油改煤工藝的先進性及施工質量控制要點分析——以安慶石化油改煤工程為例

李智明

中國石化南京工程公司，江蘇南京 246002

中石化安慶化肥油改煤工程是用煤代替輕質油作為原料的化肥生產(chǎn)改造工程，選用英荷殼牌公司粉煤氣化工藝技術，是國家“雙高一優(yōu)”重點項目和中國石化“十五”重點建設工程。中石化安慶化肥油改煤工程該工程主要由煤氣化裝置、凈化裝置、空分裝置和公用系統(tǒng)等組成，生產(chǎn)出的粗合成氣供給下游配套部分作為生產(chǎn)合成氨的原料。該工程由中石化安慶分公司承接煤氣化裝置、空分裝置的安裝工程施工，施工總產(chǎn)值達1.2億元。

1 油改煤工藝的先進性

中國石油化工股份有限公司安慶分公司化肥原料結構調(diào)整及煉油化工資源優(yōu)化工程，是以采用Shell（殼牌）粉煤氣化工藝技術生產(chǎn)粗合成氣為核心，進行原料結構和產(chǎn)品結構的調(diào)整。即將原料結構由輕油和煉廠干氣改造為煤，將產(chǎn)品結構由“氨-尿素”拓展為“氨-尿素-工業(yè)氫氣”。

1.1 裝置系統(tǒng)整體布置及設計的先進性

整個油改煤裝置布置及設計有如下優(yōu)點：

1）裝置內(nèi)所有設備全部國產(chǎn)化，既降低了成本又加快了民族工業(yè)的發(fā)展；

2）裝置所有設備均布置在界區(qū)內(nèi)，滿足有關標準規(guī)范的要求；

3）設備的布置與物料流向保持一致，既經(jīng)濟、安全，又便于操作和檢修；

4）空壓機空氣吸入口布置在界區(qū)內(nèi)的東北側，該方向為全年最大風向的上風向，減少了原料空氣被污染的可能性；

5）自動化水平高：全部新建和改造工藝裝置的儀表及控制系統(tǒng)引入主控室后采用DCS控制系統(tǒng)對全部裝置進行集中監(jiān)控。裝置中的常規(guī)控制、順序控制和操作聯(lián)鎖由DCS完成，安全聯(lián)鎖由ESD完成。

1.2 煤氣化裝置系統(tǒng)布置及設計的先進性

根據(jù)煤氣化工藝的特點及其特殊要求，在滿足工藝生產(chǎn)要求的前提下，按照不同的功能區(qū)，對煤氣化部分的設備進行了布置，盡量減少占地面積。裝置布置符合工藝流程、安全生產(chǎn)和環(huán)境保護的要求，達到節(jié)省施工材料、便于施工的目的，最大限度地降低了工程投資。中間渣場位于整個裝置西側（下風向），比鄰馬路，方便運輸且減小了對人口聚居地環(huán)境的污染。

Shell（殼牌）煤氣化是以干煤粉為原料、純氧作為氣化劑、進料采用氮氣加壓輸送、液態(tài)排渣的工藝，屬加壓氣流床氣化，具有以下優(yōu)點：

1）煤種適應范圍廣；

2）碳轉化率高（超過99%）；

3）冷煤氣效率高（達80%～83%）；

4）有效氣成份（CO+H2）高（接近90%）；

5）煤耗及蒸汽耗量低、氧耗低；

6）運行維護費用低，并且有利于環(huán)保。

1.3 空分裝置系統(tǒng)布置及設計的先進性

該工程的空分屬大型空分裝置，采用全低壓、透平膨脹、氮水預冷、分子篩吸附、內(nèi)壓縮(液氧)工藝流程。具有如下優(yōu)點：

1）采用分子篩凈化空氣流程，空氣損失少，氧氣提取率高；

2）在水冷塔中利用污氮冷卻循環(huán)水，降低了空氣預冷系統(tǒng)所需要的冷量；

3）冷凍水循環(huán)使用，節(jié)約了能源；

4）利用污氮再生分子篩，充分利用了現(xiàn)有資源；

5）充分回收蒸汽冷凝液，降低了能耗。

2 安慶化肥油改煤工程施工質量控制要點分析

2.1 工程的主要特點

2.1.1 新工藝，無經(jīng)驗可循

煤氣化裝置采用殼牌粉煤氣化技術，對施工單位而言，許多工藝設備和儀表設備尚屬首次接觸，沒有施工經(jīng)驗可以借鑒。例如磨煤機的施工，磨煤機機組重達280t，高10m，需現(xiàn)場組裝，要達到其技術精度十分困難，儀表的順控調(diào)試系統(tǒng)太大，需要反復調(diào)試。

2.2.2 工程量大，施工難度大

1）油改煤工程煤氣化裝置的核心為磨煤框架和煤氣化框架，該框架為混凝土與鋼結構相混合的框架結構形式，截面尺寸不一，對接和安裝難度大?？蚣軆?nèi)的大型設備、各類管線密集，部分設備重量特別重。其核心設備氣化爐、廢熱鍋爐和傳導段總重1 200t，分四段到貨，三段吊裝，安裝于煤氣化框架EL35～EL82標高內(nèi)，吊裝空間狹窄，吊裝難度大；

2）煤氣化裝置管道主要材質有碳鋼、不銹鋼、鉻鉬鋼、雙相鋼、鋁材、鎳基合金等，鋼材種類多，且特殊材質的焊接量較大，焊接難度大。裝置中介質為氧氣的管線較多，該部分管線焊接時其焊道內(nèi)部要求平滑，全部管線管件要求進行脫脂，施工難度大；

3）空分裝置主要包括冷箱及壓縮機廠房區(qū)域。冷箱結構為箱型密封結構，冷箱內(nèi)安裝有分餾塔、粗氬塔、精氬塔、冷凝器等三臺塔器設備，均需要現(xiàn)場組焊。其附屬管線全部集中在冷箱內(nèi)，各種管線和閥門均通過活動支架安裝在冷箱內(nèi)。施工空間狹小，各專業(yè)深度交叉，施工技術要求高，焊接難度大；

4）工藝管線內(nèi)部清潔度要求極高，尤其是汽化爐的水汽系統(tǒng)管線，安裝時要求先與汽化爐接管斷開進行系統(tǒng)沖洗，系統(tǒng)管線沖洗合格后再與汽化爐接管進行焊接，最后再反復進行沖洗，直至汽化爐內(nèi)換熱管的流速達到設定要求為止。氮氣反吹系統(tǒng)大，管道吹掃器多，如何保證管線內(nèi)部清潔度是施工的重點和難點。

2.2 施工質量控制要點

2.2.1 實施全面質量管理，完善質量保證舉措

1）施工前明確質量目標

開工之前，建設單位、監(jiān)理單位及施工單位達成共識，根據(jù)工程特點，明確了項目質量目標。

2）確保全面質量管理落地實施

項目部建立健全了項目質量保證體系，明確崗位職責，嚴格落實質量責任制。根據(jù)工程實際情況編制了施工組織設計/質量計劃、施工方案/作業(yè)指導書等針對性和操作性強的施工技術文件，制定并完善一系列項目質量管理制度，規(guī)范施工技術質量管理。加大圖紙匯審、技術交底的力度，不斷優(yōu)化施工技術方案。做好施工現(xiàn)場材料及施工過程的標識管理，確保工程材料和施工過程的可追蹤性。嚴格執(zhí)行工序交接檢查制度、質量控制點聯(lián)合檢查制度和隱蔽工程驗收制度，加強過程監(jiān)控，保證工程最終質量。通過采取這些措施，帶動了整個工程質量的全面提高。

3）安全文明施工管控舉措

項目成立伊始就樹立了“安全第一”意識，建立健全了HSE管理體系，成立了HSE管理委員會，制定了安全生產(chǎn)規(guī)章制度并針對工程特點編制了《HSE實施程序》與《HSE管理規(guī)定》，在施工管理過程中，嚴格執(zhí)行相關規(guī)定。

2.2.2 重視對關鍵工序、關鍵分部工程、關鍵分項工程的過程控制

在施工中，重視對關鍵工序、關鍵分部工程、關鍵分項工程的過程控制，主要對煤氣化裝置鋼結構、設備的安裝；工藝管線的焊接與安裝；空分裝置壓縮機機組的安裝；電氣、儀表施工等四個重要過程進行重點管控。

1）煤氣化裝置鋼結構、設備的安裝

（1）鋼結構安裝

項目部提前做好技術準備，針對鋼結構框架安裝高度高、安裝單件重量重、腳手架搭設難和安全風險大的特點，專門成立以項目經(jīng)理為首的《安慶油改煤大件吊裝》QA/QC領導小組，優(yōu)化、采用鋼結構深度預制成框整體吊裝的施工方案，利用1 250t履帶吊進行吊裝，其最大單件吊裝質量達280t。針對框架梁和立柱截面和厚度大，焊接難度高，焊接工作量大的特點，項目部采用CO2氣體保護焊，用焊絲焊接，加快焊接速度，且施工質量完全符合設計要求，成型良好。

（2）設備安裝

煤氣化裝置共包含動靜設備463臺，主要分布于煤氣化框架EL0～EL82標高內(nèi)，部分設備質量非常大、位置高，且所在區(qū)域設備、管線林立，吊裝非常困難。針對這些難點，項目部編制大型設備吊裝方案，確定大型設備的吊裝順序，以保證設備吊裝施工有計劃、安全而合理地進行；同時編排詳細的大型吊車使用計劃，減少吊車的進退場次數(shù)，達到合理利用大型吊車的目的。

（3）磨煤機的安裝

煤氣化裝置中有兩臺ZGM123G型立式中速輥式磨煤機，磨煤機連同附件重210t，機體為散件到貨，現(xiàn)場組裝。由于該磨煤機是煤氣化裝置的主要動設備，也是施工單位首次現(xiàn)場組裝及安裝，裝配精度要求高，施工難度大。為保證安裝質量，項目部成立了磨煤機安裝QC活動小組，就磨煤機的安裝難點一一進行討論、分析、匯總，形成初步方案交于磨煤機廠家代表及業(yè)主專業(yè)工程師共同探討確定施工方案，并在施工過程中不斷完善。

2）工藝管線的焊接與安裝

（1）煤氣化裝置工藝管線焊接

針對煤氣化裝置工藝管線特殊材質多、焊接工作量大、焊接質量要求高、焊接難度大等特點，項目部施工前組織專業(yè)工程師進行探討、研究并編制施工方案，對有特殊要求的管線安裝編制相應的特殊施工措施（如氧氣管線施工方案、氧氣管線試壓方案等），并在施工中不斷完善。

（3）空分冷箱鋁鎂管線焊接

針對空分冷箱鋁鎂管線焊接難度大的特點，項目部積極開展技術攻關和QC小組活動，采用焊口內(nèi)加襯圈的焊接工藝，并采用99.999%的氬氣，同時配備上海威特力焊接設備制造有限公司的新型逆變式交直流方波脈沖氬弧焊機WSME-500，選用安慶石化廠的專用倉庫作為鋁管的預制場地，并先后派焊工到杭氧公司進行焊工技能培訓與考核，取得鋁材焊接上崗資質后進行焊接。

3）空分裝置壓縮機機組的安裝

空分裝置壓縮機機組為空分裝置的核心設備，是施工單位首次施工的最大壓縮機組。由于機組主機重量大，輔機多，所有的設備及殼體、隔板、氣封、轉子、軸承等部件均為散件到貨，現(xiàn)場裝配復雜，施工周期長。而且機組制造工藝不很成熟，需要邊安裝邊改進，給安裝和試車帶來了風險。針對這些難點，施工單位多次派專家從施工技術方案準備、各類專用胎具制作、安裝條件的落實與實施等方面進行指導，制定了切實可行的施工方案。在施工中嚴格控制每道工序，按照技術文件的要求精心裝配，并多次請專家到現(xiàn)場檢查與指導，最終使機組安裝質量達到預期的目標，試車一次成功。

4）電氣、儀表施工

（1）施工質量管理

根據(jù)各裝置電氣、儀表的不同要求，項目部編制了煤氣化裝置電氣、儀表施工方案，空分裝置電氣、儀表施工方案，儀表調(diào)試方案，調(diào)節(jié)閥試壓及泄漏量試壓方案，儀表脫脂方案，核料位計（密度）儀表安裝方案和預案等針對性強的施工方案。在施工過程，嚴格執(zhí)行領料限額制及簽名制度，并從調(diào)試開始起就建立施工臺帳，使質量控制責任落實到人。

（2）放射性核料位（密度）儀表安裝

由于放射源安全直接關系到環(huán)境安全、身心健康和社會穩(wěn)定，項目領導多次開會宣傳放射源安全管理的重要性，要求項目每一位職工從運輸、保管、安裝、投用等各個環(huán)節(jié)上予以重視，做好放射源的安裝和調(diào)試工作。

（3）儀表控制系統(tǒng)安裝、調(diào)試

油改煤工程中各主項均屬于煤化工連續(xù)生產(chǎn)裝置，是全廠性化工生產(chǎn)用公用工程裝置，其特點是生產(chǎn)規(guī)模大、自動化水平高，生產(chǎn)連續(xù)性強，因此電氣設備的控制及聯(lián)鎖顯得更為重要，順控調(diào)試較為困難。為此，施工單位選派最優(yōu)秀的專業(yè)施工隊伍負責此項工作，編寫合理的施工方案，并加大過程控制力度。

（4）電伴熱帶安裝

根據(jù)工藝要求需對部分管道、設備進行電伴熱，主要采用EMK和HSB兩種伴熱帶來實現(xiàn)，采用PT-100測溫，利用SIEMENS PLC （S7-300）來實現(xiàn)溫度控制。該電伴熱帶采用德國進口產(chǎn)品，施工中和驗收合格后的產(chǎn)品防護非常重要。為此，項目部編制電伴熱帶安裝方案并進行多次施工技術交底。從材料進場檢驗到施工，都嚴格按照相關技術規(guī)范來執(zhí)行。

3 結論

安慶化肥油改煤工程于2006年8月29日順利中交，并于同年12月13日產(chǎn)出合格的合成氨。該工程以技術進步為先導，以節(jié)能降耗為中心，通過原料結構和產(chǎn)品結構的調(diào)整，通過流程優(yōu)化和采用先進的節(jié)能降耗措施，大幅度降低了合成氨和尿素生產(chǎn)成本，同時拓展了產(chǎn)品結構、增強了企業(yè)的抗風險能力，達到了提高工廠整體經(jīng)濟效益的目的。

[1]盧光飛.結合實際探討油改煤技術的應用[J].城市建設理論研究，2011(22).

[2]SH3532-95 石油化工換熱設備施工及驗收規(guī)范.

[3]SH3521-2007《石油化工儀表工程施工技術施工規(guī)程》.

[4]GB50093-2002《自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范》.

[5]GBJ50131-2007《自動化儀表安裝工程質量檢驗評定標準》.