對(duì)超大型尿素裝置產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)方案的分析與思考

杜 陽

(中國五環(huán)工程有限公司,湖北 武漢 430223)

1 傳統(tǒng)大化肥產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)

1.1 技術(shù)來源和設(shè)計(jì)原則

上世紀(jì)70年代,我國陸續(xù)從國外引進(jìn)并建成了13套大化肥裝置,除3套尿素裝置年單套產(chǎn)能為52萬t外,其余10套單套年產(chǎn)能均為48萬t,13套大化肥裝置總產(chǎn)能636萬t。按照引進(jìn)技術(shù)要求,結(jié)合當(dāng)時(shí)我國交通運(yùn)輸狀況、銷售方式,大化肥裝置配套了汽車運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸或者水路運(yùn)輸,產(chǎn)品按散裝和袋裝貯存相結(jié)合為主、集中包裝和集中裝車的原則設(shè)計(jì)。

1.2 技術(shù)方案

以鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品的年產(chǎn)52萬t尿素產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)方案為例。

(1)采用散裝倉庫為主,袋裝貯存為輔,集中包裝裝車外運(yùn)的技術(shù)方案,從尿素造粒裝置出來的產(chǎn)品也可不經(jīng)過散庫而直接去包裝樓進(jìn)行包裝。

(2)散狀尿素和袋裝尿素均采用帶式輸送機(jī)輸送,尿素造粒塔至尿素散庫輸送系統(tǒng)能力為90 t/h,尿素散庫出料,散料輸送系統(tǒng)能力為240 t/h,至包裝樓散料輸送系統(tǒng)能力為330 t/h,袋裝尿素輸送系統(tǒng)能力為1 000袋/h。

(3)設(shè)置耙料機(jī)散庫1座,面積為108 m×53 m,可存放散裝尿素14 300 t,為生產(chǎn)裝置7～10 d的產(chǎn)量。散裝庫采用耙料機(jī)和帶式輸送機(jī)作業(yè)方式,耙料機(jī)的出庫能力為240t/h。

(4)包裝采用塑料編織袋。設(shè)置6條半自動(dòng)包裝生產(chǎn)線,單臺(tái)包裝機(jī)組包裝能力為800～1 000袋/h,包裝規(guī)格為50 kg/袋。

(5)設(shè)袋庫1座,面積為240 m×24 m,可存放袋裝尿素5 500 t,為生產(chǎn)裝置3～5 d的產(chǎn)量。袋庫采用3臺(tái)高位碼垛機(jī)配托盤成組,搬運(yùn)設(shè)備采用叉車。碼垛機(jī)的生產(chǎn)能力為800～1 000袋/h。

(6)設(shè)置鐵路裝車線2條,長(zhǎng)度各為220 m,裝車站臺(tái)及鐵路裝車線長(zhǎng)度共440 m,一次至少可停約半列火車。6條包裝線包裝后的袋裝成品,既可經(jīng)6條帶式輸送機(jī)送到裝車機(jī)裝火車或堆于站臺(tái)上,也可通過螺旋溜槽溜至袋裝倉庫經(jīng)垛機(jī)碼垛后,由叉車搬運(yùn)至庫內(nèi)堆存。

(7)火車裝車工藝流程見圖1。

圖1 火車裝車工藝流程

1.3 運(yùn)行情況與存在問題

傳統(tǒng)大化肥產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)了散庫儲(chǔ)存、半自動(dòng)包裝機(jī)集中包裝、裝車機(jī)裝火車等設(shè)施,滿足十年前大型尿素裝置產(chǎn)品包裝、儲(chǔ)存、裝火車的功能需求。

隨著國家有關(guān)部門對(duì)環(huán)保、安全、衛(wèi)生、職業(yè)健康提出更高的要求,同時(shí)國內(nèi)尿素市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈,傳統(tǒng)大化肥尿素產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)暴露出一些問題:一是尿素產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)各個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、散庫內(nèi)粉塵濃度超標(biāo);二是包裝規(guī)格單一,不能充分滿足市場(chǎng)需要;三是包裝后的袋裝物料去向單一,不能做到袋裝物料在線裝汽車和堆垛;四是由于尿素顆粒產(chǎn)品溫度高,在包裝、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)倪^程中易產(chǎn)生板結(jié)、粉化等現(xiàn)象;五是尿素產(chǎn)品中存在的細(xì)粉影響了銷售。

2 技術(shù)方案優(yōu)化和改進(jìn)

自2000年以來,我國尿素行業(yè)得到快速發(fā)展,越來越多新建的單套尿素項(xiàng)目產(chǎn)能突破100萬t,截至2021年,我國尿素產(chǎn)能已達(dá)7 334萬t。超大型尿素裝置的產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足最新環(huán)保、安全、衛(wèi)生、職業(yè)健康的要求,避免傳統(tǒng)大化肥產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)存在的問題。

對(duì)于新建超大型尿素工廠,產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)工藝應(yīng)特別重視以下4個(gè)方面的設(shè)計(jì):粉塵治理設(shè)計(jì)、在線產(chǎn)品冷卻設(shè)計(jì)、降本增效設(shè)計(jì)、改善產(chǎn)品顆粒均勻度設(shè)計(jì)。

2.1 粉塵治理設(shè)計(jì)

針對(duì)控制尿素產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)粉塵釋放,傳統(tǒng)大化肥尿素產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)設(shè)計(jì)采取了以下措施:控制散料尿素帶式輸送機(jī)帶速,一般控制在1m/s以下;在各轉(zhuǎn)運(yùn)站、包裝樓、料倉、包裝秤、包裝機(jī)下料處設(shè)置袋式除塵器。由于尿素粉塵顆粒容易吸潮、結(jié)塊,輸送設(shè)備密封不好、除塵器設(shè)計(jì)不夠合理,大多數(shù)的尿素產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)各個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站、棧橋、包裝樓皮帶機(jī)分料處、包裝倉、包裝秤、裝袋口、散庫卸料小車下料處有大量粉塵釋放,工作場(chǎng)所粉塵含量過高,遠(yuǎn)超GBZ2—2019《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》的時(shí)間加權(quán)平均容許濃度<8 mg/m3的要求。

國內(nèi)北方某大型尿素裝置產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)值(2021年1季度)見表1。

表1 包裝儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)值(2021年1季度)

近年來,電力、糧食行業(yè)陸續(xù)運(yùn)用了一些新型的粉塵治理技術(shù),某些技術(shù)已經(jīng)在尿素產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)中運(yùn)用,取得較好使用效果。比如全封閉滑板式自降塵導(dǎo)料槽+微動(dòng)力除塵、配電熱風(fēng)系統(tǒng)的袋式除塵器、散庫卸料車DSH抑塵斗降塵技術(shù),以上技術(shù)可以很好地解決各個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵、包裝樓集中除塵、散庫卸料小車下料處降塵。

2.1.1各個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)除塵

在各個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站帶式輸送機(jī)尾部設(shè)置新型全封閉滑板式自降塵導(dǎo)料槽(見圖2),并在導(dǎo)料槽末端上部設(shè)置微動(dòng)力除塵器除塵器。

圖2 滑板式導(dǎo)料槽剖面圖

在帶式輸送機(jī)受料處,采用超高分子量聚乙烯滑板取代側(cè)托輥,使皮帶得到連續(xù)支撐,運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)因凸凹不平而產(chǎn)生漏粉、灑料通道。由于保留下來的皮帶底部水平托輥承擔(dān)了物料的大部分質(zhì)量,而超高分子滑板具有較小的摩擦系數(shù),側(cè)面皮帶與滑板之間不會(huì)因產(chǎn)生過大摩擦力而阻礙皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn),物料顆粒以自沉降的方式落到輸送皮帶上。

全封閉滑板式自降塵裝置的導(dǎo)料槽內(nèi)設(shè)置復(fù)合式防溢裙板結(jié)構(gòu),通過將皮帶夾在中間,從而有效阻止粉塵泄漏,起到良好的密封作用。

在導(dǎo)料槽末端上部設(shè)置微動(dòng)力除塵器,導(dǎo)料槽出口的粉塵及殘余風(fēng)量在微動(dòng)力風(fēng)機(jī)的作用下,粉塵被阻攔在濾筒表面。濾筒內(nèi)外的壓差不斷加大,到達(dá)設(shè)定值時(shí)脈沖電磁閥自動(dòng)打開,壓縮空氣經(jīng)管道流入反吹濾筒,沉積在濾筒上的粉塵顆粒在高壓氣流的作用下脫離濾筒表面、脫落到輸料皮帶上。

2.1.2包裝樓皮帶機(jī)除塵

包裝樓粉塵釋放點(diǎn)多,傳統(tǒng)除塵方案一般考慮對(duì)每臺(tái)包裝機(jī)設(shè)置布袋除塵器、每座料倉采用倉頂除塵器、包裝樓頂部皮帶分料處設(shè)布袋除塵器,雖然有一定效果,但依然存在布袋容易堵塞、粉塵回收難、除塵放空口過多、管理難度高等問題。

合理選擇除塵風(fēng)量、除塵管徑、流速,做好系統(tǒng)阻力平衡計(jì)算,恰當(dāng)選擇風(fēng)機(jī)功率后,還應(yīng)考慮尿素易吸潮、結(jié)塊的特點(diǎn),可在除塵器進(jìn)風(fēng)口處增設(shè)電加熱器熱風(fēng)系統(tǒng),根據(jù)國內(nèi)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)反饋,使用后,布袋不易堵塞,除塵器使用情況較好。對(duì)于新建項(xiàng)目,包裝樓除塵如果能采用集中抽塵系統(tǒng)、減少除塵排放口的數(shù)量、合理設(shè)計(jì)除塵管路、配置電加熱熱風(fēng)系統(tǒng),除塵效果將得到保證,包裝樓各個(gè)工作場(chǎng)所可滿足安全衛(wèi)生、職業(yè)健康標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.1.3散庫卸料小車下料處降塵

國內(nèi)現(xiàn)有的尿素散庫均沿用引進(jìn)技術(shù)方案,散庫堆取均采用皮帶卸料車進(jìn)料、門式耙料機(jī)取料的方式。由于落差高,尿素顆粒在敞開式落料過程中產(chǎn)生大量揚(yáng)塵,揚(yáng)塵長(zhǎng)時(shí)間懸浮在空中,造成散庫粉塵嚴(yán)重超標(biāo)。目前,國內(nèi)還沒有工程實(shí)例成功解決這一難題。

借鑒糧食裝車、火車裝車、汽車裝車、船舶裝載等多種類似工況的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),國內(nèi)某大型尿素化肥廠采用DSH抑塵斗技術(shù)對(duì)散庫卸料車下料進(jìn)行了改造,目前改造工作正在實(shí)施中。

具體方案是在卸料車出料口下方設(shè)置兩個(gè)DSH抑塵斗,DSH 抑塵斗與卸料車采用硬連接,同步移動(dòng)。

抑塵料斗工作原理為:閥裝置與儲(chǔ)料斗之間的間隙不斷變化,當(dāng)物料進(jìn)入儲(chǔ)料斗后,儲(chǔ)料斗質(zhì)量增加,固定架與儲(chǔ)料斗之間的彈簧被拉長(zhǎng),導(dǎo)致閥裝置與儲(chǔ)料斗之間的間隙增大,物料排放量增加;當(dāng)物料離開儲(chǔ)料斗后,儲(chǔ)料斗質(zhì)量減小,固定架與儲(chǔ)料斗之間的彈簧收縮,導(dǎo)致閥裝置與儲(chǔ)料斗之間的間隙減少,物料排放量減少。根據(jù)DSH抑塵漏斗的專利文件報(bào)道,由于準(zhǔn)確設(shè)計(jì)了閥與斗體間的間隙變化量,準(zhǔn)確控制了物料的排放速率,該漏斗可以實(shí)現(xiàn)物料由松散狀變成柱狀,粉塵被拖進(jìn)料柱中,當(dāng)物料到達(dá)地面時(shí),粉塵排放量極少。抑塵料斗剖面圖見圖3。

圖3 抑塵料斗剖面圖注:1—閥裝置固定架;2—連接彈簧;3—儲(chǔ)料斗;4—閥裝置

2.2 增設(shè)在線產(chǎn)品冷卻器設(shè)計(jì)

近年來,采用造粒塔造粒的超大型尿素裝置,由于在造粒塔頂部設(shè)置了濕式粉塵回收裝置,影響了造粒塔的通風(fēng)量,出造粒塔尿素顆粒溫度上升。在夏季,溫度可達(dá)70℃以上,尿素產(chǎn)品溫度過高,會(huì)帶來尿素易結(jié)塊、粉塵大、包裝困難等問題。

在線產(chǎn)品冷卻器結(jié)構(gòu)原理是固體顆粒在重力作用下緩慢流過冷卻板間,間壁傳熱實(shí)現(xiàn)冷卻,循環(huán)冷卻水從冷卻板內(nèi)部通道流過帶走物料的熱量,下料機(jī)構(gòu)根據(jù)固體顆粒性質(zhì)和工況控制流速,實(shí)現(xiàn)高效冷卻。干空氣吹掃防止結(jié)露,控制系統(tǒng)保證冷卻效果的穩(wěn)定和高效。

出造粒塔后,在第一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)置在線產(chǎn)品冷卻器,尿素產(chǎn)品溫度可降低約10～15 ℃。

2.3 降本增效設(shè)計(jì)

通過縮短輸送距離、減少產(chǎn)品落地次數(shù)、提高機(jī)械自動(dòng)化水平等措施,可大大降低產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)總成本。

2.3.1縮短輸送距離

總圖設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的布置,產(chǎn)品冷卻框架、轉(zhuǎn)運(yùn)站、包裝樓、產(chǎn)品庫平面布置合理,輸送距離不可過長(zhǎng),輸送棧橋的角度不宜小于11°,避免出現(xiàn)水平棧橋。

2.3.2減少產(chǎn)品落地次數(shù)

(1)產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)不設(shè)置散庫,包裝后的袋裝產(chǎn)品直接輸送至袋庫,裝車站臺(tái)。不設(shè)置散庫有3大優(yōu)點(diǎn):①免除了散庫游離氨、粉塵超標(biāo)等環(huán)保問題;②節(jié)省了耙料機(jī)等機(jī)械設(shè)備的投資;③節(jié)省了散庫落料和取料的運(yùn)營(yíng)投資。

(2)在包裝后入袋庫前設(shè)置旁路裝車。國內(nèi)某標(biāo)桿大型尿素企業(yè)通過科學(xué)調(diào)度,完全實(shí)現(xiàn)了包裝后的袋裝產(chǎn)品100%通過旁路直接裝汽車。通過旁路直接裝汽車,實(shí)現(xiàn)倉庫零庫存,避免了袋裝產(chǎn)品的二次落地,大大節(jié)省了人工消耗和能耗。僅在特殊情況下,袋裝產(chǎn)品去袋庫貯存,通過叉車裝車。

(3)提升機(jī)械自動(dòng)化水平。在尿素產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)在線汽車裝車機(jī)、火車裝車機(jī)、全自動(dòng)包裝機(jī)、全自動(dòng)碼垛機(jī),可大大提升機(jī)械自動(dòng)化水平。

2.4 提高產(chǎn)品顆粒均勻度設(shè)計(jì)

袋裝尿素產(chǎn)品含粉量約為4%～7%,為進(jìn)一步提高產(chǎn)品的均勻度,將產(chǎn)品含粉量降至1%甚至更低,需要在包裝前設(shè)置細(xì)粉篩分機(jī)。細(xì)粉篩分機(jī)可選擇國產(chǎn)旋回篩,旋回篩應(yīng)設(shè)置在包裝機(jī)上方,一對(duì)一布置。

3 超大型尿素裝置產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)工藝的一般性設(shè)計(jì)方案

以汽車運(yùn)輸產(chǎn)品的年產(chǎn)100萬t尿素產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)方案為例。

(1)在出尿素造粒塔后的輸送系統(tǒng)中設(shè)置1臺(tái)去大塊篩分機(jī)、2臺(tái)在線冷卻器對(duì)物料冷卻。

(2)尿素產(chǎn)品小袋包裝采用8臺(tái)全自動(dòng)包裝機(jī)組,包裝規(guī)格為40(50)kg/袋,每臺(tái)包裝機(jī)組能力為800～1 000袋/h。在每臺(tái)包裝機(jī)上方設(shè)置1臺(tái)細(xì)粉篩。

(3)在全自動(dòng)包裝輸送線下游設(shè)置在線裝車機(jī)、自動(dòng)碼垛機(jī)。包裝后的袋裝尿素通過帶式輸送機(jī)直接輸送至在線裝車機(jī)裝汽車,也可以通過帶式輸送機(jī)分料系統(tǒng)切換至自動(dòng)碼垛機(jī)碼垛。

(4)設(shè)置噸袋包裝輸送線,產(chǎn)品噸袋宜通過吊鉤橋式起重機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)堆垛或直接吊至汽車車廂裝車。

(5)緊靠尿素小袋包裝樓設(shè)置1座封閉的小袋袋裝倉庫,緊靠尿素噸袋包裝樓設(shè)置1座封閉的噸袋袋裝倉庫,在倉庫內(nèi)設(shè)置吊鉤橋式起重機(jī),對(duì)來自噸袋包裝輸送線的噸袋產(chǎn)品進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)、堆垛。

(6)裝車、碼垛工藝流程見圖3。

圖4 裝車、碼垛工藝流程

4 包裝儲(chǔ)運(yùn)新技術(shù)

近年來,立體庫和全自動(dòng)裝車在石化行業(yè)和水泥行業(yè)得到了推廣運(yùn)用,極大提高了企業(yè)生產(chǎn)效率、減少了庫存資金積壓,尿素行業(yè)也有著同樣的需求,根據(jù)實(shí)際情況有必要采用這些新技術(shù)。

立體庫由包裝碼垛區(qū)、立體庫區(qū)、自動(dòng)裝車區(qū)組成,主要設(shè)備有全自動(dòng)包裝機(jī)、全自動(dòng)碼垛機(jī),拆盤機(jī)、輸送小車、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、貨架、堆垛機(jī)、垛盤輸送機(jī)、頂升移載機(jī)、疊盤機(jī)、翻垛機(jī)、垛盤轉(zhuǎn)位機(jī)、軌道移動(dòng)車、緩?fù)］斔蜋C(jī)、編組移載機(jī)、自動(dòng)裝車機(jī)等。

5 結(jié)語

大化肥尿素產(chǎn)品包裝貯運(yùn)傳統(tǒng)技術(shù)方案已經(jīng)不能滿足近年來超大型尿素工程項(xiàng)目的需要,超大型化肥項(xiàng)目的尿素產(chǎn)品包裝儲(chǔ)運(yùn)的設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提條件下,針對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)條件、市場(chǎng)需求,充分考慮粉塵治理設(shè)計(jì)、在線產(chǎn)品冷卻設(shè)計(jì)、降本增效設(shè)計(jì)、改善產(chǎn)品顆粒均勻度設(shè)計(jì)。當(dāng)項(xiàng)目用地條件緊張、自動(dòng)化程度要求高,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后,可考慮采用立體庫和全自動(dòng)裝車等新型技術(shù)。