Một danh sách các thiết bị chính của xưởng urê được cung cấp để vận hành chúng tốt nhất có thể.
2.3.1 Máy nén CO2 và các bơm cao áp
1. Máy nén CO2 K06101
Chức năng: Máy nén CO2 K06101 được đặt giữa bình tách nước ngưng tại đầu hút và tháp phản ứng. Nó nhận khí CO2 từ bình tách tại đầu hút ở áp suất 0.15MPa (A) và tăng áp suất của khí CO2 lên một mức độ mà có thể nạp vào tháp phản ứng.
Vận hành: Dưới điều kiện công nghệ bình thường, khí CO2 phải đạt được áp suất khoảng 15.7 MPa (A) để nạp vào tháp phản ứng. Để đạt được mức áp suất này, cần phải có máy nén 4 cấp. Sau mỗi cấp của máy nén, khí CO2 được đưa qua bộ làm lạnh trung gian, tại đây dòng CO2 được làm lạnh và hơi nước còn lại được ngưng tụ và tách ra trong bình tách trung gian. Nhiệt độ của dòng CO2 tại đầu hút của cấp 4 được điều khiển bằng TIC với nước làm mát để tránh sự ngưng tụ có thể gây hỏng máy nén nếu nhiệt độ của
dòng khí giảm dưới 450C. Sau cấp 4 của máy nén khí CO2 được nạp vào tháp phản ứng urea.
2. Máy nén khí thụ động cho Stripper K06102
Chức năng: Máy nén khí thụ động K06102A/B, bình thường nó được đặt gần Stripper và đầu xả được kết nối trực tiếp vào đáy Stripper để thụ động hóa bề mặt bên trong Stripper.
Vận hành: Máy nén khí thụ động hút không khí từ môi trường và đưa khoảng
54Nm3/h vào đáy của Stripper tại áp suất 15.7 MPa (G).
3. Bơm cao áp ammonia P06101 A/B
Chức năng: Bơm cao áp ammonia P06101 A/B là loại bơm ly tâm tốc độ cao, dẫn động bằng môtơ điện, và được thiết kế để bơm dịch ammonia lỏng lên áp suất khoảng 22.9 MPa (G) vào tháp phản ứng R06101 thông qua ejector J06101.
Vận hành: Bơm cao áp ammonia P06101 A/B nhận dịch ammonia lỏng từ bơm tăng áp ammonia P06105 A/B và đưa vào tháp phản ứng dưới thiết bị điều khiển dòng
(142m3/h tại 390C).
Dòng nhỏ nhất đi qua bơm P06101 A/B được duy trì bằng bộ điều khiển lưu lượng được lắp đặt tại cửa hút của bơm, nó sẽ tác động lên các van tuần hoàn tương ứng để đưa Ammonia từ đầu xả bơm trở về bồn ammonia T06105.
Bơm được thiết kế cho dòng ammonia và nó không thể dùng nước để kiểm tra/chạy thử để tránh quá áp ở đầu xả bơm.
4. Bơm cacbonat cao áp P06102 A/B
Chức năng: Chức năng của nó là để tuần hoàn dịch cacbamat từ tháp hấp thụ MP C06101 đến cum cao áp HP thông qua thiết bị ngưng tụ cacbamat E06105 A/B.
Vận hành: Chất lỏng được hút từ đáy của tháp hấp thụ C06101 và chuyển tới Z06119/E06105 A/B thông qua E06113 (Tube side).
Bơm P06102 là dạng bơm ly tâm áp suất cao và dẫn động bằng môtơ điện.
Dòng nhỏ nhất qua bơm được điều khiển bằng một bộ điều khiển lưu lượng tác động lên van tuần hoàn.
Vật chất tiếp xúc với chất lỏng trong bơm là AISI 316 L.
Nhiệt độ của chất lỏng được điều khiển tại dòng vào của C06101 thông qua E06106 để tránh sự kết tinh.
Áp suất đầu xả của bơm khoảng 15.4 MPa (G).
2.3.2 Cụm cao áp
1. Tháp phản ứng R06101
Chức năng: Tháp phản ứng R06101 có thể tích thiết kế đủ để giữ một thời gian lưu cần thiết cho dịch cacbamat tách nước để tạo thành ure.
Tháp phản ứng được thiết kế với 17 đĩa lỗ. Chức năng của các đĩa để ngăn dòng khí CO2 đi lên phần trên của tháp mà phải phản ứng ngay với NH3 tại phần dưới của tháp phản ứng và ngăn chặn sự tuần hoàn sản phẩm bên trong tháp với những sản phẩm có tỷ trọng riêng cao hơn được sinh ra và tăng dần tại phần trên của tháp phản ứng.
Vận hành: Để đạt được sự vận hành đúng, tỉ lệ các chất phản ứng vào tháp phải được giữ ổn định; quá trình phản ứng sẽ được đảm bảo ở đó nhiệt độ, tỉ số mol, hệ số chuyển hóa và sản phẩm sinh ra là không đổi. Nhiệt độ tương ứng tại đáy và đỉnh trong suốt điều kiện vận hành của tháp phải không nhỏ hơn 175 – 1790C và 188 – 1900C.
Tháp phản ứng phải được gia nhiệt đến 1600 C với hơi nước trước khi gia áp với hơi ammonia như được đề cập trong quy trình chuẩn bị khởi động (start-up).
Trong suốt quá trình gia nhiệt, phải tránh sự thay đổi nhiệt độ quá lớn để ngăn chặn sự giản nở phá hỏng các mối hàn của lớp lót bên trong.
Các thiết bị kiểm tra rò rỉ (weep holes) được cung cấp dọc theo thành thiết bị tháp phản ứng để kiểm tra sự rò rĩ bên trong của các lớp lót chống ăn mòn..
Nếu phát hiện có sự rò rỉ qua các weep holes cần phái dừng hệ thống ngay lập tức. Để bảo vệ tháp phản ứng, trong trường hợp áp suất tăng đột ngột, một hệ thống Interlock được cung cấp để dừng dòng nạp liệu vào tháp.
2. Ejector J06101
Chức năng: Dịch tuần hoàn được đưa trở lại từ bình tách cacbamat S06101 tới tháp phản ứng R06101. Bởi vì dung dịch có áp suất nhỏ hơn so với áp suất của tháp phản ứng, nó không thể nạp vào tháp phản ứng. Năng lượng dự trữ của áp suất dư trong dòng ammonia vào tháp phản ứng được sử dụng để tăng áp cho dòng tuần hoàn đến một mức mà có thể nạp vào tháp phản ứng. Ejector là nơi mà dịch cacbamat và ammonia kết hợp với nhau và sau đó nạp vào tháp.
Vận hành: Bộ điều khiển áp suất được lắp đặt phía trước ejector để điều chỉnh kim phun của ejector. Giá trị vận hành của bộ PIC khoảng 21.9 MPa (G).
Lượng cacbamat được hút bởi ejector phụ thuộc vào: lượng lưu dòng tạo động lực, áp suất của dòng động lực và độ chênh áp giửa đáy tháp phản ứng và bình tách Carbamate.
Nếu mức trong bình tách S06101 tăng, mức bình thường có thể phục hồi như sau: Tăng từ từ áp suất NH3 tại đầu hút ejector tác động lên bộ điều khiển áp suất hoặc giảm độ chênh áp giữa R06101 và S06101 bằng cách mở một ít (3 – 5%) tại đường dịch ra tháp phản ứng.
Sự tăng tạm thời áp suất của S06101 và bộ điều khiển áp suất cũng dẫn đến sự giảm mức của bình tách cacbamat.
Chức năng: Chức năng của nó là để tách chất lỏng từ chất khí và duy trì một cột lỏng cho ejector J06101.
Khi mức trong S06101 tăng, cần phải điều khiển J06101 đúng cách, để duy trì mức thấp nhất có thể trong thiết bị này, bằng cách tăng lượng cacbamat tuần hoàn thông qua ejector J06101.
Vận hành: Dòng 2 pha, đến từ thiết bị ngưng tụ cacbamat thứ 2 E06105 A/B, được chia tách thành 2 pha lỏng và hơi. Hơi được xả từ đỉnh bằng van điều khiển áp suất với giá trị setpoint khoảng 14.4 MPa (G); chất lỏng từ đáy đi đến J06101.
4. Stripper E06101
Chức năng: Stripper E06101 nhận dịch công nghệ từ tháp phản ứng R06101. Dòng công nghệ được gia nhiệt bằng hơi để chuyển đổi (phân giải) cacbamat thành NH3 và CO2, và thu hồi lượng ammonia dư từ dung dịch.
Dịch urê rời khỏi đáy của Stripper và chuyển đến thiết bị phân giải trung áp. Lượng khí NH3 và khí CO2 thoát ra từ đỉnh được đưa đến thiết bị ngưng tụ cacbamat E06105 A/B.
Vận hành: Nhiệt độ của dịch urê rời khỏi Stripper được giữ tối thiểu 2040C và tối đa 2060C bằng cách thay đổi áp suất của hơi nước tại vỏ stripper (thông thường nó được giữ khoảng 2.17 MPa (G)). Ở điều kiện này khoảng 80% lượng cacbamat chứa trong dung dịch được phân giải.
5. Thiết bị tiền gia nhiệt cacbonat E06113
Chức năng: Thiết bị tiền gia nhiệt cacbonat E06113 gia nhiệt cho dịch cacbonat đến từ P06102 A/B sau đó nó di chuyển đến thiết bị ngưng tụ cacbamat E06105 A thông qua bộ trộn cacbamat Z06119. Nhiệt được thu hồi bằng dòng nước ngưng để sản xuất hơi LMP trong E06105 A.
Vận hành: Thiết bị tiền gia nhiệt cacbonat E06113 nhận dịch cacbonat từ bơm cacbonat cao áp P06102 A/B.
Dịch cacbonat trước khi chuyển vào thiết bị ngưng tụ cacbamat E06105 A, được gia nhiệt bằng steam condensate đến từ bơm nước ngưng P06120 A/B.
6. Thiết bị ngưng tụ cacbamat E06105A/B
Chức năng: Để ngưng tụ lượng hơi đi ra từ đỉnh stripper đến các ống bên trong thiết bị ngưng tụ. Chúng được trộn với dịch cacbonat từ cụm trung áp để sản xuất hơi trung thấp áp bảo hòa (LMP) tại vỏ E06105A và hơi thấp áp bảo hòa (LP) tại vỏ E06105B bằng nhiệt ngưng tụ.
Vận hành: Hơi từ đỉnh Stripper được trộn bên trong bộ trộn cacbamat Z06119 bằng dịch cacbonat đến từ P06102 A/B, sau đó được nạp vào thiết bị ngưng tụ cacbamat thứ nhất E06105A, tại đây hơi được ngưng tụ. Trong thiết bị ngưng tụ cacbamat thứ hai E06105B, hơi được ngưng tụ hoàn toàn (trừ một lượng nhỏ khí trơ không ngưng) và được
tuần hoàn quay về tháp phản ứng bằng ejector J06101. Ở ngoài vỏ của thiết bị này (tại đây mức của nước ngưng được điều khiển bằng hệ thống phân vùng để chắc chắn rằng chỉ thị nhỏ nhất 60%), nhiệt của quá trình ngưng tụ được dung để sản xuất hơi bảo hòa tại các áp suất khác nhau, và được chia làm 2 loại như sau:
Hơi LMP bảo hòa (thiết bị ngưng tụ thứ nhất) áp 0.55 Mpa (G) và nhiệt độ 1620C. Hơi LP bảo hòa (thiết bị ngưng tụ thứ hai) áp 0.34 MPa (G) và nhiệt 1470C.
2.3.3 Cụm trung áp
1. Thiết bị phân giải trung áp E06102 A/B (gắn với S06102/T06122)
Chức năng: Chức năng của nó là để phân giải lượng cacbamat còn lại trong dịch ra khỏi stripper để tăng nồng độ urê trong dung dịch rời khỏi đáy của thiết bị thu giữ trung áp T06122.
Phản ứng này yêu cầu nhiệt và được cung cấp bởi dòng hơi ngưng tụ ra khỏi thiết bị tách hơi ngưng tụ stripper ở nhiệt độ 2190C tại bộ phận dưới của vỏ E06102B và bằng hơi LMP ở 1630C và áp suất 0.55 Mpa (G) phần trên của vỏ E06102A. Một thiết bị (ferrule) được lắp đặt ở phần trên cuối mổi ống để phân phối dạng màng lỏng dung dịch bên trong các ống.
Vận hành: Nhiệt độ vận hành ở đáy của dịch công nghệ được giới hạn bởi nồng độ của dung dịch urê ra khỏi thiết bị phân giải trung áp..
Tỉ lệ phần trăm ammonia ở đáy là 6 – 8% khối lượng, CO2 là 1 – 2% khối lượng, và urê là 61 – 64% khối lượng.
Các nồng độ này được duy trì với nhiệt độ đáy khoảng 1630C và áp suất khoảng 1.95 MPa (G). Nếu áp suất vận hành cao hơn, thì nhiệt độ cũng phải cao hơn.
Mức của dung dịch ra khỏi đáy thiết bị thu giữ trung áp được điều khiển bằng bộ điều khiển mức đặt tại đáy của thiết bị phân giải (holder T06122) và được cung cấp một thể tích nhỏ để tránh hiện tượng tăng đột ngột giữa cụm trung áp và thấp áp trong xưởng.
Khí thoát ra tại đỉnh được ngưng tụ một phần bên trong thiết bị tiền cô đặt chân không E06104 và thiết bị ngưng tụ trung áp E06106 và được thu hồi trong tháp hấp thụ trung áp C06101.
Trong thiết bị ngưng tụ, CO2 gần như được hấp thụ hoàn toàn.
2. Thiết bị ngưng tụ trung áp E06106
Chức năng: Chức năng của nó là để ngưng tụ hỗn hợp lỏng và khí đến từ thiết bị tiền cô đặt chân không E06104.
Vận hành: Thiết bị ngưng tụ trung áp E06106 nhận hỗn hợp lỏng và khí từ ngoài vỏ của thiết bị tiền cô đặt E06104.
Dung dịch cacbamat được phun vào bên trong ống trước khi vào thiết bị tiền cô đặt chân không E06104 để hấp thụ dòng khí.
Nhiệt của quá trình hấp thụ được thu hồi trước tiên trong E06104 bằng dung dịch urea đi bên trong ống, sau đó bằng nước làm mát tại thiết bị ngưng tụ trung áp E06106.
Nhiệt độ dòng công nghệ ra khỏi E06106 được điều khiển bằng bộ điều khiển nhiệt độ của van gắn tại đầu ra của nước làm mát.
Mục đích của hệ thống điều khiển này là để ngăn chặn dịch cacbonat kết tinh trong E06106, nguyên nhân gây ra sự kết tinh là do sự giảm nhiệt độ của dòng công nghệ ra khỏi thiết bị ngưng tụ và nhiệt độ phải được giữ khoảng 850C.
3. Tháp hấp thụ trung áp C06101
Chức năng: Hấp thụ CO2 và tinh khiết dòng NH3 thu hồi.
Vận hành: Hỗn hợp NH3 – CO2 – H2O được ngưng tụ một phần đến từ E06106 được sục vào đáy của tháp hấp thụ.
Khí bao gồm NH3, CO2, H2O và khí trơ, đi lên từ đáy, được hấp thụ bằng dòng ammonia lạnh tuần hoàn đưa vào đĩa trên cùng của tháp hấp thụ. Hơi CO2 và H2O sẽ ngưng tụ hình thành ammonia cacbonat và đi xuống đáy tháp.
Nhiệt của quá trình hấp thụ được lấy đi bằng sự bay hơi của NH3 đến từ bơm tăng áp amonia P06105 A/B. Vì vậy dòng khí trơ bão hòa với ammonia và chỉ chứa một vài ppm CO2 rời khỏi đỉnh tháp tại nhiệt độ vận hành khoảng 480C. Mức và nhiệt độ ở đáy phải được giữ tương ứng khoảng 40% và 790C.
Chú ý tránh một sự tăng nhiệt độ trên các đĩa ở đó có là kết quả của sự lôi cuốn CO2 (Hậu quả lỗi của tất cả hệ thống có thể dẫn đên gây tắc cục bộ tại đỉnh của thiết bị); Trên mỗi đĩa được cung cấp một cặp nhiệt điện đo nhiệt độ và cho phép kiểm tra sự ổn định của giá trị vận hành.
Trong trường hợp dao động công nghệ, một hệ thống đệm được cung cấp cho phép hạn chế các vấn đề không ổn định của tháp hấp thụ C06101.
Trong trường hợp các đĩa bị tắc bởi cacbonat, chúng có thể được rửa bằng nước trung áp để hòa tan chất rắn.
Mức của dịch cacbonat trong tháp hấp thụ có thể được quan sát thông qua kính quan sát được lắp đặt ở phần thấp hơn của tháp và nó được điều khiển bằng bộ điều khiển mức và một lượng nhỏ nước rửa trung áp được đưa vào để chống tắc, dung dịch cacbonat trước khi vào tháp hấp thụ trung áp được đưa vào trước E06104 bằng bơm dung dịch cacbonat sau đó vào E06106.
4. Thiết bị ngưng tụ ammonia E06109
Chức năng: Chức năng của nó là để ngưng tụ hơi NH3 quá nhiệt đến từ tháp hấp thụ trung áp C06101.
Vận hành: Khí NH3 đến từ đỉnh của tháp hấp thụ trung áp C06101 được ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ ở đây được làm mát bằng nước và thu hồi về bồn thu hồi ammonia
T06105. Đặc biệt chú ý điều kiện vận hành của C06101 để tránh cacbonat cuốn lên đỉnh và gây tắc thiết bị ngưng tụ.
Nhiệt độ dòng ammonia lỏng ra khỏi thiết bị được duy trì ở 420C.
5. Tháp nhận NH3 và tháp thu hồi NH3 trung áp
Chức năng: Để nhận NH3 từ xưởng ammonia trước khi đưa đến tháp phản ứng. Từ xưởng ammonia dịch NH3 được gửi đến tháp thu hồi NH3 C06105 và chảy xuống thiết bị thu giữ ammonia T06105, hơi NH3 được làm lạnh và ngưng tụ còn khí trơ thì bay lên.
Bồn nhận NH3 được dung để dự trữ NH3 thu hồi trong suốt quá trình dừng máy của xưởng khi cần phải thải dịch tại các thiết bị cao áp.
NH3 được ngưng tụ trong quá trình thu hồi cũng được trữ lại.
Vận hành: Cho phép thu hồi toàn bộ lượng NH3 trong trường hợp dừng máy, bồn nhận NH3 bình thường được giữ ở mức thấp nhất (40 – 50% max).
Áp suất vận hành của hệ thống khoảng 1.87 MPa (G) tại nhiệt độ tương ứng 420C, căn cứ vào áp suất riêng phần của NH3 và của khí trơ.
6. Bơm tăng áp P06105 A/B
Chức năng: Bơm tăng áp NH3 P06105 A/B gửi ammonia từ bồn thu giữ NH3 T06105 đến đầu hút của bơm NH3 cao áp P06101 A/B và đến đĩa thứ 4 của tháp hấp thụ trung áp C06101 như một dòng hồi lưu.
Vận hành: Bơm tăng áp được trang bị vòng làm kín cơ khí được thổi bằng ammonia. Bơm thuộc loại ly tâm đơn cấp và dẫn động bằng môtơ điện.
7. Thiết bị ngưng tụ NH3 trung áp E06111 và tháp rửa khí trơ trung áp C06103
Chức năng: Pha hơi mang đến từ tháp thu hồi amonia C06105 được hấp thụ trong nước.
Vận hành: Khí trơ bão hòa trong hơi NH3 đến từ T06105/C06105 được rửa bằng dòng nước ngưng lạnh trong thiết bị hấp thụ trung áp E06111 và tháp rửa khí trơ trung áp C06103, tại đây dịch NH3 được hình thành và sau đó sẽ được đưa đến giữa đĩa thứ 3 và