殼牌煤氣化裝置管道布置特點分析

2014-10-11 07:58:22華李陳毅烈惠生工程中國有限公司武漢430070

化工設計 2014年1期

姜華李霖陳毅烈惠生工程(中國)有限公司武漢430070

目前國內已有20余套投入生產運行或在建的合成氨、甲醇、煤制氫及煤制烯烴裝置采用殼牌煤氣化技術。由于工藝流程特殊要求較多，公用系統配置繁多，在設備布置及管道布置設計期間需要考慮較多的因素，難度也相對較大。本文對煤氣化管道布置特點進行分析總結，為今后的煤氣化管道布置或大型裝置框架管道整體布置提供參考和借鑒。殼牌煤氣化主要流程見圖1。

圖1 典型的殼牌煤氣化主要流程

殼牌煤氣化裝置是以煤為原料生產粗合成氣(CO+H2)。主要生產工序包括磨煤及干燥、煤加壓及輸送、煤氣化、除渣、除灰、濕洗、初步水處理、公用工程系統8個工序。根據工序特點以及管道內的介質特性，各工序的配管各有其特殊性;同時，由于煤氣化框架多高達100m以上，樓層十余層，每層都需要配置公用系統管線，為使配管合理有序，需要合理規劃公用系統管道布置。

1 磨煤及干燥

此工序中原料煤通過重力輸送至磨機，重力流管線需要與水平面有最低70°的夾角要求，配管時要盡量使煤粉垂直輸送至磨機;碎煤倉中的原料煤經磨機磨粉，與熱風爐中燃燒產生的熱煙氣混合吹入煤粉袋式過濾器中，煙風煤粉管道的配管需要注意防止堵粉、過量積灰和管道磨損，因此，配管時宜傾斜布置，其與水平面的傾斜角不宜小于45°，管線彎頭采用彎曲半徑3DN;根據《煙風煤粉管道設計技術規程》DL/T 5121－2000要求，還需要對煙風煤粉管道采用管道加固筋;另外，管線布置還需要考慮避讓吊車軌道，預留足夠檢修吊裝空間。

2 煤加壓及輸送、除灰

煤加壓及進料由煤粉貯倉、煤粉鎖斗、煤粉給料器組成，為垂直布置，煤粉靠重力從上往下輸送，此系統的布置從底部向上部反算，配管時注意煤粉給料器底部預留煤粉輸送管線的管件及長半徑彎頭(R=50DN)的空間，見圖2。兩設備間的管線長度需要預留管道充氣錐長度、管件長度、管道膨脹節的長度，見圖3。同時還要考慮管件操作維修的方便。

除灰系統主要由HTHP飛灰過濾器/HTHP飛灰收集器、飛灰排放罐、飛灰氣提/冷卻器、中間飛灰貯罐、吹灰器組成，飛灰靠重力從上往下輸送，同樣配管時要注意預留設備之間管件的長度，管道膨脹節的長度，同時還要考慮管件操作維修的方便。

兩工序煤粉及灰粉都為重力輸送，重力流管線需要與水平面有最低70°的夾角要求，系統中平衡管線需要與水平面有最低60°的夾角要求。

圖2 煤粉給料倉出口處煤粉輸送管線典型配管

圖3 煤粉輸送系列設備間典型配管

3 煤氣化

從煤粉貯倉來的煤粉送入氣化爐粉煤燒嘴的中心管，在此處與氧氣發生部分氧化反應生成高溫煤氣，此工序是煤氣化裝置的核心，也是煤氣化裝置配管的重點及難點。

3.1 煤粉輸送及返回管線

為減輕煤粉對管線的磨損，管線要求采用R=50DN的彎頭，返回管線工作頻率較送粉管線低，采用R=30DN的彎頭;通常煤粉加壓及輸送工序有兩個或三個系列，單系列的煤粉輸送至氣化爐管口時要保證為對口接入(管口夾角180°，見圖4)。為保證兩管線的壓力降相等，不使煤粉在氣化爐燃燒火焰偏心，需要兩管線盡可能管線長度及彎頭個數盡量相等。

3.2 氧氣管線配管

圖4 典型4燒嘴氣化爐煤粉管線入口布置

氧氣本身無任何毒性，但由于其助燃的特性，使其在布置時需要特別注意，應嚴格按照國內氧氣的相關標準規范的要求設計。除此之外，殼牌專利商還要求遵循歐洲標準(EIGC)中關于氧氣管線的相關章節內容。

(1)氧氣主管要高于燒嘴(氧氣進口)，主管末端不能有袋形，氧氣在管內要避免撞擊區，管內無殘渣。

(2)當主管低于燒嘴，其上支管需從主管頂部接出。

(3)所有氧氣介質彎頭需大于1.5DN，如采用3DN等。

(4)管道縮徑一次只能降低一個規格，兩異徑管之間至少要有10DN的直管段長度，若異徑管縮徑坡度小于15°則無需異徑管之間10DN的直管段長度要求。

(5)支管彎頭距主管至少要有10DN的直管段長度。

3.3 水汽系統管線

水汽系統的管道多密集集中在氣化爐和汽包附近，受氣化爐管口方位影響，管線多為對稱布置;另受氣化爐運行熱膨脹的影響，管口處管線位移量較大，距管口較近的管線需要設置較多的彈簧支架，需要注意在設置彈簧支架的地方要保證有足夠的彈簧安裝空間;汽水系統配管關系到氣化爐水冷壁水通道流量的分配，在管道設計時不得出現袋型;流量計、限流孔板等上下游需保證足夠的直管段。