焦?fàn)t煤氣外管設(shè)計

裴玉慶，朱 浩，賀建剛

（山西陽煤化工工程有限公司，山西 太原 030021）

0 引 言

焦?fàn)t煤氣是在煉焦過程中產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w，是煉焦工業(yè)的副產(chǎn)品。焦?fàn)t煤氣主要成分包括CH4、CO、CO2、N2、O2、H2和焦油等。

焦?fàn)t煤氣可作為工業(yè)與民用燃料（鋼鐵聯(lián)合企業(yè)在煉鋼、燒結(jié)、軋鋼等過程中用焦?fàn)t氣做燃料）、發(fā)電用的燃料和化工原料。

焦?fàn)t煤氣作為民用燃料時，可直接接入城市供氣管網(wǎng)作為居民用氣，但其熱值和潔凈度都不如天然氣。

焦?fàn)t煤氣作為化工原料時，經(jīng)過凈化后的焦?fàn)t煤氣被送往下游企業(yè)進(jìn)行進(jìn)一步利用，焦?fàn)t氣制甲醇和化肥由于市場受限及發(fā)電上網(wǎng)困難等因素影響，目前較好的利用途徑是焦?fàn)t煤氣甲烷化制天然氣以及用于尿素和合成氨生產(chǎn)。

1 焦?fàn)t煤氣成分

焦?fàn)t煤氣成分組成見表1。

表1 焦?fàn)t煤氣成分組成Table 1 Content of coke oven gas

本設(shè)計以山西陽煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)） 有限責(zé)任公司焦?fàn)t煤氣綜合利用年產(chǎn)24 萬t 合成氨、40 萬t尿素及聯(lián)產(chǎn)6.3 萬t LNG 項(xiàng)目為背景，擬在山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司廠區(qū)外建設(shè)焦?fàn)t煤氣外管網(wǎng)，本管網(wǎng)共有3 家供氣企業(yè)，分別為永祥焦化、東方焦化和晉華焦化。

本工程為焦?fàn)t煤氣輸送工程，在輸送過程中，由于溫度變化，焦?fàn)t煤氣中的水蒸氣會冷凝液化，需要及時將冷凝液排出，以免影響煤氣輸送。

本設(shè)計用煤氣水封槽收集冷凝液，水封槽冬季需采取防凍措施- 通入蒸汽。

2 各企業(yè)供氣情況

根據(jù)廠區(qū)提供的數(shù)據(jù)，本工程用氣量為80 000 m3/h。

各企業(yè)供氣情況詳見表2。

表2 各企業(yè)供氣匯總表Table 2 Summary table of company gas supply

3 介質(zhì)參數(shù)

3.1 焦?fàn)t煤氣規(guī)格

本工程所用焦?fàn)t煤氣操作壓力為8～15 kPa，操作溫度為60 ℃，密度為0.4～0.5 kg/Nm3。

焦?fàn)t煤氣管道設(shè)計壓力為0.195 MPa，設(shè)計溫度為80 ℃。

3.2 焦?fàn)t煤氣的特點(diǎn)

（1） 焦?fàn)t煤氣發(fā)熱值高16 720—18 810 kJ/m3，可燃成分較高（90%左右）。

（2） 焦?fàn)t煤氣是無色有臭味的氣體。

（3） 焦?fàn)t煤氣因含有CO 和少量的H2S 所以有毒。

（4） 焦?fàn)t煤氣含氫較多，燃燒速度快，火焰較短。

（5） 焦?fàn)t煤氣如果凈化不好，將含有較多的焦油和萘，就會堵塞管道和管件，給調(diào)火工作帶來困難。

（6） 著火溫度為600～650 ℃。

3.3 蒸汽規(guī)格

蒸汽操作溫度158 ℃，操作壓力0.6 MPa。

4 焦?fàn)t煤氣輸送方案

4.1 管道走向

東方焦化廠位于泉稷能源廠區(qū)西南方向，其焦?fàn)t煤氣管線自東方焦化廠區(qū)東部接出，跨過馬路，沿馬路自南向北120 m 后向東220 m 轉(zhuǎn)向北敷設(shè)至振興大街后，在街北沿振興大街自西向東敷設(shè)1 100 m，沿泉稷能源廠區(qū)東圍墻繼續(xù)向北敷設(shè)至焦?fàn)t氣除焦脫氨裝置附近。

晉華焦化廠位于泉稷能源廠區(qū)的東側(cè)，兩個廠區(qū)距離2 250 m。此段焦?fàn)t煤氣管線自晉華焦化廠區(qū)西圍墻接出跨過馬路后沿路西向南敷設(shè)，途中跨越馬路，沿路東繼續(xù)向南至振興大街，沿振興大街北面自東向西敷設(shè)，途經(jīng)一個十字路口，最寬處可達(dá)75 m，跨越難度較大，向北50 m 左右位置寬度43 m，跨過馬路再向南折返，然后繼續(xù)向西敷設(shè)至泉稷能源廠區(qū)東圍墻，沿圍墻向北敷設(shè)至廠區(qū)焦?fàn)t氣除焦脫氨裝置附近。

永祥焦化廠位于泉稷能源廠區(qū)的東側(cè)，兩個廠區(qū)東西相鄰。此段焦?fàn)t煤氣管線沿廠區(qū)圍墻自北向南敷設(shè)至泉稷能源廠區(qū)焦?fàn)t氣除焦脫氨裝置附近。

為了防止管道堵塞，焦?fàn)t煤氣管道考慮蒸汽伴熱，蒸汽主管選用DM80 碳鋼管道，與焦?fàn)t煤氣管道并排敷設(shè)。

焦?fàn)t煤氣管道走向簡圖如圖1 所示。

圖1 焦?fàn)t煤氣管道走向簡圖Fig.1 Coke oven gas pipeline layout

4.2 管路計算

4.2.1 各廠區(qū)供氣管道管徑及壓力損失計算

（1） 永祥焦化- 泉稷能源管路流量：42 050 m3/h；供氣壓力為8～15 kPa 根據(jù)計算得出此段管道的管徑取DN1200（φ1220×12.0）

此段管路長790 m，由《燃?xì)夤艿烙嬎恪奋浖傻贸觯?/p>

管道流速：9.5 m/s

管道壓降：259.03 Pa

管道出口壓力：7 740.97～14 740.97 Pa

（2） 東方焦化- 泉稷能源管路流量：19 000 m3/h；供氣壓力為8～15 kPa

計算得出此段管道的管徑取DN800（φ820×10.0）

此段管路長1 800 m，由《燃?xì)夤艿烙嬎恪奋浖傻贸觯?/p>

管道流速：9.7 m/s

管道壓降：1 012.18 Pa

管道出口壓力：6 987.82～13 987.82 Pa

（3） 晉華焦化- 泉稷能源管路流量：19 000 m3/h；供氣壓力為8～15 kPa

計算得出此段管道的管徑取DN800（φ820×10.0）

此段管路長3 110 m，由《燃?xì)夤艿烙嬎恪奋浖傻贸觯?/p>

管道流速：9.7 m/s

管道壓降：1 748.09 Pa

管道出口壓力：6 251.91～13 251.91 Pa

4.2.2 管道補(bǔ)償

焦?fàn)t煤氣管道出口溫度60 ℃，固定點(diǎn)距離96 m

蒸汽管道溫度158 ℃，固定點(diǎn)距離48 m

根據(jù)管道熱伸長量計算公式△L=αL(t1-t2)

計算得出：焦?fàn)t煤氣管道熱伸長量為86.4 mm，蒸汽管道熱伸長量為100 mm。本設(shè)計采用波紋補(bǔ)償器進(jìn)行管道補(bǔ)償，根據(jù)焦?fàn)t煤氣管道的壓力、管徑和熱伸長量，選擇型號為SGE.T.2.5 /800x6-J 的通用型波紋補(bǔ)償器，其軸向補(bǔ)償量可達(dá)到110 mm，大于焦?fàn)t煤氣管道熱伸長量86.4 mm，滿足補(bǔ)償要求。

根據(jù)蒸汽管道的壓力、管徑、熱伸長量，選擇型號為1.6TWY80x27J 的軸向外壓式補(bǔ)償器，其軸向補(bǔ)償量可達(dá)到144 mm，大于蒸汽管道的熱伸長量100 mm，滿足使用要求。

5 煤氣排液水封槽

在焦?fàn)t煤氣管道下方安裝規(guī)格為φ325×250 mm 的集液槽，管道中的水首先集中在集液槽，再通過管道排至煤氣水封槽。煤氣水封槽的設(shè)備尺寸為φ426×3 164 mm，共有7 個管口，包括溢流口、冷凝液入口、放空口、新鮮水入口、蒸汽入口、排凈口、人孔等。焦?fàn)t煤氣管道排液水封接管見圖2。

6 管道敷設(shè)

管道的敷設(shè)在保證安全、正常生產(chǎn)及操作，檢修方便的前提下，力求整齊、美觀以創(chuàng)造良好的生產(chǎn)環(huán)境，同時要考慮節(jié)約材料及投資，管道布置應(yīng)統(tǒng)一考慮，使管架布置、管道走向更加合理。

永祥焦化- 泉稷廠區(qū)的焦?fàn)t煤氣管道管徑選用DN1200（φ1220×12），東方焦化- 泉稷廠區(qū)和晉華焦化- 泉稷廠區(qū)的焦?fàn)t煤氣管道管徑選用DN800（φ820×10）。三條線路的蒸汽主管管徑選用DN80（φ89×4.0）。焦?fàn)t煤氣管道的排液管管徑選用DN80（φ89×4.0），煤氣管道放空管管徑選用DN150（φ159×4.5）。煤氣排液水封槽的蒸汽支管管徑選用DN25（φ32×3.0），新鮮水管管徑選用DN25（φ32×3.0），溢流管管徑選用DN80（φ89×4.0）。

焦?fàn)t煤氣管道架空敷設(shè)，蒸汽主管置于焦?fàn)t煤氣管道上方。本工程所在地地勢西高東低，北高南低，東西方向地坪標(biāo)高486.82～506.54，南北方向地坪標(biāo)高486.94～504.64。管架高度3.5～9.7 m，管線坡度依就地勢，約0.6%。

焦?fàn)t煤氣管道材質(zhì)選用Q235B（SY/T5037-2018），其他管道材質(zhì)均選用20#（GB/T8163-2018），管道支撐點(diǎn)設(shè)置管托，蒸汽主管、蒸汽支管及排液水封需保溫，蒸汽支管保溫厚度40 mm，蒸汽主管保溫厚度50 mm，排液水封保溫厚度60 mm，保溫材料選用陶瓷纖維毯1050 型。

焦?fàn)t煤氣管道排液水封接管圖如圖2 所示。

圖2 焦?fàn)t煤氣管道排液水封接管圖Fig.2 Condensate discharge piping plan of the water seal of coke oven gas pipeline

每根焦?fàn)t煤氣管道的起點(diǎn)和終點(diǎn)均設(shè)置了煤氣專用蝶閥和孔板流量計，閥門材質(zhì)為鑄鋼。在煤氣管道及蒸汽管道最高點(diǎn)設(shè)置放空管.煤氣放散管管口應(yīng)高于煤氣管道2.5 m 以上。焦?fàn)t煤氣管道放空管采用雙閘閥設(shè)計，閥門材質(zhì)為鑄鋼。焦?fàn)t煤氣管道集液槽詳圖如圖3 所示。

圖3 焦?fàn)t煤氣管道集液槽詳圖Fig.3 Sump detailed drawing of coke oven gas pipeline

7 靜電接地

所有煤氣管線，均應(yīng)有可靠的防靜電的接地保護(hù)。連接處采用焊接連接，埋地部分采用焊接連接。管道法蘭和閥門等連接處要做跨接，連接線宜選用6 mm2多股銅芯氯乙烯電線，其長度應(yīng)留有不小于100 mm 的裕度。接地體采用鍍鋅鋼管G50 L=2.5 m。每隔80～100 m，在管道的相應(yīng)的位置上（具體位置詳見管道平面布置圖），設(shè)置專用的接地連接端頭，作為靜電接地的連接點(diǎn)。每組專設(shè)的靜電接地體，其接地電阻值，一般情況應(yīng)小于100 Ω。扁鋼，軟銅編織線等材料應(yīng)鍍鋅或涂防腐漆，金屬接地體應(yīng)選用鍍鋅鋼材。

8 結(jié) 語

焦?fàn)t煤氣管道的設(shè)計首先根據(jù)煤氣的流量、流速等確定管徑，再根據(jù)管道走向及管徑合理設(shè)計管架間距、形式等，根據(jù)煤氣的溫度、壓力、熱伸長量選擇合適的補(bǔ)償器，最后根據(jù)生產(chǎn)需求和實(shí)際情況設(shè)置閥門、計量裝置、自動化儀表等部件。