尿素合成塔结构及技术要求
尿素合成塔结构
尿素合成塔结构
尿素合成塔是一种用于制造化肥的重要设备，其结构主要由塔体、塔盖、塔底、进出料口以及内部填料等组成。
塔体一般采用不锈钢材质制造，以保证其耐腐蚀性能和使用寿命。
塔盖和塔底则采用钢板或玻璃钢材质制造，以保证其密封性和强度。
进出料口则通常设在塔体的顶部和底部，方便料液的进出。
填料则是尿素合成过程中的重要组成部分，其主要作用是提高反应的效率和产率。
常用的填料材料有金属网、陶瓷环、塑料泡沫球等。
此外，还需要配备压力表、温度计、流量计等辅助设备，以便监测和控制反应过程中的参数。
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尿素合成塔安全运行管理
尿素合成塔安全运行管理2005年3月21日晚21时，鲁西化工集团第三化肥厂尿素合成塔又出现恶性事故，虽然事故原因有待调查，但事故发生之后，各尿素生产企业引起了高度重视，强化了尿素塔的安全运行管理，以期避免类似事故的再度发生。
笔者结合临泉化工股份有限公司6万t/a尿素合成装置谈一下尿素合成塔安全运行管理。
一、设备结构与参数1.水溶液全循环法尿素合成工艺中尿素合成塔是6万t/a尿素的关键设备，经过改造已突破15万t，该设备内衬是由公称尺寸8mm厚的316L尿素级不锈钢材料制成，外壁是一高压筒体保护承压，其内有3块旋流板及多孔板或球帽型塔盘若干分成反应区，原料液氨、二氧化碳和氨基甲酸铵从塔底进入，由于它在高温、高压和强腐蚀介质的条件下使用，如使用不当，极易损坏衬里，造成泄漏。
2主要技术参数设计压力：21.56MPa工作压力：19.6MPa试验压力：26.95MPa容器类别：Ⅲ设计温度：190℃工作温度：188±2℃容积：23m3公称尺寸：φ1200mm×21565mm二、安全运行管理小氮肥行业尿素装置大都在“七五”前后建设起来的，尿素合成塔运行周期在10年左右，有的已经运行15年，在安全运行管理方面也积累摸索了一些经验（也可以说有些是教训），合成塔的操作维护检修规程必须严格执行！否则就会降低的使用寿命，造成较快的腐蚀损坏。
1.开停车管理塔内的升温升压、降温降压速度要缓慢。
在开车时，塔内温度小于100℃时，升温速率应为6～8℃/h，塔内温度大于100℃时，升温速率应不大于12℃/h，外壁温度由常温突升时每小时不得超过50℃；在停车时，塔内温度大于100℃时，降温速率不大于30℃/h，塔内温度小于100℃时，降温速率应在8～10℃/h，短停封塔时间不得超过24h，如果超过24h或塔内压力低于12MPa时应作排塔处理。
尿素合成塔塔板技术改造总结
直偏低 ， 在满负荷状态下 ｃ ２ ０ 的平均转化率只
能维 持在 ５ ％， 成 系 统循 环 量 大 、 ７ 造 中低 压 放 空 中氨含 量高 、 工艺 冷凝液 中氨浓度 高于设 计值 、 蒸 汽消耗偏 高 。 １ 改造 前 工况分 析
速 度 很慢 ， 涡流 越大 ， 低速 区也越 大 ， 导致 混 合效 果差 ， 利 于提高 反应 效率 。 不 １３ 工 艺操作 参 数 ．
中石 油兰州 石 化公 司化肥 厂尿 素装 置 自 １９ ９７年投 产后 ， 尿素 合 成塔 内的 二氧 化碳 转 化 率
一
与气 相 并 流 向上 ， 由于 环 隙较 窄 ， 相通 过 时 ， 液 流
速较 大 以及物 料 密 度 差 的作 用 ， 挡 板 上方 产生 在 涡 流 ， 流不 能达 到塔 内气 泡群 中心 ， 涡 涡流 内部 的
维普资讯
２０ 年 ４月 ０７ 第３ ０卷第 ２期
Ｓ ａｅ Ｎｉｏ ｅ ｏ ｓ Ｆ ｒｉｚ ｒ ｃ ｌ ｔ ｇ ｎ ｕ ｅｔｌ ｅ ｒ ｉ
怠 散
Ｖｐ０ Ａ２ ｒ７ ． ０
ｏ ＿ ０ Ｎｏ． Ｉ３ ２
尿 素合 成 塔 塔 板 技 术 改造 总 结
刘 青 赵旭斌 吴 中 肖隆斌
（ 石 油 兰州 石 化公 司化 肥 厂 ， 肃 兰 州 ，３００ 中 甘 ７０６ ）
摘要
对传统 的普通平筛板塔板进行改造 ， 采用高效 波形 塔板 ， 加强了塔 内的传热与传质 ， 利用原合成塔 合成塔 塔板 改进 转 化率
下部空 间 ， 增加了塔板数 目， 使物料在全塔 的停 留时间分布更理想 ， 反应 更充 分 ， 提高 了合成塔的生产效率 。 关键词
构 见 图 ２ 。
合 成塔 的反 应模 型接 近于 多级全 混流 串联模
尿素合成塔安全生产使用要点
编号：SM-ZD-15722尿素合成塔安全生产使用要点Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly.编制：____________________审核：____________________批准：____________________本文档下载后可任意修改尿素合成塔安全生产使用要点简介：该规程资料适用于公司或组织通过合理化地制定计划，达成上下级或不同的人员之间形成统一的行动方针，明确执行目标，工作内容，执行方式，执行进度，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。
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3月21日，山东省济南市平阴鲁西化工第三化肥厂有限公司一台尿素合成塔发生爆炸，造成4人死亡，1人重伤和重大财产损失。
为了防止类似事故再次发生，保障人民生命财产安全，经研究，现就进一步加强尿素合成塔生产使用检验工作通知如下：一、关于尿素合成塔的制造(一)结构方面。
1.目前生产的尿素合成塔普遍采用单个筒节多层包扎后再焊接环焊缝的深环焊缝结构，因结构所致不能进行焊后热处理，环焊缝部位存在较大的应力集中，且焊接缺陷不易检测。
鉴此原因，尿素合成塔应当尽可能避免采用深环焊缝结构，而宜选用其他结构形式。
对直径小于等于1800mm的尿素合成塔，逐步采用整体多层包扎结构，具体要求可参照化工行业标准《整体多层夹紧式高压容器》(HG3129)，其层板间的环焊缝和纵焊缝应分别相互错开，相邻层板两条环焊缝间轴向距离不得小于100mm(封头与筒体的环焊缝除外)。
2.检漏孔与盲层(板)或内筒的连接方式应当采用焊接结构，且焊接部分深度不得小于筒体承压壁厚部分的三分之一，以防止介质进入包扎层。
尿素合成塔主要零部件的制造工艺流程设计_图文(精)
主要零部件的制造㈠筒体的制造如前所述，筒体是整个尿素合成塔的主要部分。
筒体由许多筒节组焊成，就拿φ2.8m×36m尿素合成塔（多层包扎式）为例，筒体共分11节，其中10节长2980mm，1个筒节1800mm，总长度31600mm。
每一个筒节都是由外层层板、盲层和衬里内筒组成，它们的制造工艺过程简要叙述如下：1）内筒内筒的制造工艺过程是：⑴原料检验（包括腐蚀试验和机械性能试验）→⑵按内筒展开周长划线、留有切割量和卷圆带头直边量→⑶标志移植。
将材料牌号、炉批号、板号或其本厂代号，用不含氯离子或金属养料的记号笔（可防水而不褪色）抄写到将要下料的板面上→⑷剪切下料→⑸在卷板机上卷圆，当两头弯曲圆度达到要求后取下。
注意：卷板机应专用，上辊不能有焊渣、焊瘤，最好在上辊套一不锈钢套筒。
避免衬里内筒卷制过程中压出麻点或划伤以及铁离子污染。
→⑹在专用的夹具上切除两端直边余料并刨出纵焊缝坡口→⑺纵向焊缝坡口表面着色探伤。
不得有裂纹或夹层现象。
→⑻重新放在卷板机上进一步卷圆，使纵缝合拢→⑼在卷板机上将纵缝点焊固定。
应采用评定合格的焊条，注意不能将焊渣掉到上辊表面。
→⑽从卷板机上取下，由于筒体直径较大，厚度（一般6~8mm）较薄，刚度不足，容易变形，因此内筒必须用支撑件撑圆固定。
→⑾将筒体放在专用的夹具上进行纵焊缝焊接（带焊接试板）→⑿焊缝铁素体测定。
要求每一根焊条焊接长度上测一点（铁素体≤0.6%）以防止用错了焊条或偏离焊接规范。
→⒀焊缝表面着色探伤，不得有夹渣、裂纹和气孔→⒁纵焊缝X光探伤检查。
由于衬里的内筒主要是起耐腐蚀作用，焊缝是薄弱环节，微小的孔洞将造成严重的危害。
因此X光探伤的验收标准不同于一般受压容器的标准。
除按JB4730的I级片外，还不允许有柱状小气孔出现。
→⒂焊接试板的晶间腐蚀倾向试验和选择性腐蚀检查及金相检查。
其方法按HG/T3172和HG/T3173、HG/T3174验收标准按GB9842或工程标准的规定。
浅谈尿素合成塔结构及作用原理
合成 塔 的设 备 尺寸 为 ２ ８ ０ ０ ＊ １ １ ６ ． ３ ４ １ ０ ０ ａｍ， ｒ 总重 ２ ８ ９． ７ ９ 吨， 容 积 约为 １ ８ ３ Ｍ３ 简体内径￣ ￣ ２ ８ ０ ０ ｍｍ， 筒体壁厚１ １ ６ ｍｍ［ １ ２ ． ８ ＋１ ２ ＋ ８ （ 层板＋内筒＋ 衬 里） ］ ， 壳体 材质 为 １ ６ Ｍｎ Ｒ， 衬 里 为８ ｍｍ厚 的Ｘ ２ Ｃ ｒ Ｎｉ Ｍｏ ２ ５ — ２ ２ － ２ 材质 （ 之 所 以 选 用这 种材 质 ， 主要 因 为尿 素 、 甲铵 的 强腐蚀 性 ， Ｘ ２ Ｃ ｒ Ｎｉ Ｍｏ ２ ５ — ２ ２ — ２ 它 的ｃ ｒ 、 Ｎｉ 的含 量 很 高 ， 具有 较强 的 耐 腐蚀 性 和 耐 冲蚀 性 ， 它 的腐 蚀 率 在０ ． ０ ４～０． ０ ８ ｍｍ／ 年， 平 均年腐 蚀率 为０ ． ０ ５ Ｉ ／ ｌ ｌ Ｔ Ｉ 左右 ） 。 其 内部 主要 由１ １ 层塔盘 ， 一 根偏 离 中心的溢 流 管 ， 上 下封 头 ， 一 个 中８ （ ￣ａ ｍ的人 Ｌ 构成 。 其性 能参 数见 表 １ 由于尿 素合成塔 内件材料 和塔盘 的特殊 陛及工艺转 化率对设 备的要 求 ， 所 以塔 盘结 构 至关 重要 。
３ ． ２ 塔 盘的 结构和 作用 原理
合 成塔 内部空 间被 ｌ １ 层塔盘分 成相邻 的 ｌ ２ 个区域 ， 每层 塔盘均 由四块筛 板 通过 Ｍ１ ２ 的螺母 及扁 螺母 水平 连接 构成 ， 各层 筛 板的开 孔数 不等 ， 但 孔径 均为 ６ ａｍ， ｒ 随着反 应 的进 行 ， 气量 逐渐较 少 ， 为 了保证 气体 的线速度 相等 ， 所 以开 孔 数逐层减 少 。 在 塔盘 的中心 是一 圈中１ ７ ８ ０ ×１ １ ２ ０ ａｍ的导 向筒 ， ｒ 导 向筒通过 支 腿、 支脚 固定在塔 盘上 ， 塔盘 上还有 中１ ７ ３ ２ Ｘ １ ０ ０ × ６ ｍｍ的溢 流槽 及拆 装塔盘 用
尿素合成塔的改造方案及机理分析
２ ．Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｔ ｙ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ． ， Ｌｔ ｄ ． ，Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ０ １ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎｇ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ｕ ｒ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏｒ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ＣＯ２ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐｐ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ， ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ａ ｎｄ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕｓ ｓ ｕｒ ｅ ａ ｓ ｙ ｎｔ ｈｅ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｓ ｍ ，ｐｒ ｏ ｐｏ ｓ ｅ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｖ ａ ｍｐｉ ｎｇ ｐ ｒ ｏｇ ｒ ａ ｍ ａ ｎｄ ｉ ｔ ｓ ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｉ ｃ ａ １ ａ ｎ ｄ ｅ ｃ ｏｎ ｏｍｉ ｃ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ＣＯ２ ｓ ｔ ｒ ｉ ｐ ｐｉ ｎ ｇ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ；ｕｒ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｏｒ ；ｔ ｏ ｗｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｙ；ｒ ｅ ｖ ａ ｍｐｉ ｎ ｇ ｐｒ ｏ ｇｒ ａ ｍ ；ＣＯ２ ｃ ｏ ｎｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ
案 ，以及 其 技 术 经 济 效 果 。 关 键 词 ：Ｃ Ｏ 汽 提 工 艺 ；尿 素合 成塔 ；塔 盘 ；改 造 方 案 ；Ｃ Ｏｚ 转 化 率
中图 分 类 号 ：ＴＱ ４ ４ １ ． ４ １ 文 献 标 志 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３ — ６ ４ ９ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ６ １ — ０ ４
器 中进 行 ，反 应 热 由壳 侧 自产 ０ ． ３ ５ ＭＰ ａ （ Ｇ） 蒸
试谈多层包扎式尿素合成塔
试谈多层包扎式尿素合成塔尿素合成塔是尿素合成装置中的核心設备，它在尿素生产中占有举足轻重的地位，可以说尿素工业乃至现代氮肥行业的发展与尿素合成塔的制造技术是紧密相关的。
自20世纪60年代我国引进第一套尿素合成装置以来，从无到有，从小到大，历经50年发展，2014年我国尿素产能达到3千余万吨，国内有数百套装置采用各种工艺在运行，成就是引人瞩目的。
自2003年我国自南非引进Φ2100mm整体多层包扎式尿素合成塔以来，该结构形式已逐渐成为多层式尿素合成塔发展的主要研究方向。
1、尿素合成塔的技术进展。
19世纪30年代由德国化学家弗里德里希.维勒首次合成尿素，揭开了人类合成有机物的序幕。
19世纪70年代提出氨基甲酸铵脱水合成尿素工艺。
当时曾选用银质、铜质衬里合成塔，均因造价高、寿命短而被人们废弃。
直到20世纪50年代由荷兰化学家太米卡邦提出在合成塔中加入氧气使奥氏体不锈钢能够持续钝化，抵御合成物料的强腐蚀作用，才使CrNiMo奥氏体不锈钢成为尿素合成塔内衬的主要材料，并且使尿素合成进入工业化阶段。
国内在用装置采用的尿素合成塔从结构上大体可分为多层结构和单层结构两类。
多层结构根据衬里和层板制造工艺的不同又可分为多层包扎式、热套式、整体多层包扎式等结构，较多采用的为多层包扎式。
2、各结构形式尿素合成塔特点。
单层式该型尿素合成塔由单层厚板卷制而成，然后有筒体内壁撑紧衬里。
该型设备具有结构简单、生产效率高等特点，但是对制造企业卷板能力及热处理能力要求较高。
多层包扎式该型尿素合成塔由数层壁厚较薄的钢板由外力包扎在内筒上形成筒节，各筒节再进行组对，而后与封头连接。
该型设备优点是制造工艺简单、衬里层与外壳碳钢层的贴紧度高、在操作压力下不锈钢内筒由多层包扎产生的压应力与内压引起的拉应力相互抵消，使内筒应力大大降低，极大地降低了产生应力腐蚀的可能性。
然而，各筒节组对时因内径误差而引起的错便是不可避免的，并且筒节组对时产生的深环焊缝（见图1）无法进行热处理，较难进行无损检测。
尿素的合成工艺
（3）氨碳比
用过量氨的过量率及氨碳比（NH3/CO2） 两种形式表示。根据平衡移动原理可知，增加反应物 NH3的浓度，反应有利于向生成物方向进行，必然能够 提高二氧化碳的转化率。过量氨的优点： 过量氨的优点： a、 增加反应物的浓度，必然增加尿素的转化率。 b、 可以与反应生成的水作用，降低水的活度，使平衡向 生成尿素和方向进行。 c、 过量氨可以控制合成塔自然和维持最合适的反应温度 d、 系统内过量氨还可抑制其他副反应，并能降低腐蚀作 用。
*
高压甲铵 冷凝器
NH3
18MPa 70℃
g
尿素合成 塔
g
放 空
g
g l
l
精 馏 塔
气提塔
CO2 14.4MPa
低 压 甲 铵 冷 凝 塔
g e
高 压 洗 涤 器
吸 收 塔
去蒸发造粒系统
（3）氨气提法工艺流程
液NH3
氨 器 冷 氨冷 器 2 l 氨 冷 器 1 中 压 吸 收 塔 低 压 吸 收 塔 真 空 冷 凝 器
（4）水碳比
水碳比就是原料中水和二氧化 碳的分子比。从平衡移动原理可知，增加水即增 加了生成物的浓度，将使尿素平衡转化率下降。 但是在已有的各种全循环法中，都有一定量的水 随同回收的未反应物氨和二氧化碳返回反应器去， 据有关资料介绍，每当物料中H2O/CO2增加0.1， 合成转化率则降低1%左右。但是在不同温度下， H2O/CO2对平衡转化率的影响并不一样，在 200℃以下的影响较200℃以上的影响为小。
尿素合成塔安全运行管理
尿素合成塔安全运行管理尿素合成塔是尿素生产过程中的关键设备，其安全运行管理对于保障生产工艺的稳定性和操作人员的安全至关重要。
以下是关于尿素合成塔安全运行管理的详细介绍。
一、尿素合成塔的基本原理尿素合成塔是尿素生产过程中的核心设备，其主要功能是将二氧化碳和氨在高温高压条件下进行反应，生成尿素。
尿素合成塔通常是由若干个相互连接的垂直筒体组成，内部装有催化剂床层。
尿素合成塔工作的关键是保持合成气体的温度、压力和流量的稳定，以确保反应的高效进行。
二、尿素合成塔的安全运行管理要求1. 设备运行状态监测：尿素合成塔的运行状态应该通过监测温度、压力、流量等参数来实现。
监测设备应该具备高精度和可靠性，并能够及时报警和记录异常情况。
2. 健全的运行规程：尿素合成塔的运行规程应该包括设备的开车、停车、日常操作等各个环节的操作要求和安全注意事项。
操作人员应该严格按照规程进行操作，并进行必要的记录。
3. 健全的检修制度：尿素合成塔需要定期进行检修和维护。
检修制度应该包括检修周期、项目和方法，以及必要的安全措施。
检修过程中应该使用适当的工具和设备，并进行必要的防护措施。
4. 安全培训和教育：对于尿素合成塔的操作人员，应该进行专业的培训和教育。
培训内容应该包括设备的结构和工作原理、操作规程和安全措施等内容。
操作人员应该经过合格考核并持有相应证书才能上岗。
5. 应急预案和演练：针对尿素合成塔可能出现的事故和突发情况，应该制定相应的应急预案，并定期进行演练。
应急预案应该包括事故的分类和应对措施、人员疏散和救援、通信和报警等内容。
6. 设备老化和更新：尿素合成塔的使用寿命有限，一旦设备出现老化和损坏，应及时进行更换或修理。
定期进行设备检测和评估，制定设备的维护计划，以保障设备的正常运行和安全性。
三、尿素合成塔安全管理经验分享1. 建立运行日志：尿素合成塔的操作人员应建立运行日志，记录设备的运行状态、温度、压力和流量等参数，并注意记录是否存在异常情况。
尿素合成塔安全生产使用要点
尿素合成塔安全生产使用要点尿素合成塔是一种常见的化工设备，广泛用于尿素生产过程中。
为了确保尿素合成塔的安全生产和使用，以下是一些要点。
一、安全设备1. 确保塔内压力、温度等参数的监控装置完好，及时发现并处理异常情况。
2. 安装并定期检查温度、液位、压力、流量等仪表，确保其准确可靠。
3. 塔内设置安全阀、爆破片等安全装置，以防止超压事故的发生。
4. 配备火灾报警系统和自动灭火设备，及时发现和扑灭火灾。
5. 引入原料气体、排放废气、废水的管道、阀门等设备要尽量选择耐腐蚀材料，确保其正常运行。
二、操作要点1. 操作人员必须熟悉合成塔的工艺流程、操作规程和应急处理措施，做到心中有数，严格按照操作规程和操作指导书执行操作。
2. 根据合成塔的设计要求，合理调控原料气体的流量、温度和压力。
3. 关注合成塔的流程参数，及时调整操作条件，确保生产过程的稳定和合成效果。
4. 定期检查合成塔内的结垢、固体物等堵塞情况，及时清理以保持正常的流程通畅。
5. 定期进行设备的维护保养，检查设备的密封性和运行状态，预防设备故障和泄漏事故。
6. 对于废气、废水的处理要符合环境要求，遵循相关法律法规。
废气要进行燃烧处理，废水要经过适当的处理设施。
三、安全管理1. 建立健全塔区安全管理制度，明确责任、权限和管理流程。
2. 加强操作和管理人员的培训，提高其安全意识和技术水平，确保其熟知并遵守安全规程和操作规程。
3. 定期进行安全检查和隐患排查，及时处理存在的安全隐患。
4. 根据安全生产要求，进行紧急预案和演练，提高对突发事件的应急处理能力。
5. 建立健全事后追责制度，对违反安全规程和操作规程的行为进行严肃处理，确保安全生产要求得到严格执行。
四、事故应急处理1. 发生事故时，立即按照应急预案进行应急处理，确保人员安全和事故的最小化。
2. 向相关部门报告事故情况，并根据相关要求做好事故的调查与处理工作。
3. 对事故进行总结和分析，查找事故原因，提出改进措施，避免类似事故的再次发生。
尿素生产方法原理--合成工艺条件的确定1
尿素合成工艺条件选择
合成的工艺条件与后 续的回收循环息息相 关。它也决定着整个 尿素生产过程的技术 路线。
因
此， 应
第一步，必须弄清楚在尿塔内
先
对 尿
的合成反应是怎样进行的？
素
合 第二步，分析各工艺条件对反
成
工
艺 应转化率究竟是如何影响的？
条
件
系 第三步，确定出最优的反应条
统
分 析
件。
尿素合成工艺条件选择
第一步，NH3(g)+ CO2(g) = NH4COONH2 (l) 第二步， NH4COONH2(l) = NH2CONH2(l)+H2O(l)
反应（1）:快速强放热可逆反应。其平衡转化率约为98%。 反应（2）:速度较为缓慢的弱吸热可逆反应，只有在液相中才 有明显的反应速度。其平衡转化率为55%～80%。
19
20
四、尿素合成塔结构的研讨
1、中小型厂的合成塔为空筒，不设置内件，高径 比20，溶液呈平推流。
2、大型厂装有多孔塔板 设置塔板的目的：
防止物料反混 加强两相的接触
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工业尿塔处于气液两相流的原因：
• 不论何种尿素流程，从化学平衡角度来考察，尽 管CO2生成甲铵的转化率高达97%～98%，但不 能使CO2全部转化为甲铵，合成液中的确含有少 量游离态的CO2，至少还有2%～3%的CO2呈游 离态存在，并最终进入气相。
以下依次介绍各压力等级下的分解回收过程。先研讨高压 气提过程，再研讨压力更低的分解循环。
2、高压气提分离和高压圈循环
气提又称解吸，是一种分离液相混合物的操作，用一种气 体通过待分离的液体混合物，把易挥发的组分携带出来。
有利因素： 同样的温度和氨碳比条件下，加大水碳比可降低平衡压 力，即可在较低的压力下操作； 当压力一定时，水的存在提高了液相物系的沸点，也提 高了液相物系的冷凝温度，有利于热能的回收。
尿素合成塔主要零部件的制造工艺流程设计
主要零部件的制造㈠筒体的制造如前所述，筒体是整个尿素合成塔的主要部分。
筒体由许多筒节组焊成，就拿φ2.8m×36m尿素合成塔（多层包扎式）为例，筒体共分11节，其中10节长2980mm，1个筒节1800mm，总长度31600mm。
每一个筒节都是由外层层板、盲层和衬里内筒组成，它们的制造工艺过程简要叙述如下：1）内筒内筒的制造工艺过程是：⑴原料检验（包括腐蚀试验和机械性能试验）→⑵按内筒展开周长划线、留有切割量和卷圆带头直边量→⑶标志移植。
将材料牌号、炉批号、板号或其本厂代号，用不含氯离子或金属养料的记号笔（可防水而不褪色）抄写到将要下料的板面上→⑷剪切下料→⑸在卷板机上卷圆，当两头弯曲圆度达到要求后取下。
注意：卷板机应专用，上辊不能有焊渣、焊瘤，最好在上辊套一不锈钢套筒。
避免衬里内筒卷制过程中压出麻点或划伤以及铁离子污染。
→⑹在专用的夹具上切除两端直边余料并刨出纵焊缝坡口→⑺纵向焊缝坡口表面着色探伤。
不得有裂纹或夹层现象。
→⑻重新放在卷板机上进一步卷圆，使纵缝合拢→⑼在卷板机上将纵缝点焊固定。
应采用评定合格的焊条，注意不能将焊渣掉到上辊表面。
→⑽从卷板机上取下，由于筒体直径较大，厚度（一般6~8mm）较薄，刚度不足，容易变形，因此内筒必须用支撑件撑圆固定。
→⑾将筒体放在专用的夹具上进行纵焊缝焊接（带焊接试板）→⑿焊缝铁素体测定。
要求每一根焊条焊接长度上测一点（铁素体≤0.6%）以防止用错了焊条或偏离焊接规范。
→⒀焊缝表面着色探伤，不得有夹渣、裂纹和气孔→⒁纵焊缝X光探伤检查。
由于衬里的内筒主要是起耐腐蚀作用，焊缝是薄弱环节，微小的孔洞将造成严重的危害。
因此X光探伤的验收标准不同于一般受压容器的标准。
除按JB4730的I级片外，还不允许有柱状小气孔出现。
→⒂焊接试板的晶间腐蚀倾向试验和选择性腐蚀检查及金相检查。
其方法按HG/T3172和HG/T3173、HG/T3174验收标准按GB9842或工程标准的规定。
尿素生产方法原理-尿素的合成
（2）因水中溶有空气，使凝固点下降 。
判断题： 对于水的单组分体系，在三相点温度以下，增加压力，可以使水蒸气液化。
吉林树挂 [ H2O (g) H2O (s) ]
读图要点：
冷却气体D(D点)
对于原为气液混合物的E点，当将其加热时会变成单一气态混合物E1，而当其冷却时会成为液态(或固态)混合物E2。
气液混合物E(E点)
贰
壹
超临界NH3-CO2二元共沸相图的形状结以及气液相平衡变化规律，是尿素合成实际相图NH3一CO2一H 2O三元系以及NH3一CO2一H 2O —NH2CONH2四元系相图的基础。
在平衡体系所处的条件下，能够确保各相组成所需的最少独立物种数（或是能随心所欲地改变其数量的物质数目）称为独立组分数。它的数值等于体系中所有物种数 N 减去体系中独立的化学平衡数 s ，再减去各物种间的浓度限制条件r。
定义： C = N - ( s + r )
1.相律
1.相律
（3）自由度（degrees of freedom） 确定平衡体系的状态所必须的独立强度变量的数目称为自由度，用字母 f 表示。这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。
第二章 尿素生产方法原理
第一节 尿素的合成
肆
相平衡
叁
化学平衡
贰
尿素合成塔结构的研讨
壹
合成工艺条件的确定
1、合成反应过程步骤：
氨基甲酸铵脱水生成尿素。
NH3与CO2混合物形成液相，并大部分以NH4COONH2形式存在。
一、化学平衡
一、化学平衡
*
NH3(g)+ CO2(g) = NH4COONH2 (l) H=-100.5KJ/mol 2-2-1 NH4COONH2(l) = NH2CONH2(l)+H2O(l) H=27.6KJ/mol 2-2-2
尿素合成塔的安全使用探讨
尿素合成塔的安全使用探讨和自营(河南省中原大化集团有限责任公司,河南濮阳,457004)摘要 介绍尿素合成塔使用的基本情况,探讨尿素合成塔生产和停车过程中的保护问题。
该文就不同状况下如何采取措施,以保护合成塔、减缓腐蚀问题进行了技术探讨。
关键词 尿素合成塔 腐蚀 检测及保护收稿日期:2007 05 26;收到修改稿日期:2007 12 10。
作者简介:和自营,男,1978年7月出生,1999年6月毕业于河南省化工学校,助理工程师,现在河南省中原大化集团有限责任公司尿素厂从事化工生产工作。
联系电话:0393 *******。
1 尿素合成塔的基本情况1 1 尿素合成塔的使用河南省中原大化集团有限责任公司尿素生产装置,是20世纪国内从意大利引进的第一套氨汽提尿素生产装置,设计生产能力1760t/d,1990年5月投产。
截止到2006年底,尿素合成塔累计服役时间5140 47d(折合14 08a)期间装置累计开停车400次,累计封塔338次,累计封塔时间为251 47d 。
尿素合成塔投用17a 来,设备整体状况保持良好,从未发生过泄漏等异常情况;塔内耐蚀衬里保持完好,未做过贴衬、换衬、大面积维修等。
几家检验机构的监测人员对尿素合成塔使用16a 后仍能保持如此良好的状态都给予了充分的肯定和高度的评价。
为提高尿素合成塔的转化率,2000年5月,在尿素合成塔的下部筒体部分增加了5层塔盘,使尿塔内的塔盘数量由原来的10层增加为15层。
塔盘改造后,由于塔内阻力增大,转化率提高不明显,不利于操作调节等,于2002年大修时又将下部3层塔盘全部拆除。
目前塔内维持在12层塔盘运行。
1 2 尿素合成塔的结构和腐蚀情况河南省中原大化集团有限责任公司尿素合成塔设计内径为 2206mm,塔高40000mm,容积158 2m 3,设计温度210 ,操作温度188 ;设计压力17 0MPa,操作压力15 5MPa 。
尿素合成塔筒体采用多层包扎结构,由内向外分别为7mm 的耐蚀层衬里、6mm 的不锈钢盲层和12mm 8mm 的碳钢层板。
尿素
尿素1.生产原理尿素分子式（NH2）2CO，是由液氨和二氧化碳，在尿素合成塔反应生成氨基甲酸铵，其中一部分脱水生成尿素，反应为：2NH3+CO→NH2COON4NH2COONH4→NH2CONH2+H2O2.工艺流程本装置的设计，系采用等热循环合成塔：全循环改良C法，中、低压分解、回收；蒸发造粒为水溶液全循环等多种工艺流程相结合，生产工艺分为合成、分解、回收、蒸发造粒四个工段。
一、合成工段合成工段是将液氨、二氧化碳、回收的甲铵液加压按一定组成送入合成塔，在高温高压条件下，合成为尿素。
来自合成氨装置脱碳系统的二氧化碳，进入尿素装置，先经CO2液滴分离器分离后，再经二氧化碳压缩机将二氧化碳压缩后送入尿素合成塔，来自合成氨装置的原料液氨，进入尿素界区后，经流量累积器和液氨过滤器、液位调节阀，进入液氨缓冲槽与回流氨混合，液氨经高压氨泵加压，经氨预热器加热分别进入氨合成塔顶部和底部。
中压吸收塔回收的甲铵经甲铵升压泵，与出预浓缩器气液混合物混合送到甲铵冷凝器，经甲铵分离器分离的甲铵液由高压甲铵泵送入合成塔。
二、分解工段尿素合成塔内的反应物经减压后进入中压分解系统。
在分解系统尿素溶液中未完全反应生成尿素的过剩氨、甲铵及部分水经过多段减压，加热等方法而得到分离，氨和二氧化碳在回收工段得到回收，尿素溶液得到提浓。
尿素合成塔出来的尿素甲铵经减压后进入中压分解塔上部，液液相与加热器进来的液体进行质热交换，使部分氨汽化，甲铵分解。
然后去一段分解加热器加热，出来的尿液进入中压分解塔降膜式加热器加热，使尿液浓度提高。
中压分解塔上部设有四块筛板，上升的高温气体和下降的低温液体，在此逆流接触，进行质热交换，既回收了热量，又降低了气体中水的含量，有利于系统水平衡。
中压分解塔下部设有列管式降膜换热器，为防止中压分解系统设备的腐蚀，分别在一段分解加热器底部进口管和中压分解塔降膜式加热器的底部加入防腐空气。
中压分解塔气体自下而上地通过蒸馏段自塔顶部排往预蒸发器热能回收段与来自低压吸收器的稀甲铵液混合，在此与预蒸发器的尿液进行热质交换，出预蒸发器热能回收段的气液混合物与甲铵液混合进入甲铵冷凝器。
尿素合成塔安全生产使用要点范文
尿素合成塔安全生产使用要点范文一、概述尿素合成塔是尿素生产过程中的核心设备之一，主要用于尿素的合成反应。
在尿素合成塔的使用过程中，必须严格遵守安全生产规定，确保员工的人身安全和设备的正常运转。
本文将从塔体设计和制造、操作规程、设备检修和维护等方面阐述尿素合成塔的安全使用要点。
二、塔体设计和制造1.塔体设计：尿素合成塔的设计必须符合国家标准和相关规定，包括塔体的结构强度、防震、防风等设计。
塔体的结构材料应选择质量优良且耐腐蚀的材料，并配备适当的防腐设施。
2.制造工艺：尿素合成塔的制造必须按照相关工艺标准进行，确保塔体结构的完整性和可靠性。
制造过程中，必须采取防静电和防爆措施，防止静电引发火灾和爆炸。
三、操作规程1.操作人员资质：操作尿素合成塔的人员必须经过专业培训，具备相关岗位资质证书。
操作人员必须熟悉尿素合成塔的结构、工艺流程和操作规程，严禁无资质人员擅自操作。
2.操作程序：操作人员必须按照操作规程进行操作，包括开启和关闭设备、调节操作参数、取样分析等。
尿素合成塔的操作程序必须严格执行，确保生产过程的安全和稳定。
3.事故应急措施：在尿素合成塔操作过程中，如果发生异常情况或事故，操作人员必须迅速采取措施，包括停止操作、采取紧急排气、报警、启动应急撤离等。
同时，操作人员必须熟悉应急设备的使用方法，如急停按钮、喷淋系统等。
四、设备检修和维护1.定期检查：尿素合成塔必须进行定期的检查，包括外观检查、内部清洁、渗漏检测等。
对于发现的异常情况，必须及时采取修理措施，确保设备的正常运转和安全使用。
2.维护保养：尿素合成塔的维护保养工作必须按照规定程序进行，包括设备润滑、密封件更换、温度、压力等数据记录等。
同时，必须保持设备周围的环境整洁和通风良好，防止杂物积存和气体积聚。
3.设备更新改造：根据尿素合成塔的实际情况，必要时需要进行设备更新和改造。
设备更新改造必须严格按照规定的程序进行，确保设备的安全性和可靠性。
尿素生产工艺
尿素生产工艺尿素生产工艺，是指利用合成氨与二氧化碳在合适的条件下反应，生成尿素的过程。
尿素是一种重要的有机氮化合物，广泛应用于肥料、化工、医药等领域。
本文将介绍尿素生产的基本工艺流程以及关键步骤，旨在向读者提供对尿素生产工艺的初步了解。
一、尿素生产的基本工艺流程尿素生产的基本工艺流程包括氨合成、尿素合成以及尿素精制三个主要步骤。
1. 氨合成：氨合成是尿素生产的第一步骤，其主要目的是将天然气或煤炭等原料转化为合成氨。
氨合成过程采用哈贝法，即将天然气进行蒸汽重整，得到一氧化碳和氢气，再将一氧化碳和氢气在催化剂的作用下反应生成合成氨。
2. 尿素合成：尿素合成是尿素生产的核心步骤，该步骤中，合成氨与二氧化碳在高温高压条件下进行反应生成尿素。
尿素合成工艺主要采用斯特鲁夫法（Streulens法）或布里克尔法（Birkeland-Eyde法）。
在该步骤中，尿素合成塔中的合成氨与二氧化碳进行反应，生成尿素水溶液，并通过连续的蒸发浓缩和结晶等处理工艺，获得固态尿素产品。
3. 尿素精制：尿素精制是尿素生产的最后一个步骤，其目的是提高尿素产品的纯度和质量。
尿素精制通常包括过滤、干燥、冷却和包装等工艺。
在过滤过程中，去除尿素溶液中的杂质，使尿素溶液的纯度得到提高。
然后，通过干燥和冷却等工艺，将尿素溶液转化为固态尿素产品。
最后，将固态尿素产品进行包装，以便储存和运输。
二、尿素生产中的关键步骤在尿素生产过程中，几个关键步骤对整个工艺流程的效果和成品质量有着重要影响。
1. 合成氨的制备：合成氨是尿素生产的关键原料，其制备过程需要注意催化剂的选择和催化剂床的设计，以提高合成氨的产率和纯度。
2. 合成反应条件的控制：尿素合成过程中需要控制的反应条件有温度、压力和催化剂浓度等。
合适的反应温度和压力可提高尿素合成的转化率和选择性，而催化剂浓度的控制可影响尿素的纯度。
3. 尿素合成塔的设计：尿素合成塔是尿素合成的关键设备，其设计需要考虑反应器的材料、结构和操作条件等方面。
尿素合成塔结构及技术要求
图6-27尿素合成塔的结构示意图6.3.1结构及技术要求尿素(Urea)的分子式为CO(NH 2)2，分子量为60.06。
尿素为最主要的氮肥。
尿素是一种中性速效肥料，含氮量在46﹪（质量）以上，综合肥效高，易贮藏，运输，正因为尿素作为肥料具有诸多优点，目前全世界尿素产量占氮肥总产量的1/3以上，跃居首位，且具有继续上升的趋势。
尿素在工业上的用途也很广泛，尿素产量10﹪的以上用作工业原料，主要工业用途是作为高聚物合成原料。
尿素合成塔是尿素生产装置中的关键设备之一，它在尿素生产流程中占有重要的地位。
可以说尿素工业的发展与尿素合成塔的设计制造技术的发展是紧密相连的。
由于尿素反应介质的强腐蚀性，虽然1870年就提出了氨基甲酸胺脱水法合成尿素的工艺，但一直到二十世纪五十多年以后才实现工业化。
直到廿十世纪五十年代，荷兰斯太米卡邦研究出在尿素合成反应器中加入氧气的办法，使不锈钢得到连续钝化，才使尿素合成塔内筒采用比较廉价的奥氏体CrNiMo 不锈钢。
目前，尿素合成塔内筒所用的材料越来越多，其中有316L 型不锈钢，铬-钼-氮双相不锈钢等，但目前大量使用的还是以316L 和25-22-2铬镍钼氮型为主的奥氏体不锈钢为主。
一九七五年以后，我国从国外开始引进13套年产48~52万吨的大型尿素生产装置，尿素合成塔的内径为φ2100mm~φ2800mm 不等，从一九八三年开始，我国也开始自行设计和制造大型尿素合成塔，并对原有的中小型尿素合成塔进行改造，目前我国制造的尿素合成塔规格十分繁多，而且操作压力不同工艺也不尽相同，在工作压力上主要有21Mpa 和16Mpa 两种系列，操作温度均小于200℃。
目前，我国生产的尿素合成塔的最大直径已达φ2800mm ，高度36000mm ，容积达200m 3，生产能力达到1740吨/天。
本节简要介绍φ1850mm 尿素合成塔的制造过程。
该设备工作压力15.5 Mpa ，设计压力：16.7Mpa ；操作温度188℃，设计温度：210℃，水压试验压力21.71 Mpa 。
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图6-27尿素合成塔的结构示意图
6.3.1结构及技术要求
尿素(Urea)的分子式为CO(NH 2)2，分子量为60.06。
尿素为最主要的氮肥。
尿素是一种中性速效肥料，含氮量在46﹪（质量）以上，综合肥效高，易贮藏，运输，正因为尿素作为肥料具有诸多优点，目前全世界尿素产量占氮肥总产量的1/3以上，跃居首位，且具有继续上升的趋势。
尿素在工业上的用途也很广泛，尿素产量10﹪的以上用作工业原料，主要工业用途是作为高聚物合成原料。
尿素合成塔是尿素生产装置中的关键设备之一，它在尿素生产流程中占有重要的地位。
可以说尿素工业的发展与尿素合成塔的设计制造技术的发展是紧密相连的。
由于尿素反应介质的强腐蚀性，虽然1870年就提出了氨基甲酸胺脱水法合成尿素的工艺，但一直到二十世纪五十多年以后才实现工业化。
直到廿十世纪五十年代，荷兰斯太米卡邦研究出在尿素合成反应器中加入氧气的办法，使不锈钢得到连续钝化，才使尿素合成塔内筒采用比较廉价的奥氏体CrNiMo 不锈钢。
目前，尿素合成塔内筒所用的材料越来越多，其中有316L 型不锈钢，铬-钼-氮双相不锈钢等，但目前大量使用的还是以316L 和25-22-2铬镍钼氮型为主的奥氏体不锈钢为主。
一九七五年以后，我国从国外开始引进13套年产48~52万吨的大型尿素生产装置，尿素合成塔的内径为φ2100mm~φ2800mm 不等，从一九八三年开始，我国也开始自行设计和制造大型尿素合成塔，并对原有的中小型尿素合成塔进行改造，目前我国制造的尿素合成塔规格十分繁多，而且操作压力不同工艺也不尽相同，在工作压力上主要有21Mpa 和16Mpa 两种系列，操作温度均小于200℃。
目前，我国生产的尿素合成塔的最大直径已达φ2800mm ，高度36000mm ，容积达200m 3，生产能力达到1740吨/天。
本节简要介绍φ1850mm 尿素合成塔的制造过程。
该设备工作压力15.5Mpa ，设计压力：16.7Mpa ；操作温度188℃，设计温度：210℃，水压试验压力21.71Mpa 。
6.3.1.1总体结构
尿素合成塔的如图6-27所示，
主要包括：人孔、上封头、筒体、
下封头、物料接管等。
⑴封头结构
高压容器封头常采用的结构有：半球形封头、球曲封头或半椭圆形封头。
从受力观点看，半球形封头最好，球曲其次，椭圆封头在高压容器中较少使用。
半球形封头或球曲封头的成形工艺，根据各制造厂工艺工装设备条件不同而不同。
有分瓣冲压成形后拼接成半球，
也有单层板拼焊后整体冲压成半球，还有多层球封头已在石油化工压力容器制造中得到推广使用。
多层球封头有两种形式：一种是采用薄板重叠后冲压成形，另一种是采用逐层冲压成形后叠合焊接包扎至所需厚度的方法成为多层球封头。
如采用逐层重复冲压成形工艺，则可大大减少厚板冲压所需的大吨位水压机。
同时，薄板的质量比厚板优良，所有焊缝可以互相错开，不用消除应力热处理，虽较费工，但总的成本相当，而且安全可靠性可以大大提高。
是今后发展的方向之一。
我国在1976年就制成过φ1400mm内径的高压乙烯球形贮罐，操作压力20Mpa，采用2层钢板叠合冲压成形的，在国内某化工厂使用至今未发生任何问题。
单层厚板制造的球封头，若采用分瓣冲压成形后组焊的工艺，拼装的工作量大，焊后可能产生的变形，影响了球封头内外表面的圆球度，需要机械加工，否则不利于内表面的不锈钢衬里（带极堆焊或爆炸衬里、机械衬里），一般采用整体冲压成形。
本设备采用拼接后采用整体冲压成形的半球形封头，材料选择16MnR。
封头厚度105mm，成型后对封头内壁进行堆焊耐腐蚀层。
⑵高压筒体结构型式的选择
尿素合成塔的高压筒体是提供尿素生成必要的空间，是该设备的主体。
它承受着高压、高温和强腐蚀介质的作用。
尿素合成塔筒体由普通钢外层和不锈钢内层组成。
其组合型式可以是多种多样的，主要有以下几种类型：
①单层外壳，松衬不锈钢衬里层。
②单层外壳、爆炸衬里不锈钢层。
③热套多层壳体，热套内层不锈钢衬里层或松衬不锈钢衬里层
④多层包扎焊接壳体，松衬不锈钢内层。
⑤以不锈钢作为内筒外层直接包扎焊接炭钢多层层板。
等等。
但经过多年的实践和比较，目前用的最多的，最可靠的结构型式是以不锈钢作为内筒外层直接包扎焊接碳钢多层层板及内筒热套不锈钢衬里后再
进行多层包扎焊接的筒体结构。
以不锈钢衬里作为内筒的多层包扎焊接式筒体的优点是制造工艺简单、衬里层与外壳碳钢层的贴紧度高、在操作压力下不锈钢内筒由多层包扎产生的压应力与内压引起的拉应力相互抵消，使内筒应力大大降低，甚至为压应力，降低了产生应力腐蚀的可能性。
而这一特点在松衬内筒的尿素合成塔中是无法得到的。
其次，内筒的不锈钢衬里纵焊缝可以在塔外制作，并进行X光射线探伤和内外侧着色探伤，有缺陷时返修方便且彻底，可充分保证主焊缝的质量。
这是确保尿素合成塔避免过早腐蚀泄漏的有力措施。
为了保证不锈钢衬里层外壁在焊接外层碳钢时免受污染和产生低碳马氏体，位于不锈钢和层板之间设置一层过渡层（通常叫盲板）。
本设备筒体采用以不锈钢衬里作为内筒的多层包扎焊接式筒体。
⑶技术标准
尿素合成塔的的制造出符合GB9842—2004外，还应符合GB150、ASMEII 的有关规定及要求。
其中对耐尿素腐蚀的材料验收和复验的要求如下：耐尿素腐蚀的材料必须按专业标准如GB9842尿素合成塔技术条件、用户提供的工程标准进行采购和验收及复验。
这类材料采购之前应编制详细的材料采购说明书，提出采购的材料品种、规格、数量、质量标准、质量证明书的类别、供货状态等等要求。
材料到厂后即按采购说明书的规定进行百分之百或抽查复验，如复验不符合采购说明书的要求，可以要求供方一起复验，或请第三方仲裁复验。
不锈钢材料到厂后至复验内容举例，全部内容参考相关标准和规定。
ⅰ按炉批号复验化学成份；
ⅱ逐件测定铁素体含量；
ⅲ经晶间腐蚀倾向性试验后的试件应按有关规定进行选择性腐蚀检查及金相检查，试验方法按HG/T3174或工程标准的规定。
ⅳ焊接材料应按炉（批）号复验焊条、焊丝、焊带及焊剂等焊接材料的熔敷金属的化学成份、铁素体含量、晶间腐蚀倾向试验、选择性腐蚀检查及金相
检查。
图6-28下封头示意图图6-29上封头示意图。