尿素装置界区阀门布置的探讨

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

大型尿素生产企业生产区由空分装置、煤气化装置、合成氨装置、尿素装置等几大主装置组成，各个装置的进出物料管线通过装置内管廊与外管管廊进行连接。尿素装置内管廊与外管管廊的连接处便为尿素装置界区，界区阀门作为尿素输入、输出管路中控制介质流动的重要附件，在装置界区处的作用为开停车时尿素装置与外管进出物料的切断[1]。

目前国内选用的尿素工艺包：荷兰斯塔米卡邦公司的CO2气提法生产工艺、意大利斯那姆公司的氨气提法生产工艺、日本东洋公司的ACES工艺以及中国五环工程有限公司(以下简称中国五环)自主研发的高效合成、低能耗尿素技术。近年尿素装置生产能力和装置规模越来越大，管廊上的管线越来越多，输入输出管线总数约24根，管道及阀门的口径也越发增大，界区阀门如何更加便于操作检修，以及在管廊上整齐美观的布置也显得越发地重要。

1 尿素界区阀门设置方式

界区阀门的设置根据管道介质的物性不同，通常有如下几种形式(见图1)。

图1 界区阀门设置形式

尿素装置界区管道包括两大类：第一类为工艺物料管线，主要为从合成氨装置来的液氨管线及从二氧化碳压缩工段来的二氧化碳管线；第二类公用工程管线，主要包括工厂空气、氮气、仪表空气、饮用水、低压蒸汽、中压蒸汽、高压蒸汽、脱盐水等。一般介质的切断如工厂空气、仪表空气等采取图1(a)所示；而当物料泄露可能引发爆炸、火灾及对人体产生危害等，为防止阀门内漏，常采取图1(b)、(d)、(e)加8字盲板的形式。如液氨管线一旦发生泄漏，后果将非常严重，常采取图1(e)的形式，并在双切断阀门中间加双阀门排净，也可以兼作氮气置换的作用。

2 尿素界区阀门的布置

管廊上管线布置的一般原则为大口径管道宜靠近管廊柱子布设，小口径、气体管道宜布置在管廊的中间，热介质管道、桥架布置在上层管廊，冷流体、腐蚀性介质管道宜布置在下层。根据《石油化工企业设计防火规范》GB 50160的7.2.16规定，在尿素装置界区处应合理设置平台，以便试压、吹扫、检修界区阀门。

2.1 界区阀门水平布置

尿素装置界区阀门水平布置有3种形式，第一种形式即在管廊最后一跨处设置操作平台，平台与管廊同宽，通常为10 m，长度与管廊的跨度相同，通常可为5.5 m，与管廊同标高，将管线平铺在管廊平台上，且并排管线上的阀门宜错开布置，相邻两个阀门的净距不少于200 mm，这样可以减少管间的距离并便于操作检修(见图2)。此种阀门布置方式，管线水平铺设在管廊主梁上，不会产生袋型。

目前，很多尿素项目对于界区阀门的布置采取此种水平布置方式，其缺点是工人在操作检修的时候，势必要跨过管线或踏在保温层上去操作另外的阀门，给操作检修带来极大的不便，也会带来安全隐患。

尿素界区阀门水平布置的第二种形式是将平台设置在管廊上方，如管廊标高为EL5.500，管廊上最大管径为DN650，考虑到管道保温厚度及平台的梁高，平台标高可设置为EL6.700。管道依旧是平铺在管廊上，在平台上开孔，使阀门的阀杆露出平台，以便于操作(见图3)。

此种布置方式缺点如下：一是阀门的法兰、垫片、螺栓均处在平台底部，螺栓不好拆卸；二是尺寸较小的管道阀门，如DN25、DN50等可能处在平台下方，很难操作；三是若管廊是双层管廊，上下两层管廊间需要满足很大的净空，这需要在核实整个装置框架的稳定性基础上考虑成本造价的问题。

图3 尿素装置界区阀门水平布置(二)

尿素界区阀门水平布置的第三种形式依旧是将平台设置在管廊上方，双层管廊，标高分别为EL5.500和EL7.500，在EL6.700和EL9.000处分别设置平台，平台与管廊同宽，长为管廊最后一跨的长度，即为5.5 m。与第二种水平布置情况不同的是阀门平铺在平台上，中间至少留出了0.6 m的通道，管线由EL5.500处往上翻走了袋型，但在高低点处均设置了放空和导淋阀门。所有的管线导淋阀门成排布置，可以在管廊下设置移动平台，便于集中操作管廊底部的一排导淋阀(见图4)。

此种布置方式对于操作检修阀门非常便利，其缺点是人为地将管线走了袋型，每根管线增加了4个弯头，并需要在高低点处分别设置放空阀及导淋阀，在管道材料方面稍有增加。

图4 尿素装置界区阀门水平布置(三)

2.2 界区阀门竖直布置

尿素界区阀门不仅可以水平布置，也可以竖直方向布置，下面将分别介绍以下2种情况下界区阀门的竖直布置。

尿素界区阀门竖直布置的第一种情形：双层管廊，标高为EL5.500和EL7.500，平台标高为EL5.500和EL9.000，将主要管道集中在EL5.500这一层，上层管廊主要布置仪表、电气桥架及少量需与外管接的管道，故上层管廊的界区阀门可以平铺在平台上，并靠近管廊柱子处布置，将桥架用T形架支撑，使其底部净空不得低于2.2 m，从而不影响通行。下层管廊的管线布置见图5，界区阀门分别布置在两边，阀杆高度高于平台1.2 m，顶部设高点放空，底部设置低点导淋。

此种布置方式对操作检修界区切断阀门及导淋阀门非常便利，其缺点是管道形成气袋，需要在高点处设置放空，而此放空阀操作非常不易。

图5 尿素装置界区阀门竖直布置(一)

尿素界区阀门竖直布置的第二种情形：双层管廊，标高为EL5.500和EL7.500。仅需在EL7.500处设置平台，所有界区阀门的操作在EL7.500平台上进行。下层管廊上的管线需要穿过平台与外管相连。由于竖直管线布置双切断阀门，靠近上面的阀门阀杆高度需要满足操作检修的要求，其双阀的阀门手轮高度可以按下述公式进行计算。

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

其中，H为双阀阀门阀杆高度，mm；D0为管道的外径，mm；L0为管道弯头的长度，mm；E为法兰的长度，mm；L1为阀门的长度，mm；C为直管段的长度，mm。

尿素装置界区处的管道温度、压力一般都不高，材料等级为1BB，压力为CL150。DN200的管道其双阀的阀杆高度为1 576 mm，一般设置在高于平台1.6 m处。其界区阀门的布置见图6。

图6 尿素装置界区阀门竖直布置(二)

此种布置方式只需要设置一层平台，界区切断阀门及双阀之间导淋阀的操作检修都非常便利，且管线通过装置内管廊直接与外管相连，避免了气袋和液袋的出现。但需要考虑尿素装置和界外管廊之间的地形高度，界外管廊能否满足底层标高高于内管廊的上层管廊标高，从而界区管道能够无袋型地与外管相接。

3 结语

(1)目前，国内很多大型尿素工艺采取荷兰斯塔米卡邦公司的CO2气提法生产工艺和中国五环自主研发的高效合成、低能耗尿素技术，且业主对界区阀操作的便利性并无太高要求，在保证基本操作的前提下，尿素装置界区阀的设置主要考虑经济和美观。其界区阀门的布置均采取尿素装置界区阀门水平布置(一)的形式，简单明了。而国外的项目业主则更倾向于采取图4和图6的设计。

(2)笔者认为，在选择尿素装置界区阀门布置方式前，应根据项目特点、装置内与界区外管廊的地形特征、框架结构、工程造价成本等方面因素，综合比较，同时，在满足工艺相关要求及安全性的基础上，需要使尿素装置界区阀门的布置便于操作维修。