殼牌煤氣化裝置管道布置特點分析

姜 華李 霖 陳毅烈 惠生工程(中國)有限公司 武漢430070

目前國內(nèi)已有20余套投入生產(chǎn)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(tǒng)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(chǎn)粗合成氣(CO+H2)。主要生產(chǎn)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(tǒng)8個工序。根據(jù)工序特點以及管道內(nèi)的介質(zhì)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(tǒng)管線，為使配管合理有序，需要合理規(guī)劃公用系統(tǒng)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(jīng)磨機磨粉，與熱風爐中燃燒產(chǎn)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(jù)《煙風煤粉管道設計技術規(guī)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(tǒng)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(jié)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(tǒng)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(jié)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(tǒng)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(fā)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(shù)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(nèi)氧氣的相關標準規(guī)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(jié)內(nèi)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(nèi)要避免撞擊區(qū)，管內(nèi)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(zhì)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(guī)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(tǒng)管線

水汽系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)袋型;流量計、限流孔板等上下游需保證足夠的直管段。

4 除渣、初步水處理

除渣系統(tǒng)處理原料為氣化爐燃燒段產(chǎn)生的高溫熔渣，在此系統(tǒng)中，渣水混合物中的大顆粒熔渣被除去，含小顆粒灰渣的渣水混合物進入初步水處理工序繼續(xù)被處理，由于所處理介質(zhì)含有固體顆粒，容易對管道有沖涮磨蝕，因此配管時需要采用長半徑的彎頭(R=5～10DN)。

除渣工序的渣水混合物中灰渣的顆粒相對較大，容易堵塞管道，由于管內(nèi)流速不高，與減少沖涮磨蝕相比，泵進出口處的配管更要注重方便拆卸檢修，見圖5。

圖5 典型的除渣工序泵進出口管道布置

初步水處理工序的渣水混合物中灰渣的顆粒相對較小，對管道的堵塞可能性較小，在泵進出口處管線的分支及匯合處，宜采用斜三通，見圖6。這種布置可以減輕對管道的沖涮磨蝕。

5 裝置公用系統(tǒng)管線布置規(guī)劃

煤氣化公用系統(tǒng)比較復雜，且框架較高，層數(shù)較多，如不合理規(guī)劃公用系統(tǒng)管線走向，管線布置將會雜亂無章，所以應有合理的布置原則。

(1)框架每層樓面設置內(nèi)管廊，用于電纜、公用管線的布置，內(nèi)管廊下方可做每層樓面的操作檢修通道。

圖6 處理泵進出口管道布置

(2)框架外挑用作絕大多數(shù)工藝管線配管區(qū)域，避免與公用系統(tǒng)管線交叉布置，既有條理又美觀。

(3)公用物料站位于柱側和通道側邊，方便操作人員的使用。

典型煤氣主框架布置規(guī)劃見圖7。

圖7 典型煤氣化主框架布置規(guī)劃

6 結語

殼牌煤氣化在國內(nèi)已經(jīng)有數(shù)十年的成功運行經(jīng)驗，通過對殼牌煤氣化各工序的布置特點分析，可以促使在今后的設計過程中，更好地把握流程中的特殊要求，并從工程實踐中吸取經(jīng)驗教訓，不斷優(yōu)化設計，促使今后的煤氣化布置不斷優(yōu)化進步，同時也為大型化工裝置的配管提供借鑒或參考。