止腐蝕。在二氧化碳壓縮機二段出口設(shè)有甲醇洗滌塔,用水洗去二氧化碳氣體所夾帶的甲醇,使二氧化碳氣中的甲醇含量小于150ppm。從二氧化碳壓縮機透平中抽出2.35mpa(g),323的蒸汽,供汽提塔使用。透平蒸汽冷凝液送到界區(qū)外。1.4.2. 尿素合成和高壓回收工序液氨、二氧化碳和返回的氨基甲酸銨在壓力為15.3mpa(g),溫度為188

13、,nh3/co2=3.23.8；h2o/co2=0.50.7的條件下,合成反應(yīng)生成尿素.反應(yīng)方程式如下:2nh3+co2nh4coonh2+q1nh4coonh2co(nh2)2+h2o-q2總的反應(yīng)是放熱反應(yīng),二氧化碳轉(zhuǎn)化率大于62%。未生成尿素的氨和二氧化碳，一部分以氨基甲酸銨的形態(tài)存在，一部分以游離氨的形態(tài)存在。在合成等壓的條件下，在氣提塔內(nèi)被2.17mpa 的飽和蒸汽加熱分解和析出。分解和析出的氨和二氧化碳和從中壓返回的甲銨在甲銨冷凝器內(nèi)冷凝，經(jīng)甲銨噴射器抽送返回合成塔。甲銨冷凝器殼側(cè)副產(chǎn)0.34mpa(g)的低壓蒸汽供尿素裝置使用。1.4.3 中低壓甲銨分解和回收工序1.4.3.1在

14、1.7mpa(g)壓力下的中壓分解及回收工序:在中壓分解器內(nèi),用0.49mpa(g)增壓蒸汽和2.17mpa(g)的蒸汽冷凝液加熱到158,使溶液中的氨和二氧化碳析出,尿素溶液濃度從45.23%(w)增濃到62.64%(w)。析出的氨和二氧化碳混合氣經(jīng)真空預(yù)濃縮器熱利用，在中壓吸收塔內(nèi)被吸收后，以甲銨形式返回高壓合成工序。未被吸收的氨在氨冷凝器內(nèi)冷凝后，再返回系統(tǒng)使用。1.4.3.2在0.34mpa(g)壓力下的低壓分解及回收工序:在低壓分解器內(nèi),用0.34mpa(g)的低壓蒸汽加熱到138,使殘余的氨和二氧化碳析出。尿素溶液增濃到69.93%(w)。析出的氨和二氧化碳與工藝冷凝液處理工序出來

15、的氨和二氧化碳冷凝成碳銨液，由p-103泵，一部分送往中壓回收工序，另一部分送往低壓回收工序和解析工序。1.4.4 尿素濃縮及造粒工序分為真空預(yù)濃器、一二段濃縮及造粒。在0.034mpa(a)的壓力下,在真空預(yù)濃縮器閃蒸后殘余的氨和二氧化碳析出。閃蒸汽進入真空冷凝系統(tǒng)。所需熱量由一段分解氣和碳銨液供給。經(jīng)0.034mpa(a),128下的一段濃縮和0.003mpa(a)138二段濃縮,尿液濃度增濃到99.75%(w)以上。用熔融尿液泵將99.75%(w)以上的尿液送上造粒塔,經(jīng)噴頭噴灑在造粒塔內(nèi)制成粒狀尿素。真空冷凝系統(tǒng)的工藝冷凝液送往工藝冷凝液處理工序。1.4.5工藝冷凝液處理工序在蒸餾塔的

16、上部，將冷凝液中的氨和二氧化碳解析出來。在水解器中，在壓力為3.7mpa(g)236的條件下,尿素水解。反應(yīng)方程式如下：co(nh2)2+h2onh3+c02在蒸餾塔的下部，用增壓蒸汽將水解器出液中的氨和二氧化碳析出，使處理后的工藝冷凝液中的nh3含量為13ppm,送往界區(qū)外。析出的氨和二氧化碳進入蒸餾塔上部，一起返回低壓精制及回收工序。1.5工藝流程說明1.5.1尿素合成和高壓回收由合成氨裝置來的壓力2.0mpa，溫度28的液氨經(jīng)s-103過濾后通過氨回收塔c-105進入到氨接收槽v-105中，再經(jīng)p-105增壓后送往p-l01升壓至22.4mpa(g)。液氨在進入r-101之前，先在e-1

17、07預(yù)熱至94，熱量來自v-103的氣相和c-102的解吸氣，然后在pic-1022的控制下用作l-101的驅(qū)動液體，在此，將來自v-101的甲銨加壓到大于合成壓力，從r-101底部進入，在r-101里和co2反應(yīng)。來自k-101的15.7mpa、12o的co2,經(jīng)hv-1005控制進入r-101,在k-101一段出口加入少量(02:0.25-0.35%)空氣，使設(shè)備及管道的不銹鋼表面鈍化，從而保護其不被反應(yīng)物和產(chǎn)物腐蝕。尿液經(jīng)r-101頂部溢流管出來，進入中壓蒸汽(2.17mpa)加熱的降膜式汽提塔e-101，混和物呈降膜流下而被加熱，溶液中的co2量由于從溶液中沸騰逸出的氨汽提作用而減少，

18、尿液送往中壓系統(tǒng)。e-101出氣和p-102來的高壓甲銨一同進入e-105，并在此冷凝，冷凝熱在e-105殼側(cè)產(chǎn)生0.34mpa蒸汽，e-105出口氣液混和物進入v-101分離，分離的液相經(jīng)l-101循環(huán)回r-101，分離的氣相(不凝性氣體，少量的nh3、co2)在壓力調(diào)節(jié)閥pic-1021a/b控制下送往l-102進一步回收或放空。1.5.2 中壓、低壓尿素的提純和回收離開e-101底部的尿液，通過lv-1011減壓至1.7mpa(g)進入v-102，此設(shè)備分三層，上層是分離器，中部為分解器，下部為儲槽。進入v-102減壓閃蒸后的氣相去中壓吸收塔c101。離開v-102的氣體(富含nh3，c

19、o2)被p-103來的碳銨液吸收后進入e-113殼側(cè)，加熱其管側(cè)尿液，冷凝后的氣液混和物進入e-106，進行再次冷凝，其出口溫度被調(diào)節(jié)閥tic-1026控制在80。來自e-106的混和物進入c-101進行吸收、精餾。c-101是泡罩型塔盤，塔上部有來自p-107的氨水，用來吸收co2。同時，來自p-105的純液氨，以消除被氨飽和的殘余在惰氣中的co2和h2o，其流量由fic-1010控制，c-101的底部溶液用p-102送往e-104，被c-102來的工藝冷凝液預(yù)熱后，返回到合成回收系統(tǒng)。從c-101頂部出來的氨氣，連同惰氣經(jīng)e-109被循環(huán)水部分冷凝后，液相和氣相均送往v-105，被氨飽和的

20、情氣離開v-105進入c-105，含有殘余氨的惰氣，送入e-111冷凝，并與來自e-110的水逆流接觸，吸收氣氨，吸收熱由e-111的冷卻水帶走，e-111底的氨水由p-107送c-101作吸收頂部co2用，出c-103的惰氣在pic-1026控制下，送排氣系統(tǒng)進行排放。l-102的尿液經(jīng)液位閥lv-l014減壓至0.34mpa送低壓系統(tǒng)v-103,此設(shè)備分為三部分，上部為分離器v-103，中部為換熱器e-103，下部為儲槽。溶液進v-103后閃蒸，閃蒸汽與c-102出來的工藝汽混合，首先進入e-107被部分吸收和冷凝后，再送e-108進行冷凝，冷凝熱被e-108的冷卻水帶走。含有殘余惰氣的液

21、體送v-106并經(jīng)p-103送出回收，一部分與v-l02氣相匯合去e-113，另一部分作c-l02頂部回流。含有nh3、co2的惰氣進入e-l12與來自c-104的蒸汽冷凝液接觸，吸收殘余的nh3和co2，液相返回v-106，氣相經(jīng)pic-1033控制放空。1.5.3尿素濃縮為了得到顆粒尿素，必須將尿液濃縮至99.75%，因此設(shè)有一段，二段真空濃縮系統(tǒng)。l-103的尿液經(jīng)液位閥lv-1022減壓后，在0.034mpa(a)壓力下膨脹進入真空預(yù)濃縮系統(tǒng)v-104，閃蒸后氣相送往真空冷凝液系統(tǒng)，液相經(jīng)e-113加熱分解甲銨后，收集在下部l-104內(nèi)，經(jīng)p-106送蒸發(fā)系統(tǒng)。來自p-106的尿液經(jīng)l

22、ic-1023控制送往e-114，由e-114出來的氣液混和物再進入v-107氣液分離后，氣體被l-105真空系統(tǒng)抽走。一同抽走的還有v-104氣相。分離后的液相進入二段真空蒸發(fā)系統(tǒng)的e-115，操作壓力為0.003mpa(a)，氣液混和物進入v-108分離，分離后的氣體被l-106真空系統(tǒng)抽走，液相收集在l-107，經(jīng)p-108送造粒系統(tǒng)，一、二段蒸發(fā)所需熱量由0.34mpa(g)蒸汽提供。1.5.4尿素造粒來自p-108的熔融尿素經(jīng)lv-1025控制送往造粒噴頭l-109，l-109的轉(zhuǎn)速控制在180-290rpm，離開l-109的顆粒尿素與冷空氣逆向接觸，使之固化，落在造粒塔底部的尿素經(jīng)

23、刮料機送往皮帶系統(tǒng)最后去成品車間。1.5.5工藝冷凝液處理來自蒸發(fā)真空系統(tǒng)的含有nh3、co2、h2o、ur的工藝冷凝液收集在t-102，以及來自整個工藝系統(tǒng)的密閉排放收集在t-104中后經(jīng)p-116泵送往 t-102，t-102中的工藝冷凝液經(jīng)p-114送往c-102，在送入c-102之前經(jīng)c102下塔出來的152的解吸水在e-116、e-117進行了預(yù)熱，由于工藝冷凝液中含有尿素，因此經(jīng)c-102塔初步將工藝冷凝液中的氨解吸后，由p-115送往r-102進行水解，r-102、c-102出來氣體與v-103的氣體混和在一起，經(jīng)e-107、e-108冷凝后回收進入v-106，由r-102出來的

24、水解液經(jīng)e-118冷卻后，在液位調(diào)節(jié)閥的控制下進入c-102下塔進一步氣提脫除殘余nh3、co2。c-102的氣提蒸汽為0.49mpa(g)的增壓蒸汽，其流量由fv-1015控制，在r-102中尿素的水解，所需的熱量由3.7mpa(g)的蒸汽提供，其流量由fv-1016控制。已凈化的工藝冷凝液從c-102底出來作為e-116、e-117的熱源，再經(jīng)p-117送往界區(qū)外供水車間。1.5.6蒸汽系統(tǒng)從界區(qū)來的蒸汽一路作為dstk-101的驅(qū)動蒸汽，一路作為r-102中尿素水解用蒸汽，此蒸汽等級為3.7mpa(g)，370來自dstk-101的抽汽壓力為2.35mpa(g)溫度為323的過熱蒸汽，去

25、v-109飽和，產(chǎn)生2.17mpa(g)的飽和蒸汽，此蒸汽用作e-101加熱和產(chǎn)生0.49mpa(g),158增壓蒸汽。在e-105產(chǎn)汽不夠用時，可通過pv-1047補汽，等級為0.34mpa(g),147，此蒸汽廣泛用于加熱，抽一、二段真空，伴熱，保溫，吹掃，以及蒸汽富余時，給透平注汽作功等。1.5.7沖洗管網(wǎng)來自界區(qū)的脫鹽水進入v-110，液位由lv-1035a/b控制，從v-110來的脫鹽水經(jīng)p-110升壓后，分別由pv-1042，pv-1045控制，產(chǎn)生0.9mpa(g)，2.25mpa(g)的低壓及中壓沖洗水，另外從p-110出口再經(jīng)p-111升壓，由pv-1044控制產(chǎn)生17.5m

26、pa(g)的高壓沖洗水。1.5.8 二氧化碳壓縮流程1.5.8 1二氧化碳氣體流程從界區(qū)送來的壓力大于0.14mpa(a)溫度為35的co2氣體經(jīng)切斷閥進入一段入口分離器v111，分離掉氣體中的水份后，進入壓縮機一段壓縮至0.59mpa、180，然后進入一段冷卻器e119，在進冷卻器之前，向氣體中加入一部分鈍化空氣，使含氧量為co2總量的.250.35%（v），在e119中，氣體被冷卻到42后，經(jīng)一段分離器v124分離水份后進入壓縮機二段進行壓縮到2.425mpa、194后，進入二段冷卻器e120，氣體冷卻到42，進入到二段分離器v125，分離出氣體中水份后，進入高壓缸三段繼續(xù)壓縮。在三段入口

27、之前，壓縮機設(shè)計有二段放空閥hv1002和二回一閥hv1003，在開停車過程中使用。三段出口氣體溫度為187、壓力為8.685mpa,在三段冷卻器e121中,氣體被冷卻.此時氣體壓力接近臨界壓力,為避免出現(xiàn)干冰,在e121冷卻水回路中設(shè)計有溫度控制閥tv1007來控制co2氣體溫度不使其降到50以下。co2氣體在三段分離器中分離水份后進入四段，氣體被壓縮到15.7mpa、113左右，送往尿素合成塔。在四段出口設(shè)有防喘振控制閥fv1002和pv1006，除在開停車過程中使用外，防喘振閥還在機組運行過程中可以有效地調(diào)節(jié)和控制壓縮機的工作狀態(tài)，防止壓縮機因co2氣體壓力、溫度、流量、組份等波動而喘振

28、。1.5.8.2 蒸汽系統(tǒng)流程蒸汽管網(wǎng)中3.8mpa370的主蒸汽進入界區(qū),經(jīng)過切斷閥并通過汽輪機高壓事故快關(guān)閥和主蒸汽調(diào)節(jié)閥后.由噴嘴高速噴向汽輪機轉(zhuǎn)子上的葉片,經(jīng)能量轉(zhuǎn)換并使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動.蒸汽通過高壓缸做功后一部分抽出,去尿素裝置,其壓力為2.35mpa,溫度為323.另一部分進入低壓缸和少量壓力為0.34mpa、溫度為147的低壓蒸汽混合做功,最后,降溫降壓成乏汽,在冷凝器e122中冷凝.不凝氣體通過噴射器l127a/b和l128a/b及噴射冷凝器e127抽吸和冷凝,使dstk101產(chǎn)生必要的真空,可有效的提高透平的效率.1.5.8.3透平冷凝液流程做功后的乏汽在表面冷卻器e122中大部分被

29、冷凝.不凝氣體及未被冷凝的一部分蒸汽被抽汽器抽走,經(jīng)兩級抽汽冷凝器e127抽吸和冷凝,冷凝液回到表冷器.從表冷器e122出來的冷凝液送至透平冷凝液泵p118a/b,并由該泵送出界區(qū).p118a/b泵出口設(shè)有低流量保護閥fv1026和液位控制閥lv1038,以保證p118a/b的穩(wěn)定運行和e122液位的穩(wěn)定.1.5.8.4 潤滑油系統(tǒng)流程潤滑油從油箱t121底部進入油泵p121a/b,加壓至1.05mpa左右,分成兩路:一路經(jīng)油冷器e126a/b后,油溫降至45左右,再經(jīng)潤滑油過濾器s121a/b,由pcv1069壓力自調(diào)閥減壓至0.25mpa,做為機組的潤滑油.潤滑油通過各自的限流孔板送往壓縮

30、機和汽輪機的軸承、聯(lián)軸節(jié)等潤滑點，最后匯集到回油總管返回油箱。同時，一股潤滑油經(jīng)切斷閥或限流孔板進入高位油槽t122，當潤滑油泵在事故狀態(tài)下，做為汽輪機dstk101、壓縮機k101的潤滑油，t122油槽滿后自溢流管回到油箱t121；另一路控制油經(jīng)過過濾器s122a/b送往汽輪機控制系統(tǒng)做控制油,控制油經(jīng)控制模塊及控制回路系統(tǒng)之后從回油總管回到油箱t121,潤滑油和控制油各設(shè)有蓄壓器v127和v128,用于緩沖油的壓力,保持油壓穩(wěn)定. 同時備有事故油泵126，在121a/b同時停運時，126自啟動，向透平供油。1.5.8.5控制油流程控制油是從油泵p121a/b加壓到1.05mpa,經(jīng)過過濾器

31、s122a/b后進入啟動器1800, 啟動器上裝有電機ml125和手動裝置1810,控制開車油和跳車油的切換,用升程按鈕啟動電機ml125或手動搖起啟動器,啟動器將控制油接通至開車油油路,開車油建立.開車油接到ssb-n塊的f油口后分兩路:一路去高壓事故快關(guān)閥xv1001a/b壓縮彈簧;另一路經(jīng)閥2050去危急保安器2200壓縮彈簧,將打閘手柄抬起,便于跳車油的建立.待開車油穩(wěn)定后,用降程按鈕啟動電機ml125或手動關(guān)閉啟動器,啟動器將接通跳車油路而切斷開車油路.跳車油經(jīng)啟動器接通ssb-n塊的p油口.跳車油在ssb-n塊內(nèi)流經(jīng)筒式閥2023從g1口出來,經(jīng)過危急保安器又經(jīng)g2口進入速關(guān)模塊,

32、又經(jīng)筒式閥2011,分別接通e1和e2,同時去高低壓調(diào)節(jié)閥的轉(zhuǎn)換器后成為二次油.跳車油經(jīng)電磁uy1015b去e11口,接通去抽汽止逆閥xv1002做速關(guān)油.跳車油經(jīng)電磁閥uy1015a去e21口,接通注汽塊關(guān)閥xv1003做速關(guān)油.壓力油經(jīng)1845閥將跳車油從h1和h2口接通去高壓事故快關(guān)閥做試驗油,作為xv1001a/b行程動作試驗用.壓力油經(jīng)2070、2080、2050去危機保安器2200做試驗油。跳車油建立后，通過啟動器將開車油卸掉，此時汽輪機打閘手柄由跳車油抬起自鎖，事故快關(guān)閥xv1001a/b由跳車油打開另外，從潤滑油上油總管引出一條油路通往汽輪機此路油進汽輪機前分為兩路；一路做為盤

33、車器的壓力油；另一路經(jīng)盤車油泵129，電磁閥uy1014去盤車器另一端作為工作油電磁閥 uy1014在泵運行時，進行帶電或失電動作，從而改變油的流向，使盤車器能連續(xù)運行第二章 co2汽提法尿素裝置余熱利用的分析2.1氣提法的熱量大慶石化分公司化肥廠尿素裝置是上個世紀七十年代從荷蘭斯塔米卡邦公司引進，它具有工藝流程短，設(shè)備故障少，操作簡便，運轉(zhuǎn)周期長等優(yōu)點，在當今尿素生產(chǎn)工藝中仍具有相當強的競爭力。但是，在該裝置生產(chǎn)實踐中，本人認為在某些余熱利用上存在不足之處，下面就其存在的問題作一分析探討，并提出改進措施，以回收損失熱量，從而降低系統(tǒng)的能耗（測量和計算均以系統(tǒng)滿負荷為基礎(chǔ)）2.2余熱損失分析2

34、.2.1 0.07mpa蒸汽、冷凝液系統(tǒng)熱量損失較大0.07mpa蒸汽、冷凝液系統(tǒng)高低熱流程。如圖1在實際生產(chǎn)中，為了保證各蒸汽加熱器殼側(cè)冷凝液不積存，排水阻氣閥及其副線閥開度不可避免的有一定的富裕量，這樣就使部分蒸汽未冷凝而直接竄入904-f，造成904-f工藝條件與設(shè)計值出現(xiàn)較大偏差，其實際工藝條件與設(shè)計值如表1表1 904-f實際工藝條件與設(shè)計值之比較介質(zhì)溫度 c壓力 mpa流量kg/h位號焓值 kj/kg設(shè)計值閃蒸所得飽和蒸汽閃蒸所得冷凝液114.60.072433040971hv-103pv-919/1lv-906/12692.3479.7實測值閃蒸所得飽和蒸汽閃蒸所得冷凝液116.

35、30.082433140740816hv-103pv-919/1lv-906/12694.8487.7由表1中測得數(shù)據(jù)通過橫算可知，因排水閥開度富裕量而竄入的蒸汽量相當于0.3mpa蒸汽約1500kg/h，在生產(chǎn)中這部分蒸汽未被利用，而是由904-f壓力調(diào)節(jié)閥pv-919/1直接排放入905-f；同時，由于實際生產(chǎn)中合成氨車間所送液氨溫度極少低于20c，氨預(yù)熱器101c長期處于閑置狀態(tài)，這就使40816kj/h，116.3c的閃蒸冷凝液也直接排入905-f，而被利用熱量僅為102-c加熱液氨回收熱量，由此可見，904-f低，熱能損失嚴重。2.2.2高壓調(diào)溫水熱量回收利用率低 高壓調(diào)溫水高低熱流

36、程如圖2從圖2中可以看出，高壓調(diào)溫水在高壓洗滌器203-c中獲得熱量，通過循環(huán)加熱器301-c/a回收利用，多于熱量由冷卻水帶走以控制高壓調(diào)溫水溫度。表2是一組現(xiàn)場實測綜合平均數(shù)據(jù)及介質(zhì)物化數(shù)據(jù)。 表2 高壓調(diào)溫水有關(guān)參數(shù)介質(zhì)流量m3/h入口溫度c出口溫度c平均密度kg/m3平均比熱kj/kg.c203-c高壓調(diào)溫水415128139930.54.276902-冷卻水28026.535995.74.174由表2數(shù)據(jù)可計算高壓調(diào)溫水熱量回收利用率：=高壓調(diào)溫水在203-c獲得熱量902-c冷卻水帶的熱量）/高壓調(diào)溫水在203-c獲得熱量100%=45.54%從高壓調(diào)溫水示意流程及實測數(shù)據(jù)計算值可

37、知，由于精餾塔循環(huán)加熱器301-c/a回收熱量能力差，大量熱量被冷卻水帶走，造成尿液供熱不足，使實際生產(chǎn)中循環(huán)系統(tǒng)出液溫度tr003/1（約128c）長期以來總是低于設(shè)計值(135c)的主要原因之一。同時，由于尿液濃度變低，游離氨含量升高，又增加了蒸發(fā)系統(tǒng)負荷，也使尿液泵（303j/js）的打量不穩(wěn)定，造成蒸發(fā)系統(tǒng)工況波動較大。若提高高壓調(diào)溫水溫度tic-207，以增加循環(huán)加熱器e-411的傳熱溫度，雖可以提高高壓調(diào)溫水熱量回收利用率，但是，受制于301-c/a傳熱系數(shù)的影響，即時tic-207提高10c，高壓調(diào)溫水熱量回收利用率仍只能達到65%左右；另一方面，受合成壓力限制，tic-207不

38、宜提高太多，在本裝置中，因高壓甲氨冷凝器202-c堵管已達258根，占總管數(shù)的10.2%，其傳熱面積大大減少，從實測203-c熱負荷比設(shè)計值高約11.6%，以及合成塔氣液相溫度均比設(shè)計值偏高可以看出，202-c熱負荷已明顯后移，在現(xiàn)有實際生產(chǎn)中，為維持合成壓力0.3mpa，蒸汽壓力pic-206已處于低限操作，若再過多的提高tic-207，勢必造成合成塔壓力高，pic-206進一步降低，不利于后序系統(tǒng)穩(wěn)定運行。2.3余熱回收利用探討 為了回收利用上述損失熱量，提出如下改進措施：102-c液氨改為由904-f閃蒸所得冷凝液加熱，以回收冷凝液顯熱損失；循環(huán)系統(tǒng)閃蒸槽更換為尿尿液濃縮器，以904-f

39、閃蒸所得0.08mpa飽和蒸汽和出精餾塔循環(huán)加熱器301-c/a的高壓調(diào)溫水作熱源。這樣既回收了低位熱能，也提高了進入蒸發(fā)系統(tǒng)的尿液濃度，改善了蒸發(fā)系統(tǒng)的工作狀況。 2.3.1 工藝條件估計 尿液預(yù)濃縮回收利用高壓調(diào)溫水損失熱量和904-f閃蒸蒸汽冷凝潛熱后，使尿液濃度得以有效提高，一段蒸發(fā)將減少0.3mpa蒸汽用量，相應(yīng)的904-f回收0.3mpa冷凝液也將減少，這樣就使904-f工藝條件發(fā)生改變。 設(shè)904-f閃蒸蒸汽量為g，則尿液預(yù)濃縮可回收熱量為：q=4.174280995.7（35-26.5）+（2694.8-487.1）g=9891403.3+2707.7g。查飽和蒸汽數(shù)據(jù)表可知，

40、p=0.32mpa（表）時，飽和蒸汽冷凝潛熱為h=2125.5kj/kg,水的焓值為600.2kj/kg。此回收熱量可使一段蒸發(fā)減少0.32mpa蒸汽勇量為：（9891403.3+220707g）/2125.5（kg/h），那么904-f少回收0.3mpa冷凝液也為此量，由904-f實測工藝參數(shù)及熱量平衡關(guān)系有：40816487.1+（2433+1407）2694.8-（9891403.3+2207.7g）/2125.5600.2=2694.8g+（40816+2433+1407-（98914033.3+2207.7g）/2125.5-g487.7g=3420kg/h閃蒸所得冷凝液量為：408

41、16+2433+1407-（98914033.3+2207.7g）/2125.5-34201=33030kg/h2.3.2 尿液預(yù)濃縮器的應(yīng)用尿液預(yù)濃縮器取代原流程中的閃蒸槽302f，其蒸發(fā)器分為兩段，上段熱源為0.08mpa飽和蒸汽，下段熱源為高壓調(diào)溫水，如圖3所示。預(yù)濃縮器加熱器采用降膜式，其傳熱系數(shù)較高，可獲得良好的傳熱效果，從而減小設(shè)備尺寸，以降低投資費用；因為出精餾塔的尿液仍為原濃度，故進二段蒸發(fā)之前需蒸發(fā)的總水量不變，只是由尿液預(yù)濃縮器分擔了一段蒸發(fā)加熱器的負荷，所以預(yù)濃縮器的真空仍可由一段蒸發(fā)噴射泵控制在0.045mpa（絕壓）；尿液預(yù)濃縮器彌補了一段蒸發(fā)加熱器的不足，有效提高了

42、蒸發(fā)系統(tǒng)得傳熱面積，即使循環(huán)壓力控制在高限也不會影響蒸發(fā)系統(tǒng)工況，確保了尿素成品質(zhì)量。由此可見，尿液預(yù)濃縮器的應(yīng)用，不僅回收了系統(tǒng)的低位熱能，同時也提高了系統(tǒng)的操作彈性。尿液預(yù)濃縮器出液濃度及傳熱面積估算如下：a. 上段出液濃度估算上段加熱器熱負荷為0.08mpa飽和蒸汽冷凝潛熱，查飽和蒸汽焓值表可知：p=0.08mpa（表）時，h冷凝熱=2207.7kj/kg查尿液焓濃圖可知：p=0.045mpa（絕壓）時，尿液中水的潛熱為：hh2o=2415kj/kg，故上段加熱器可蒸發(fā)出水量為：（34202207.7）/2415=3126kg/h預(yù)濃縮器上部閃蒸分離器相當于原流程中閃蒸槽的作用，生產(chǎn)中閃

43、蒸槽出液濃度為72%，溫度為95，而滿負荷下尿素產(chǎn)量為67.5t/h，由此可估算上段出液濃度為：67.5/（67.5/0.72）-3.126100%=74.5%b.商段加熱器傳熱面積估算 查co（nh2）2h2o體系平衡圖可知，在p=0.045mpa（絕壓）下，當尿液濃度為74.5%時，其沸點溫度為96.9；入上段加熱器尿液溫度為95；殼側(cè)位0.08mpa飽和蒸汽冷凝傳熱，其溫度為116.3，則傳熱平均溫差為： t上=（116.3-96）+（116.3-96.9）/2=20.35 參考漿膜傳熱系數(shù)取值范圍，可假設(shè)上段加熱器傳熱系數(shù)k上=4180kj/m2.h 上段加熱器熱負荷為：q上=3420

44、2207.7=7550334kj/h由傳熱方程式可計算上段熱交換器所需傳熱面積：a上=q上/（k上t上） =7550334/（418020.35）=88.8m2 c.下段出液濃度估算 下段熱交換器可利用熱量即為高壓調(diào)溫水在902-c中被冷卻水熱量，故下段可蒸發(fā)出水量為： 4.175280（35-26.5）995.7/2415=4096kg/h 下段出液濃度為： 67.5/（67.5/0.745）-4.096100%=78%d.下段加熱器傳熱面積估算查co（nh2）2h2o體系平衡圖可知，在p=0.045mpa（絕壓）下，當尿液濃度為78%時，其沸點溫度為99.2；入下段加熱器尿液溫度為96.9

45、；下段加熱器殼側(cè)高壓調(diào)溫水入口溫度即為原高壓調(diào)溫水入902-c溫度，可由下式計算：t=128+4.174280995.7（35-26.5）/4.269415930.5=134 殼側(cè)高壓調(diào)溫水出口溫度即為高壓調(diào)溫水控制溫度128；故其逆流傳熱平均溫差為：t下=（134-99.2）-（128-96.9）/ln（134-99.2）/（128-96.9）=32.9 參考降膜傳熱系數(shù)取值范圍，可假設(shè)下段換熱器傳熱系數(shù)k下=3553kj/下段換熱器熱負荷為：q下=4.269930.5（134-128）415=9891403.3kj/h。由傳熱方程式可計算下段熱交換器所需傳熱面積：a下=q下/（k下t下）

46、=9891403.3/（355332.9）=84.6 尿液預(yù)濃縮器的換熱器所需總傳熱面積為：a總=a上+a下=88.8+84.6=173.4。2.4 節(jié)能估算及熱量平衡 尿液預(yù)濃縮器有效地回收了0.07mpa蒸汽、冷凝液系統(tǒng)和高壓調(diào)溫水損失的低位熱能，提高了進入蒸發(fā)系統(tǒng)的尿液濃度，一段蒸發(fā)將減少 0.3mpa蒸汽用量，其值為：（7550334+9891403.3）/2125.5=8206kj/h102-c少回收的熱量損失0.3mpa蒸汽量為：1743937/2125.5=820 kj/h采用本文回收方案，系統(tǒng)回收利用低位熱能相當于0.3mpa蒸汽量為：8206-820=7386 kj/h，此蒸

47、汽量可以通過對蒸汽系統(tǒng)和0.3mpa蒸汽用戶作適當調(diào)整來平衡：0.3mpa蒸汽系統(tǒng)不補充或盡可能少補充透平抽汽；透平注汽和水解系統(tǒng)適當增用0.3mpa蒸汽；盡可能降低2.0mpa和0.8mpa蒸汽系統(tǒng)壓力，以減少進入0.3mpa蒸汽系統(tǒng)的熱量。從而節(jié)約3.7mpa快鍋蒸汽用量，以達到降低系統(tǒng)能耗的目的。2.5經(jīng)濟效益淺析 尿液預(yù)濃縮液由上部閃蒸分離器和下部換熱器組成，材質(zhì)均為采用316l（低壓）不銹鋼。分離器預(yù)估價位115.6萬元；下部換熱器按0.324萬元/計算，則其預(yù)估價為：173.40.324=56.2萬元，所以尿液預(yù)濃縮器需投資115.6+56.2=171.8萬元。尿液預(yù)濃縮器回收利用

48、低位熱能少耗0.3mpa蒸汽7.386t/h，故每噸尿素可節(jié)約0.3mpa蒸汽0.1094t，瀘天化廠0.3mpa蒸汽成本價為60元/t，則每噸尿素可降低成本6.564元，本裝置年產(chǎn)量按48萬噸計算，這樣每年可為公司帶來經(jīng)濟效益315.07萬元，且投入資金可在0.55年內(nèi)收回。第三章 工藝計算3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3.1.1.分子式：co2 分子量：44 臨界溫度：85.15 臨界密度：0.231 容點：80.8 沸點：86氣化潛熱：4.13 kcal/mol 臨界壓力：60.59atm3.1.2.分子式:nh4 分子量： 26.038三相點：(128kpa)： -80.55 沸點(1 70kpa)：

49、 -75.0 液體密度(-80.75)： 610kg/m3 氣體密度(273.15k，101.325kpa)： 1.1747kg/m3 相對密度(空氣=1，0，101.325kpa)：0.908 比容(15.6，101.325kpa)：0.9008m3/kg 氣液容積比(15，100kpa)： 556l/l 臨界溫度： 3532 臨界壓力： 6190kpa臨界密度： 230.4kg/m3壓縮系數(shù)： 溫度k壓力 kpa50.6621101.33506.631013.252903200.9985o.99690.99270.99410.96010.97080.91840.9405熔化熱(-80.75

50、，128kpa)： 96.4kj/kg氣化熱(-83.80，101.325kpa)：801.36kj/kg比熱容(0，101.33kpa)： cp=1636.62j/(kgk)cv=1308.79j/(kgk)比熱比(26.8，101.325kpa)： cp/cv=1.234蒸氣壓：-20- 1510kpa 0 - 2665kpa 20 - 4367kpa粘度(101.33kpa，20)：0.0103mpas導(dǎo)熱系數(shù)(101.325kpa，200k)：0.01181w/(mk)折射率(20，101.325kpa，5876a，氣體)： n=1.000593.2熱量衡算 通過熱量衡算確定傳熱面積和

51、轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)化器有關(guān)的熱量，有原料混合氣帶入轉(zhuǎn)化器熱量q入，反應(yīng)熱q反 ，載體帶走的熱量q冷，產(chǎn)物和未反應(yīng)物原料氣帶出熱量q，轉(zhuǎn)化器散失的熱量q損。 q入+ q反=q出+ q冷+q損3.2.1反應(yīng)熱q反：在熱量衡算時，用25時反應(yīng)熱當作0時進行計算引起的誤差可忽略，查得co2、nh4、h2、的生成熱分別為-22.063、54.193、8.900、-31.300。由ch和hcl合成1摩爾vc反應(yīng)為：8.900-（54.194-22.063）=-23.231kcal/mol 由vc和hcl合成1摩爾ch2clch2cl的反應(yīng)熱為： -31.300-（8.900-22.063）=-1.8137 k

52、cal/mol 若其他副反應(yīng)忽略不計，則轉(zhuǎn)化器總反應(yīng)熱為q主=q副 主反應(yīng)熱=188.4100023.231=4400000 kcal/mol 副反應(yīng)熱=0.95100018.137=17000 kcal/mol 既q反=q主+ q副=4400000+17000= 4420000 kcal/mol1、原料氣帶入熱量q 名 稱co2nh3氮氣空氣水比熱kcal/mol0.4160.1870.240.240.433氣體入口溫度取80，則各物料帶入熱利用公式q=wcp(t2-t1)氨帶入熱：4947.80.416（80-0）=165000kmol/h二氧化碳帶入熱：7266.270.187（80-0

53、）=109000kmol/h氮氣帶入熱：26.770.24（80-0）=513.98kmol/h空氣帶入熱：5.850.24（80-0）=112.32kmol/h水氣帶入熱：2.48910.433（80-0）=86.2kmol/h總帶入熱：165000+109000+513.98+112.32+86.2=270000kcal/mol2、出料帶出熱量氣體出口溫度取120，則各物料帶出熱量分別為：氨帶出熱：24.740.416（120-0）=1235.02kcal/mol二氧化碳出帶熱：320.070.187（120-0）=7182.37kcal/mol氮氣帶出熱：26.770.24（120-0）=770.98kcal/mol水氣帶出熱：2.48990.433（120-0）=129.38kcal/mol空氣帶出熱：5.850.24（120-0）=168.48kcal/mol氯乙烯帶出熱：11775.80.206（120-0）=290000kcal/mol總帶出熱：1235.02+7182.37+770.98+129.38+168.48