淺析SCR脫硝技術中氨管道設計要點

胡俊生

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

淺析SCR脫硝技術中氨管道設計要點

胡俊生

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

結合相關設計規范，根據已經運行的多套SCR工藝煙氣脫硝裝置管道設計經驗，就氨管道設計中對管道布置設計、閥門材質選擇及管道試壓檢驗等需要重點關注的內容總結歸納。

氨 ； 管道 ； 設計

1 概述

催化裂化裝置煙氣脫硝多采用SCR (Selective Catalytic Reduction)選擇性催化還原工藝，在煙氣溫度300℃～400℃條件下將還原劑氨氣(空氣稀釋后的含5%左右的氨的混合氣)噴入裝有催化劑的脫硝反應器中，使煙氣中的NOX與還原劑氨發生反應生成N2和水，從而降低NOX的排放量，減少排放煙氣中NOX對環境的污染。

SCR工藝對氨的純度要求較高，一般煉油廠硫回收裝置或污水汽提裝置生產的氨質量濃度為99.22%～99.42%，其中H2S濃度為1.72～2.07mg/kg，由于H2S常溫下易在氨氣管道中生成(NH4)2S等物質，堵塞及腐蝕氨氣流量計，H2S進入鍋爐不完全燃燒易生成液態硫和硫類氨鹽，堵塞腐蝕鍋爐內換熱管束，故SCR工藝建議采用液氨的最低標準為氨濃度99.6%，殘留物0.4%[1]。液氨屬于乙類易燃易爆物質，輸送氨介質(液氨、氣氨)的管道在脫硝裝置各類工藝管線的設計中顯得尤為重要，本文就氨管道在設計中需要注意的要點做簡單闡述。

2 依據氨特性規范設計

氨是一種無色有刺激性惡臭氣體，易溶于水、有毒、本身不燃燒，但氨與空氣混合濃度達到爆炸極限遇明火就能爆炸，根據《石油化工企業防火設計規范》對有毒可燃介質分類，氨屬于乙A類可燃介質，A2類流體，《職業性接觸毒物危害程度分級》將氨劃分為IV級，屬輕度危害介質。液氨或氨氣泄漏可發生中毒，遇明火會發生火災爆炸事故，液氨噴濺人體皮膚會造成灼傷，對事故現場及周圍的環境和人身財產等造成嚴重的影響，故設計應嚴格執行安全及防火等有關規范，施工及檢修維護應嚴格執行《工業管道工程施工及驗收規范》，使管道、閥門等做到不發生“跑、冒、滴、漏”等現象。

3 液氨管道設計

合理設計氨介質工藝管道系統對杜絕發生氨泄漏事故至關重要，氨管道的設計首先應滿足TSGD0001-2009壓力管道安全技術規程規范要求，氨管道的布置應滿足工藝流程要求，管道應敷設在管架或管墩上，不能埋地或地溝敷設。宜泄漏部位應避免位于人行通道或機泵上方，否則應設置安全防護。為了防止應力腐蝕, 在綜合考慮操作壓力、殘余應力以及安全性和經濟性的情況下, 應盡可能選用強度較低的鋼材。在設計中要求正確的焊后熱處理可以可以降低焊接熱影響區的峰值硬度，并大大降低焊接過程中的殘余應力,。

4 氨專用閥的選用及操作

氨對金屬銅會發生應力腐蝕(表面膜破裂學說應力腐蝕機理)[2]，材料、機械零件或構件在靜應力(主要是拉應力)和腐蝕的共同作用下產生失效現象，故氨介質閥門材質嚴禁含銅。按常理，氨介質對閥門的選擇無特殊要求，但從安全角度考慮盡量避免選擇平面形狀的密封面，閘閥的密封面一般是靠閘板斜面的壓在閥座面進行密封，氨很容易對此平面進行腐蝕，長期運行會發生泄漏，故氨閥采用氨專用截止閥[3]。液氨是A2類流體，應采用防止閥桿填料處泄漏的可靠填料密封結構型式閥門。

4.1 氨用截止閥的特點

(1)針對普通閥門耐腐蝕性能差、殼體易穿孔的缺點，根據介質具體特性，氨用截止閥在閥體材料上選用耐腐蝕鋼(低溫碳素鋼添加耐蝕合金元素)，可耐氨氣、液氨腐蝕，低溫可至-40℃,最大限度保證工況條件使用要求。

(2)氨用截止閥密封副配對結構型式采用球、平面型，密封自動補償，達到雙重保險的效果，密封性能穩定，無粘著磨損，有效地解決了化工管道用普通閥門密封性能差、易泄露的難題。

(3)氨用截止閥法蘭采用凹凸密封結構，即使在管道壓力波動的情況下，也能保證中法蘭密封絕對可靠。

(4)氨用截止閥上密封裝置中采用多級聚四氟乙烯密封材料，形成組合密封，確保閥門在使用期限內填料函無介質泄露，消除了普通閥門填料函密封薄弱、介質易外漏，甚至造成事故的可能。

4.2 氨用截止閥在操作使用時，應注意以下兩點

(1)截止閥在開啟前應進行泄漏檢查，確定閥門是否無泄漏缺陷、填料函是否無泄漏缺陷。

(2)截止閥的閥桿操作如無法動手完成，可使用專用的F扳手代替，但在F扳手仍無法開啟的情況下，切勿使用加長扳手強行開閉，以避免閥門損壞甚至安全事故發生。

5 破真空閥的應用及安裝

裝置中設置了氣氨排放回收稀釋罐，使用水來吸收排放的氣氨或液相氨，由于氨極易溶解與水，一體積水可溶解700體積氨氣，如果事故狀態氨排放安全閥開啟，安全閥出口直接接入水中,氨在極短的時間內溶解于水，管道形成負壓，會將稀釋罐的水回吸至管道，如果增加止回閥來防止倒流，系統產生的負壓會導致管道稀釋罐發生形變，進而導致安全事故。在進入稀釋罐之前管道上安裝破真空閥可以很好的解決此問題。破真空閥原理是當系統產生負壓時,通過大氣壓跟系統壓力的壓差作用在密封件上,推動破真空閥密封件,打開密封面把外界大氣引入系統,讓系統壓強升高破壞負壓,直到破真空閥密封件重新下墜密封,外界大氣不再進入系統.在系統正壓時候，工作介質進入密封件上部，向下壓緊密封件，系統壓力越大，密封越緊，保證正壓時破真空閥密封良好。破真空閥的結構見圖1。

圖1 破真空閥

破真空閥必須豎直向上安裝，如果水平安裝，正壓時密封件不能在自重的作用下密封住密封面，就會從吸氣口泄漏，如果倒置安裝，正壓時反而在密封件自重作用下打開吸氣口，相當于正壓時為常開狀態，管道內氨介質將持續泄漏。破真空閥安裝方式見圖2。

圖2 破真空閥安裝方式

6 管道檢驗試壓

SCR技術中使用液氨一般為-33℃無水氨，依據其介質特性在管道檢驗試壓時應注意以下要求

(1)按照石油化工管道分級，-33℃液氨管線屬于SHA1類管道，應采用無損檢測，須按100%比例進行無損檢測，檢測手段為射線檢測或超聲波檢測，其中承插焊焊縫及支管連接的焊縫可采用磁粉或液體滲透法檢測，或按工程設計文件的規定進行檢測。

(2) 氣密性試驗：高壓側應進行1.8 MPa(表壓)。低壓側應進行1.2 MPa(表壓)的氣密性試驗。應采用干燥空氣或氮氣進行，并應按現行國家標準《制冷設備、空氣分離設備安裝工程施工及驗收規范》有關規定執行。

(3) 抽真空試驗:當系統內剩余壓力小于5.333kPa(絕壓)時，保持24 h，系統內壓力無變化為合格。

(4) 充氨試驗:充氨試驗壓力為0.2 MPa(表壓)，系統應無泄漏。

(5)對于項目所在地有地方監管法規的，須比較國家標準與地方法規，按要求較高的執行。

7 保溫保冷

SCR技術中，根據工藝流程，氨有不同的相態及儲存、使用地點，對于不同工況，氨管道需要不同的防止冷量損失措施。

7．1 下列情況需要保冷

液氨、氣氨管道介質溫度一般低于環境溫度，保冷目的是為了減少內部介質溫度的升高導致管道內部壓力增大，產生安全運行風險。但是否保冷主要取決于管道內液氨的溫度，如果是-33℃液氨，則一定要保冷；液氨外送管道也需要保冷；如果是20℃左右的液氨，就不需要保冷。

7.2 下列情況需要保溫

SCR技術所用的液氨管道一般不需要做保溫。在常溫下，不管是卸氨管道還是液氨輸送管道，壓力都比較高，環境溫度越低越有利于液氨的穩定與輸送。需要注意的是液氨管道溫度不能太高，太高液氨氣化會導致管道壓力急劇上升，導致管道的破損。

氣氨管道應根據介質溫度和環境溫度判斷是否需要保溫，從液氨蒸發器出口的氣氨管道由于介質溫度超過100℃，這段氣氨管道需要保溫。經過減溫減壓閥的氣氨管道，溫度已經降至常溫，如果環境溫度常年在零度以上，可以不考慮做保溫。如果環境溫度很低，低于工作壓力下的氨的液化溫度，就需要做保溫，保證氣氨不液化。如果需要加伴熱，應該做蒸汽伴熱，不用電伴熱。氣氨屬于可燃易爆介質，不宜用電伴熱，平時還要注意消除靜電。

8 結束語

知“氨”善用，了解氨的介質屬性，合理規范的設計氨介質管道，對避免氨泄漏、氨腐蝕等事故隱患，更好的為生產服務有極其重要的意義。

[1] 國家標準局. GB536-1988 液體無水氨〔S〕.[出版地不祥]：[出版社不祥],1988.

[2] 于 士 淋.氨管道在工程設計中預防應力腐蝕的研究[J] . 當 代 化 工, 2011,40 (9 ):970-971.

[3] 翟俊紅.淺談選擇液氨管道與閥門材質的安全問題[J]. 氮肥技術,2015 ,36(2 ):46-47.

(本文文獻格式：胡俊生.淺析SCR脫硝技術中氨管道設計要點[J].山東化工，2016，45(12)：142-143，145.)

2016-04-18

胡俊生，甘肅人，大學本科，2004年至今一直從事化工管道設計工作。

TQ055.8

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1008-021X(2016)12-0142-02