水煤漿氣化裝置布置和管道設計探究

王成志

【摘? 要】科學技術的快速發展推動了我國水煤漿氣化等化工行業的飛快發展，與以前相比，這些化工行業的裝置設備都有了很大的進步。先進的設備裝置又提高了水煤漿氣化等化工生產的效率。但是在看到這些好處的同時，我們也不能忽略其帶來的問題。隨著水煤漿氣化等化工生產裝置設備逐漸宏大復雜，其生產裝置和管廊配管設計也變的繁瑣，成為設計過程中必須要考慮的重點。因此本文從水煤漿氣化生產工藝和其技術特點出發，就水煤漿氣化裝置布置和管道設計問題進行探討。

【關鍵詞】水煤漿氣化;裝置布置;管道設計;要點

1 概述

我國是世界上對煤炭使用比較早的國家，煤炭的使用從古代就已經開始了。早期古人對煤炭的使用是針對露天煤礦的開采，主要用于冶煉、照明、加熱、取暖、以及其它工業方面的應用。但是這種粗放式的應用不僅煤炭的使用效率比較低，還是對環境的一種污染。我國的能源問題結構特點是富煤、少氣、缺油，自二十世紀三十年代以來，就逐漸發展成為一種以煤炭、石油、天然氣的消耗為主，再加上太陽能、風能、核能，等其它能源的綜合利用為輔的嶄新格局。但是盡管我國煤炭的儲量比較豐富，占世界總儲量的11%，但我國人口總數世界第一，煤炭人均占有量不足。再加上我國煤炭地域分布不均勻、石油和天然氣的儲量也不豐富、風能與太陽能的使用局限性比較大、以及核能的開發利用手段還不成熟等因素的影響?？偟膩碚f，我國還是以煤炭消耗為主的煤炭大國。

為了充分利用煤炭資源，以應對煤炭、石油、天然氣等日益枯竭的能源問題，也為了減少環境污染，響應我國可持續發展和工業轉型的基本國策。近年來，我國在能源多元化的發展上面持續投入，在煤炭的焦化、氣化、液化等各方面的技術都取得了連續突破。尤其是水煤漿氣化等煤炭氣化技術上的突破，不僅大大提升了煤炭的利用效率，還減少了廢氣等污染物的排放。對我國綠色、健康、環保的可持續發展新策略起到了不可估量的作用。

2 水煤漿氣化技術的生產工藝

煤炭的氣化是指在特定的設備和條件下，通過一定的壓力和溫度等生產工藝，使煤中有機質和氧氣等氣化劑在設備內部發生劇烈的化學反應。將固體煤轉化為含有一氧化碳、氫氣等可燃氣體，以及二氧化碳、氮氣等非可燃氣體的特殊工藝。作為煤炭氣化技術中最重要的技術工藝之一。水煤漿的氣化是指通過磨煤機等生產裝備，使固體煤與石灰石和水形成水煤漿，然后通過煤漿泵送入汽化爐，與爐中氧氣等氣化劑發生一系列氣化反應形成水煤氣。再通過洗滌系統將水煤氣洗滌成粗煤氣，渣水分離后細渣送入渣池，廢水送入廢水池進行處理。

3 水煤漿氣化裝置布置和管道設計原則

對于水煤漿氣化裝置的布置和管廊管道設計，因為其設備的特點以及生產工藝的要求，在設備安裝和管道設計時，根據相關文件的操作規范以及相關設計標準，必須要求符合以下幾個原則：

1）安全性原則。因為水煤漿氣化裝置通?？蚣茌^高，在對其裝置和管道進行設計時，首先必須考慮安全上的問題，避免安全事故的發生。

2）規范性原則。管道設計和設備安裝必須符合有關標準和技術規范的規定，避免原則性上低級錯誤的發生。

3）統籌性原則。在對水煤漿氣化裝置的設備布局和管道分布設計之前，必須先做好統籌規劃，然后在統籌規劃的基礎上進行總體設計和各分部設計的工作。力求使水煤漿氣化裝置布置和管道設計科學、規范、合理以及美觀。

4）科學性原則。水煤漿氣化裝置布置和管道設計必須要具有一定的科學性，比如使大直徑管道靠近廊柱，小直徑管道、公用工程管道放在中間，工藝管道宜布置在與管廊連接的一側等。

5）技術性原則。管廊管道的設計和分布必須符合最基本的技術要求，同時要注意冷熱管之間的間距，冷管、液化石油氣管道和熱管兩者之間不宜靠的太近。

6）實用性原則。管道的設計和布置必須要能夠滿足日常生產、操作和維護等各方面工作的需求。

4 水煤漿氣化裝置布置和管道設計要點

4.1 氧氣管道的設計

氧氣管道的設計要求支管要從管道上端接入，在氧氣管道和可燃氣體共架敷設時，應將其置于下層或管架的外側。同時因為氧氣管道的材質為不銹鋼，價格比較昂貴，所以氧氣管道架設時要盡量要求簡單、直接，并減少彎頭的設計。同時氧氣管道與其他管道的間距要控制在500mm以上，并將其置于管廊的最下層，并且還要對其進行防靜電處理，通常采用 ≥6mm 銅芯軟絞線與管廊立柱相連的方法將靜電導入地下。

4.2 黑/灰水管道設計

作為運送含有一定量水煤漿細渣的黑/灰水管道，在進行管道設計時，必須要充分考慮堵塞的問題，因此黑/灰水管道宜置于總管上方。同時在靠近總管的一側設有切斷閥，以便于以后完成切斷水流工作，清理管內污垢。另外對于黑/灰水管道的彎頭，可以考慮使用三通加法蘭和法蘭盲板的形式代替，以減少堵塞及后期損壞管道的更換。

4.3 易磨損管道的設計

考慮到在水煤漿氣化生產中管道正常工作時，流經管道的水流介質成分復雜、水流壓力大、流速過快的問題，使管道極易發生磨損。因此對于閃蒸過濾后等含有汽、固、液三相介質的部分管道，因為水流流速過快，必須適當的安裝減壓閥，以控制水流流速，降低管道磨損。同時在管道的整體規劃時，要盡量減少彎道的設置，如果根據實際需要必須設置彎道時，也要盡量增大彎道半徑，以降低沖刷的產生。另外，對于水流流速過大，不易控制，極易產生腐蝕、磨損的部位，還可以考慮采用一些耐腐蝕較強材質的管道。

4.4 蒸汽管道的設計

因為水煤漿氣化生產中所需要的蒸汽管道種類多、管徑大且長度一般較長，因此對于蒸汽管道的布置通常必須設置固定點。固定點通常都是采用集中設置，且同一管道的兩個固定點之間的距離不宜設置太遠，否則管道無法支撐，極易發生斷折。一般情況下，兩個固定點之間的間距應控制在40-50米為宜，且同一種蒸汽管道之間固定點間距應保持相同。同時，考慮到蒸汽管道輸送的蒸汽溫度較高的問題，在蒸汽管道安裝時，還要采用補償器來補償蒸汽管道產生的熱位移。

結束語

總之，綜上所述，水煤漿氣化裝置布置和管道設計首先要遵循安全性原則，根據相關標準和技術規范，在統籌全局的基礎上進行總體設計和各分部工作的設計。同時還要充分考慮技術性原則和科學性原則，降低管道磨損，延長設備使用壽命。只有這樣，才能使水煤漿氣化裝置布置和管道設計科學、合理，而又兼且實用、美觀、規范。以達到降低生產成本，節能降耗的目的。這不僅是企業面對競爭環境日益激烈的化工行業市場發展的必然需求，還是我國日益枯竭的能源問題，以及綠色、環保、健康的可持續發展戰略對水煤漿氣化行業提出的必然要求。

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（作者單位：中石化南京工程有限公司）