殼牌煤氣化氧氣管道施工工藝分析

管家喜，李利偉

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

殼牌煤氣化氧氣管道施工工藝分析

管家喜，李利偉

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

以中國五環(huán)工程有限公司煤直接液化項目煤制氫裝置的氧氣管道施工為例，針對氧氣管道易燃、易爆的特點，從氧氣管道的安裝、脫脂、吹掃等方面，介紹了殼牌煤氣化氧氣管道施工的工藝過程。

氧氣管道；安裝；脫脂；吹掃

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.011

殼牌煤氣化工藝采用Shell干煤粉加壓氣化技術，主要是使來自磨煤單元的煤粉與來自空分裝置的氧氣共同經(jīng)煤燒嘴進入氣化爐內(nèi)，通過在氣化爐內(nèi)燃燒和裂解，生產(chǎn)出化工原料粗水煤氣。其中輸送氧氣的管道尤為重要，因為氧氣具有助燃的特性，所以氧氣管道內(nèi)部必須清潔，嚴禁有油、脂、銹蝕和其他雜物等。中國五環(huán)工程有限公司(以下簡稱“中國五環(huán)”)總承包的神華煤直接液化項目煤制氫裝置采用殼牌煤氣化工藝，由2個系列組成，每個系列氧氣管道材質主要為0Cr18Ni9不銹鋼和部分鎳基不銹鋼，規(guī)格為DN15～DN250，管道長度約1 140m。經(jīng)過嚴格執(zhí)行施工作業(yè)程序，嚴格把控施工質量，管道施工質量達到了規(guī)范要求，運行狀況良好。

1 管道施工作業(yè)流程

管道施工作業(yè)流程見圖1。

圖1 管道施工作業(yè)流程

2 管道預脫脂、預制及安裝

2.1 管道及組成件的檢驗和預脫脂

(1)管道組成件(管子、閥門、管件、法蘭、補償器、安全保護裝置等)必須具有質量證明書，無質量證明書的不得投入使用。

(2)工藝管道及組成件的檢驗按國家現(xiàn)行規(guī)范標準規(guī)定和設計文件要求，進行外觀檢查、合金成分分析。

(3)管道主材和氧氣施工用工具，需要在預制下料前進行槽浸法浸泡脫脂，浸泡時間為1～2h，浸泡脫脂液溫度在70～80℃最為適宜。

2.2 管道焊接

2.2.1 管道下料及坡口加工

(1)不銹鋼管子切割及坡口加工采用機械方法，當采用等離子切割時，應使用不銹鋼專用砂輪片將切口處的淬硬層磨掉。切割的管口應整齊，其傾斜度應≤1%的管子外徑，且≤3mm。管子采用坡口機加工坡口，坡口加工完成后，檢查其表面是否有裂紋、重皮、鐵屑、毛刺、翻邊等。

(2)組對管口時，嚴禁出現(xiàn)焊瘤、毛刺、翻邊等，管內(nèi)邊緣用內(nèi)磨頭砂輪打磨后再進行組對，確保管內(nèi)壁平滑過渡。

2.2.2 焊工要求

焊接氧氣管道的焊工，必須從已經(jīng)考核合格的焊工中擇優(yōu)挑選，并通過質量部門的氧氣管線專項焊接技能考試，其中，焊縫外觀(尤其是管焊縫成型管內(nèi)壁的外觀質量)也是考核評審的關鍵。

2.2.3 焊接準備

(1)氧氣管道焊接施工前，施工分包商應提前上報焊接工藝評定，制作本工程氧氣管道的焊接作業(yè)工藝卡和氧氣管線專項施工方案，并上報總包、監(jiān)理、業(yè)主審核批準，本工程采用氬電聯(lián)焊的焊接方法，其焊接材料見表1。

表1 氬電聯(lián)焊的焊接材料

(2)焊接工作進行前，對所有參加氧氣管線施工的作業(yè)班組進行安全技術交底。

2.2.4 焊接材料管理

(1)施工分包商應有專門的焊接材料庫房，設備應配備齊全，包括貨架、烘箱、除濕機、空調(diào)等，并確保焊接材料庫房內(nèi)溫度、濕度，庫管員應根據(jù)相關規(guī)范要求監(jiān)測和記錄室內(nèi)溫度和濕度。對于氧氣管線，設置專用焊接材料區(qū)域，打造無油污、粉塵污染的封閉區(qū)間。

(2)庫管員根據(jù)技術人員的指令進行焊接材料烘干和其他必要的處理，并做好烘干和發(fā)放臺賬，確保具有可追溯性。

2.2.5 施焊環(huán)境要求

不銹鋼管道焊接時，應采取防風、雨、雪等措施，并滿足下列環(huán)境條件：①環(huán)境相對濕度不得超過90%；②環(huán)境風速：手工電弧焊不得>8m/s，氬弧焊不得>2m/s；③0Cr18Ni9管道焊接環(huán)境不得<-5℃。焊件溫度不得<0℃，否則其管道焊口的始焊處100mm范圍內(nèi)應預熱至15℃以上。

2.2.6 焊前準備

(1)管道組對時，可采用內(nèi)磨砂輪機打磨，使坡口表面光潔，內(nèi)壁平齊，其內(nèi)壁錯邊量≤10%的管子壁厚，且≤0.5mm。

(2)焊接前應將坡口內(nèi)、外兩側表面的雜物、油污及含硫或鉛的物質、10～15mm范圍內(nèi)的氧化層等清理干凈，可采用丙酮擦拭。

(3)焊接前在焊口兩側各100mm范圍內(nèi)涂上白堊粉。

2.2.7 定位焊

(1)焊口組對時，其定位焊所使用的焊接材料和采取的焊接工藝應相同于管道正式焊接的焊接工藝。

(2)定位焊接應牢固，其焊縫高度不超過管道厚度的2/3，焊縫長度約為10～15mm，焊點數(shù)量根據(jù)管道直徑合理布置。

(3)定位焊的完成后，應進行外觀檢查，其表面不應有氣孔、裂紋等缺陷。

2.2.8 焊接工藝

(1)管道焊接宜采用多層多道焊，每層焊接接頭應錯開，并控制層間溫度在150℃以下，每層焊接完成后應除盡焊渣并仔細檢查。

(2)氬弧焊打底的焊層厚度應>3mm；為保證管內(nèi)側不被氧化，保持焊縫背面成型良好，管子焊接時，其內(nèi)部應采用充氬保護，根據(jù)焊接實際情況，管道內(nèi)部可采取管子整體充氬或焊縫局部充氬，但都必須排盡管內(nèi)空氣，保證管內(nèi)微正壓。

(3)焊接起弧應在焊縫坡口內(nèi)進行，不得損傷母材表面；為防止產(chǎn)生弧坑裂紋，每個焊接接頭收弧處應填滿弧坑，確保收弧質量。

(4)為保證焊縫成型和焊縫內(nèi)在質量，氬氣的純度應≥99.99%。

(5)管道焊縫在焊接完畢后，需要進行酸洗。嚴禁在不銹鋼管道上焊接臨時支架。

2.2.9 質量標準

(1)焊縫的內(nèi)外觀檢查列為BR級質量控制點，管徑≤50mm時，焊縫內(nèi)凸量≤1mm；管徑>50mm時，焊縫內(nèi)凸量≤1.5mm，外表面焊縫余高≤1mm。

(2)清理干凈焊縫表面，其表面不得有非熔合性飛濺、表面氣孔、夾渣及裂紋等缺陷。

(3)管道焊縫的無損檢測比例執(zhí)行設計文件。對接焊縫采用射線檢驗，角焊縫采用滲透檢驗。焊縫的無損檢測，按照JB4730—2005《壓力容器無損檢測》規(guī)定執(zhí)行。RTII級及以上合格，PTI級合格。

(4)不合格的焊縫必須返修，同一部位的返修次數(shù)不得超過2次。

(5)焊接完成后，焊縫應及時進行酸洗鈍化。

2.3 管道安裝

2.3.1 氧氣管道安裝

按SH3501—2011標準中SHA級別管道要求進行。

2.3.2 管內(nèi)清潔度保證措施

(1)管材上儀表一次取源口的開孔與管材下料同步開展，每個管口都需要做好封堵保護。

(2)在管道上進行開孔后焊接支管臺、鞍座等，必須經(jīng)過監(jiān)理簽字確認，管道安裝的內(nèi)表面清潔度需監(jiān)理確認。

(3)由于閥門等在出廠前已完成脫油脫脂，在管道完成脫脂前，閥門采用不銹鋼短管連接。

(4)吊裝前要檢查管內(nèi)部清潔度，保持管段內(nèi)壁清潔，無雜物、焊渣、粘砂、鐵銹等；焊縫無焊瘤、毛刺、飛濺等。安裝過程中應進行嚴格檢查和控制，采取隔離、覆蓋等方法防止管內(nèi)二次污染。

3 管道試壓

3.1 試壓范圍和壓力確認

(1)管道試壓程序按SH3501—2001標準要求進行。本氧氣系統(tǒng)包括氧氣管道和與氧氣管道相連的氮氣管道及蒸氣管道，根據(jù)提前劃分的管道試壓包進行分包試壓，在符合規(guī)范要求的前提下，可進行并包試壓，采取系統(tǒng)串聯(lián)或大系統(tǒng)進行試驗，管線試壓時所有工藝設備不參與試壓，管線須做好系統(tǒng)隔離。

(2)試驗壓力。串聯(lián)系統(tǒng)應以其中設計壓力最高的管線試驗壓力作為整個系統(tǒng)的試驗壓力。

3.2 管道試壓

(1)管道試壓前應對試壓系統(tǒng)按圖紙進行檢查，保證材質正確、所有施工作業(yè)完成、無損檢測完成、試驗臨時措施(盲板、注水口、泄壓/排水口、壓力表設置)完善。

(2)試壓所用的介質為無污染的潔凈水，其中水的氯離子含量≤25mg/L。

(3)試驗時，應排凈系統(tǒng)內(nèi)空氣，緩慢升壓，管道強度試驗和嚴密性試驗合格標準應符合現(xiàn)行國家規(guī)范標準的要求。

(4)管道系統(tǒng)試壓完畢，經(jīng)各方共檢合格后，在管道試壓記錄中簽字確認。試壓完畢后，即可進行管線脫脂。

4 管內(nèi)化學清洗

目的是利用化學物品與管道表面的各種污染物進行溶解和化學反應，以便去油、去污，達到清理管道內(nèi)表面的目的。煤直接液化工藝中的氧氣管線、設備、閥門等在制造、貯存、運輸和安裝過程中，會產(chǎn)生污垢，這些污垢主要包括有機污物(如防銹油等)、泥沙、大顆粒雜質等，會嚴重影響裝置的正常運行，因此須進行化學清洗，使氧氣管線及裝置清潔度達到生產(chǎn)運行的要求，消除安全隱患。

4.1 清洗范圍

清洗范圍包括氧氣管道以及與氧氣管道相連通的氮氣管道和蒸汽管道。

4.2 清洗工藝

清洗工藝見圖2。

圖2 清洗工藝

4.3 預沖洗系統(tǒng)及查漏

先用潔凈水將清洗回路進行預沖洗，其目的是將回路中的灰塵等表面易脫落雜物沖洗干凈，并檢查所建立的化學清洗回路是否完整、暢通和無泄漏。

(1)在水預沖洗回路的過程中，作業(yè)人員應巡視系統(tǒng)，重點注意管路的法蘭、閥門等連接點處是否存在泄漏現(xiàn)象，并對泄漏點采取處理措施。

(2)采用蒸汽加熱預沖洗水至70～80℃，用水泵帶動系統(tǒng)循環(huán)，檢查清洗回路閥門狀態(tài)是否存在短路等現(xiàn)象，并對發(fā)現(xiàn)的問題及時進行處理，從而保證系統(tǒng)清洗質量。

(3)水沖洗至目測進水與出水的澄清度基本一致時結束。

4.4 堿洗

(1)水沖洗完成后，確保系統(tǒng)處于循環(huán)狀態(tài)，并在脫脂水池通入蒸汽加熱，溫度約60℃時，向水池中加入化學清洗用藥品，定期切換清洗系統(tǒng)各路進回液閥門，確保氧氣系統(tǒng)全部管線清洗到位，各循環(huán)回路清洗時間≥0.5h。

(2)堿洗藥劑主要成分包括：氫氧化鈉、磷酸三鈉、碳酸鈉、硅酸鈉、表面活性劑。

(3)清洗用藥品要求見表2。

表2 清洗用藥品要求

堿洗過程中，為保證清洗質量，應控制堿液溫度，并每小時測量1次系統(tǒng)堿液濃度和溫度。

(4)當測得的堿度小于清洗規(guī)定的范圍時，補加堿洗清洗藥劑；若堿度大于清洗規(guī)定的范圍時，先排去部分清洗劑，再補加一些除鹽水，讓配好的堿洗液濃度在規(guī)定范圍內(nèi)。

(5) 系統(tǒng)堿液濃度檢測時，若在1h內(nèi)，連續(xù)2次測量的結果基本保持不變時，開始脫脂劑取樣，油脂含量≤350mg/L為合格。

4.5 系統(tǒng)水沖洗

(1)完成堿洗作業(yè)后，采用除鹽水正、反方向交替進行水沖洗。

(2)為保證水沖洗效果，沖洗水的水溫必須保證≥40℃。

(3)當進回液口的pH值接近中性(pH=6～9)時，即可結束水沖洗。pH值監(jiān)測為1次/15min。

4.6 系統(tǒng)清理及驗收

完成水沖洗后，打開系統(tǒng)低點排放口排盡液體，包括低點導淋和臨時接管，并采用人工清理的方式對系統(tǒng)的死角進行處理。系統(tǒng)堿洗完成后，業(yè)主、監(jiān)理、總包及分包對系統(tǒng)進行油含量檢測。油含量達到清洗要求后，對拆裝部分進行還原復位。

5 蒸汽吹掃

5.1 氧氣系統(tǒng)復位

氧氣系統(tǒng)堿液脫脂完成后，可進行閥門復位，包括儀表閥門和工藝閥門，由于所有閥門廠家已進行過脫脂處理，因此，在閥門安裝前只對焊口處進行嚴格的脫脂處理，有法蘭連接的閥門，其法蘭在安裝前應進行丙酮擦拭，并經(jīng)監(jiān)理確認(采取擦拭法脫脂，同時采取波長320～380nm的紫外光檢查，或使用清潔干燥的白色濾紙擦拭表面，無油痕者為合格)。所有閥門復位后，不再進行堿液脫脂，采用蒸汽吹掃。

5.2 脫脂用蒸汽參數(shù)要求

所需的蒸汽量60t/h；蒸汽壓力為0.5MPa(g)，溫度180～200℃；流速不低于氧氣工作流速。

5.3 蒸汽吹掃程序

(1)氧氣系統(tǒng)管道蒸汽吹掃脫脂前應先進行暖管，暖管過程中應及時排放系統(tǒng)中的冷凝液，并恒溫1h，以檢查氧氣系統(tǒng)管道的熱位移，無異常后方可進行蒸汽吹掃脫脂工作。

(2)蒸汽吹掃脫脂應按“加熱→降溫冷卻排液→再加熱吹掃”的順序循環(huán)進行。

(3)氧氣系統(tǒng)管道蒸汽吹掃采用打靶方法檢查，檢驗合格標準見表3。

表3 檢驗合格標準

(4)氧氣系統(tǒng)管道蒸汽脫脂檢驗方法。在氧氣系統(tǒng)管道最低點處取其蒸汽冷凝液，放入1小?！?mm的純樟腦，以樟腦粒不停旋轉為合格。

(5)氧氣系統(tǒng)管道蒸汽脫脂合格后，采用潔凈氮氣對氧氣系統(tǒng)管道進行吹掃，將積存在管道內(nèi)的蒸汽冷凝液吹干。

6 氮氣吹掃及系統(tǒng)密封

6.1 吹掃和密封目的

(1)進一步清理管內(nèi)的雜質，防止系統(tǒng)介質污染和發(fā)生氧化反應。

(2)將積存在管道內(nèi)的蒸汽冷凝液吹干。

(3)為防止系統(tǒng)二次污染，系統(tǒng)吹掃完成后采用氮氣密封。

6.2 吹掃和密封

(1)吹掃對象包括氧氣管道和與氧氣管道相連的潔凈氮氣管道及蒸汽管道。

(2)氧氣管道采用空分裝置供氣化裝置的吹掃氮氣(5.2MPa、94℃的熱氮氣)管網(wǎng)，并使用經(jīng)燒結金屬過濾器后的清潔氮氣作為氣源進行吹掃。

(3)當觀察到排氣口無煙塵，且在5min之內(nèi)，用來進行吹掃檢驗的白布靶板上無鐵銹、塵土、水分及其他雜物時，視為吹掃合格。

(4)完成管道吹掃后，采用5.2MPa的氮氣進行氣密試驗，檢查合格后，氧氣系統(tǒng)進行氮氣密封。

7 實例說明

中國五環(huán)在神華煤直接液化項目煤制氫裝置的氧氣管道施工過程中，為保證氧氣管道安裝質量，主要采取如下措施。

(1)在采購氧氣管道上閥門、孔板等時，要求制造廠嚴格進行脫脂、脫油處理，并保護完好，防止二次污染。

(2)對所有參與氧氣管道施工的人員進行技術交底，同時強調(diào)氧氣管道的重要性及危險性。

(3)精心挑選焊工，并通過專門考核，確保氧氣管道焊接質量。

(4)選取專業(yè)的化學清洗隊伍，并多方討論確認清洗方案。在清洗過程中，對多個導淋點進行清洗效果檢驗(其中包括對儀表取源管、導壓管的清洗、吹掃等)，確保清洗質量。

(5)選取熟練作業(yè)人員，對氧氣管道進行蒸汽吹掃和熱氮吹掃，保證系統(tǒng)最終的脫脂質量。由于采取了嚴格的氧氣管道施工工藝程序和質量控制程序，使得煤制氫裝置氧氣管道長周期、安全運行。

8 結語

氧氣管道是一種高危介質的輸送管道，易燃易爆，因此，對氧氣管道的施工必須高度重視。須采取正確的氧氣管道施工工藝，保證原材料的質量(包括管道及管道組成件)，保證管道在安裝過程中的質量，保證系統(tǒng)的脫脂質量，嚴格控制原材料、預制、安裝、檢驗與試驗等各環(huán)節(jié)每一道工序的質量，才能保證氧氣管道長周期、安全運行。

修改稿日期： 2016-03-16

Analysis on the Construction Technology of Shell’s Coal Gasification Oxygen Pipeline

GUAN Jia-xi，LI Li-wei

(WuhuanEngineeringCo.，Ltd.，WuhanHubei430223，China)

Taking the construction of oxygen pipeline of coal-made hydrogen plant in the direct liquefaction project of WuHuan Engineering Co.，Ltd.as an example and based on the flammability and explosive characteristics of oxygen pipeline，this paper introduces the technical construction process of Shell’s coal gasification oxygen pipeline from the aspects of oxygen pipeline installation，degreasing and purging.

oxygen pipeline；installation；degreasing；purging

管家喜(1965年—)，男，湖北蘄春人，1988年畢業(yè)于華中理工大學機械工程二系焊接專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)主要從事施工管理等工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.011

TQ545

B

1004-8901(2017)02-0038-04