殼牌煤氣化水汽系統(tǒng)投用前的特殊施工措施分析

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(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

殼牌煤氣化工藝主要有：殼牌 SCGP上行氣激冷和殼牌Hybird下行水激冷兩種工藝，煤氣化溫度約1 400～1 600 ℃，氣化爐全部采取阿爾斯通(Alstom)水冷膜式壁雙層氣化爐，氣化爐水冷膜式壁系統(tǒng)既是確保氣化關(guān)鍵設(shè)備氣化爐平穩(wěn)運(yùn)行、粗合成氣降溫的第一道屏障，同時(shí)也可充分利用氣化余熱生產(chǎn)工藝裝置所需的中壓飽和蒸汽(271 ℃、5.51 MPa(a))。

水汽系統(tǒng)是氣化爐降溫、產(chǎn)汽的循環(huán)系統(tǒng)，包括鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)、水冷膜式壁、中壓汽包、磷酸加藥系統(tǒng)等。

水汽系統(tǒng)是氣化工序的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)的平穩(wěn)良好運(yùn)行是氣化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)和前提。由于水冷膜式壁壁管內(nèi)部霧化噴嘴口的直徑在Φ6～8mm范圍內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)微小物質(zhì)的堆積、顆粒狀(不規(guī)則和規(guī)則)物體、耐高溫軟體物質(zhì)等都將對壁管的長期穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重安全隱患。水汽系統(tǒng)投用前采取的一系列特殊施工措施，將決定項(xiàng)目施工建設(shè)周期和生產(chǎn)裝置長期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

本文以殼牌Hybird下行水激冷工藝氣化裝置水汽系統(tǒng)特殊施工措施和系統(tǒng)投用為例進(jìn)行分析。

1 水汽系統(tǒng)投用前的施工作業(yè)流程

水汽系統(tǒng)投用前的施工作業(yè)流程見圖1。

圖1 水汽系統(tǒng)投用前施工作業(yè)流程

2 水汽系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備安裝、調(diào)試

水汽系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備主要由氣化爐、中壓汽包、中壓循環(huán)水泵、磷酸加藥裝置組成。設(shè)備安裝施工工藝流程見圖2。

圖2 設(shè)備安裝施工工藝流程

2.1 設(shè)備安裝前準(zhǔn)備

(1)核對會審相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)文件，核查設(shè)備地腳螺栓，核對設(shè)備接管支管尺寸和開口方位。

(2)按照設(shè)計(jì)文件和設(shè)備采購合同技術(shù)附件，對開箱驗(yàn)收的設(shè)備本體、設(shè)備開車備品備件、設(shè)備兩年開車備品備件的數(shù)量、外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，對設(shè)備支管管口的保護(hù)措施進(jìn)行檢查。

(3)設(shè)備安裝/吊裝方案上報(bào)、審核、批準(zhǔn)，重點(diǎn)落實(shí)吊裝方案的各項(xiàng)措施。

2.2 設(shè)備內(nèi)部清理及保護(hù)

(1)為保障設(shè)備內(nèi)件在運(yùn)輸過程中不受損害，氣化爐設(shè)備內(nèi)部換熱器熱漲膨脹節(jié)、部分外接設(shè)備管口膨脹節(jié)、膜式水冷壁與爐外殼滑動限位部位等都做了臨時(shí)固定和加固，在設(shè)備安裝就位檢查合格后，上述部位臨時(shí)固定措施按照設(shè)備廠家說明逐一拆除，并在有關(guān)方見證下，逐一登記。

(2)氣化爐排渣口環(huán)形空間與水冷合成氣出口水封面及時(shí)做好保護(hù)，杜絕任何雜物掉落、遺留至水封夾套內(nèi)。

(3)氣化爐設(shè)備接管口的臨時(shí)封閉，尤其是水汽系統(tǒng)接管口，必須做好臨時(shí)硬性(鐵板或者木板封堵包扎)封閉，杜絕落物掉入管口內(nèi)，造成設(shè)備膜式水冷壁管堵塞。

(4)中壓汽包、鍋爐管、蒸汽發(fā)生器、回液管等構(gòu)部件內(nèi)部固定的加固、內(nèi)部加工鐵屑、鐵銹以及任何制造遺留物全部清理出設(shè)備；并在后續(xù)進(jìn)入該設(shè)備時(shí)做好人員進(jìn)出、物資和施工機(jī)具進(jìn)出的登記，避免任何物品遺留在設(shè)備內(nèi)。

2.3 機(jī)泵單機(jī)試車

(1)由于中壓循環(huán)水泵機(jī)械密封沖洗方式為PLAN 23型，且單機(jī)試車初期水汽系統(tǒng)內(nèi)部會存在較多的施工殘留物、銹皮、焊接飛濺物等微小固體顆粒，必須經(jīng)水汽系統(tǒng)外循環(huán)清洗處理，外循環(huán)合格前必須采取外接清潔密封沖洗水。中壓循環(huán)水泵揚(yáng)程66.4 m，外接清潔密封沖洗水的最小壓力選定0.7 MPa(a)。

(2)在單機(jī)試車之前應(yīng)密切觀察機(jī)封排氣口，同時(shí)在機(jī)泵運(yùn)行期間定期關(guān)注該排氣口，避免出現(xiàn)氣體大量擁擠，造成機(jī)封損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

3 水汽系統(tǒng)管道預(yù)制、安裝

水汽系統(tǒng)屬于中壓飽和汽水系統(tǒng)，正常工作溫度范圍在230～280 ℃，正常操作壓力在5.0～6.2 MPa(a)，管材材質(zhì)一般選擇15CrMoG，管道口徑DN25～450，管材壁厚δ=4.5mm～22mm，焊接達(dá)因量約6 800DIN。水汽系統(tǒng)管道施工工藝流程見圖3。

圖3 水汽系統(tǒng)管道施工工藝流程

3.1 管道內(nèi)外壁噴砂除銹

(1)材料(特指管材、彎頭、三通、大小頭)到場經(jīng)外觀尺寸和金相組織檢驗(yàn)合格后，為徹底清除熱軋鋼材及管件內(nèi)部存在的重皮、氧化鐵皮等凝結(jié)塊物不定時(shí)地脫落的問題，必須對上述材料開展內(nèi)壁噴砂除銹，按GB50726—2011除銹等級SA2.5級要求執(zhí)行。

(2)噴砂除銹后的材料，及時(shí)清除管內(nèi)噴砂材料并封閉管口。

(3)對上述材料的堆放做到下鋪上蓋，杜絕返潮及管內(nèi)壁二次污染。

(4)嚴(yán)格控制噴砂后材料領(lǐng)用的去向，做到使用多少領(lǐng)用多少，做好跟蹤管理。

(5)系統(tǒng)外循環(huán)時(shí)所需用的臨時(shí)管材及管件，同樣必須內(nèi)壁噴砂處理和保護(hù)。

3.2 管道及組成件安裝

(1)管道安裝執(zhí)行GB 50235—2010金屬管道安裝要求，且所有水汽系統(tǒng)管線焊接必須采取氬弧焊打底。

(2)所有管道儀表一次取源口開孔接管，必須在管道預(yù)制期間實(shí)施，并及時(shí)清除管內(nèi)孔口毛刺、飛濺、鐵屑，最好選用管道開孔器開孔。

(3)每個(gè)預(yù)制管節(jié)或者管段在預(yù)制期間要及時(shí)封閉管口，杜絕雜物污染。

(4)禁止將施工機(jī)具、焊接材料、消耗材料放入管內(nèi)存放，避免遺忘。

(5)管道安裝前，必須檢查每根預(yù)制管節(jié)的管內(nèi)清潔度之后，才允許點(diǎn)焊及焊接現(xiàn)場固定口。

3.3 管道與設(shè)備焊接接管口預(yù)留

(1)水汽系統(tǒng)設(shè)備連接管線與設(shè)備連接管口基本屬于焊接管口，由于設(shè)備采用中壓系統(tǒng)，機(jī)泵進(jìn)出口與中壓汽包連接管線可以全部施工，與進(jìn)出氣化爐水冷壁的管口要全部預(yù)留，先行完成設(shè)備之間配管，并完成配管系統(tǒng)的外循環(huán)清潔清洗后，才允許與氣化爐水冷壁進(jìn)出口接管連接。

(2)注意水汽系統(tǒng)管道材質(zhì)與氣化爐水冷壁接管材質(zhì)的區(qū)別，如果存在異種鋼焊接問題，提前做好規(guī)劃和焊接工藝評定的制作。

(3)在氣化爐水冷壁接管口預(yù)配管期間，可以打開該部分管口的臨時(shí)硬性保護(hù)，在預(yù)制完成后，要及時(shí)拆下預(yù)制管段，同時(shí)恢復(fù)氣化爐水冷壁接管口的臨時(shí)硬性保護(hù)，避免污染氣化爐水冷壁管線和系統(tǒng)。

3.4 水壓試驗(yàn)后預(yù)留管口焊接

(1)該部分管口焊接必須采取100%無損檢測，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量和焊接效率。

(2)滿足GB 50235—2010規(guī)定熱處理要求的焊縫，需要對其采取熱處理，確保系統(tǒng)質(zhì)量安全。

4 系統(tǒng)壓力試驗(yàn)

由于系統(tǒng)存在較多設(shè)備接管口與管道的焊接管口，所以按照GB50235—2010要求，水汽系統(tǒng)的試驗(yàn)壓力按照試驗(yàn)壓力計(jì)算公式：

PT=1.5P[σ]T/[σ]t

PT為試驗(yàn)壓力， MPa(a)；P為設(shè)計(jì)壓力， MPa(a)；[σ]T為試驗(yàn)溫度下材料的許用應(yīng)力， MPa(a)；[σ]t為設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力， MPa(a)。

由于系統(tǒng)已經(jīng)與中壓汽包設(shè)備焊接連通，管道計(jì)算試驗(yàn)壓力和設(shè)備強(qiáng)度試驗(yàn)壓力的較小值可作為系統(tǒng)強(qiáng)度試驗(yàn)的壓力值，但是前提是設(shè)備強(qiáng)度試驗(yàn)壓力≥PT×77%，并經(jīng)建設(shè)單位或設(shè)計(jì)單位同意。

5 水汽系統(tǒng)外循環(huán)(正反沖洗)

水汽系統(tǒng)外循環(huán)是指水汽關(guān)鍵設(shè)備中壓汽包、中壓循環(huán)水泵、磷酸加藥與氣化爐相互之間的管道連接完畢，氣化爐膜式水冷壁接管口除外，膜式水冷壁換熱器進(jìn)水口分別與出汽口一對一跨接，旁路分離水冷壁，先行完成外部系統(tǒng)循環(huán)沖洗清潔，俗稱水汽系統(tǒng)外循環(huán)。

正反沖洗是指泵進(jìn)出口系統(tǒng)對換，正沖洗代表按照正常的工藝操作流程開展機(jī)泵運(yùn)行沖洗作業(yè)(泵進(jìn)出口不變)；反沖洗代表按照正常工作操作的反流程開展機(jī)泵運(yùn)行沖洗作業(yè)(泵原進(jìn)口系統(tǒng)變成目前泵的出口系統(tǒng)，泵原出口系統(tǒng)變成目前泵的進(jìn)口系統(tǒng))，正反沖洗就是可以周期性或者不定期性切換泵進(jìn)出口系統(tǒng)，達(dá)到對系統(tǒng)多次正反沖洗，改變系統(tǒng)水流紊流，最大程度避免水流死角，帶出系統(tǒng)內(nèi)雜物。

水汽系統(tǒng)外循環(huán)操作工序見圖4。

圖4 水汽系統(tǒng)外循環(huán)操作工序

5.1 氣化爐水冷壁跨接臨時(shí)管線的施工

(1)中壓循環(huán)水泵進(jìn)入氣化爐水冷壁換熱器入口管線為PCW1、出口管線為PCW2，其中PCW2連接管口13個(gè)，PCW1連接管口14個(gè)。

(2)氣化爐水冷壁共計(jì)分為上錐頂蓋(1進(jìn)1出)、上椎體(1進(jìn)1出)、中間換熱面(4進(jìn)4出、1個(gè)排氣口、2個(gè)排污口作為進(jìn)水口)、燒嘴(4進(jìn)4出)、下椎體(2進(jìn)2出)，所以各個(gè)換熱面進(jìn)口與出口相互跨接，1個(gè)排氣口與1個(gè)排污口跨接，多出1個(gè)排污口與下椎體并聯(lián)跨接。

(3)同步也相當(dāng)于采取了跨接口最短距離原則。

(4)所有臨時(shí)管線的焊接必須與正式工藝管線焊接質(zhì)量要求相同，確保內(nèi)部清潔。

5.2 中壓循環(huán)泵進(jìn)出口正反沖洗臨時(shí)管線的施工

(1)正反沖洗的臨時(shí)管配置見圖5。

(2)系統(tǒng)的正反沖洗必須同正同反。

(3)做好每根臨時(shí)管最低點(diǎn)排水工作，杜絕存在“凹袋”現(xiàn)象，導(dǎo)致不能排放檢查存水清潔度或是否有顆粒等雜物的情況。

(4)所有臨時(shí)管線的焊接必須與正式工藝管線焊接質(zhì)量要求相同，確保內(nèi)部清潔。

圖5 泵正反沖洗臨時(shí)管線配置

注：1—中壓循環(huán)水泵；2—泵入口過濾器；3—臨時(shí)三通；4—臨時(shí)閥門；5—泵入口總分布管；6—泵出口止回閥；7—泵出口總分布管；8—臨時(shí)接管

5.3 泵進(jìn)口管道過濾器的拆洗回裝

(1)泵入口過濾器嚴(yán)格按照正常工藝操作參數(shù)，前后壓差不得高于40 kPa；任何一臺泵進(jìn)口過濾器壓差大于該數(shù)值時(shí)，立即停泵清洗濾網(wǎng)。

(2)管道過濾器由于要經(jīng)常拆卸，且外循環(huán)期間壓力為純靜壓，所以過濾器安裝墊片可以采用不脫落型的聚四氟乙烯板等臨時(shí)墊片，不允許使用易脫落碎物型的臨時(shí)墊片。

(3)每次拆洗過濾器建議做好記錄，歸類清洗出雜物的種類和數(shù)量，以便有效和針對性地確認(rèn)系統(tǒng)內(nèi)部清潔度，同時(shí)為以后類似項(xiàng)目管道施工積累經(jīng)驗(yàn)。

5.4 水汽系統(tǒng)外循環(huán)正反沖洗

(1)水汽系統(tǒng)外循環(huán)的前提是中壓循環(huán)水泵的單機(jī)試車和聯(lián)動試車等機(jī)泵性能保障。

(2)外循環(huán)正式開始之前，依靠中壓汽包蓄水對管道系統(tǒng)進(jìn)行靜壓沖洗，排放口設(shè)置在泵進(jìn)出口分布總管上(盲蓋法蘭處)。

(3)外循環(huán)前期可能出現(xiàn)較大面積的系統(tǒng)內(nèi)雜物堵塞過濾器的情況，同時(shí)系統(tǒng)水流也會將雜物帶入設(shè)備內(nèi)部，所以要多次、定期對設(shè)備進(jìn)行內(nèi)部檢查清理，尤其是泥漿等粉末狀雜物。

(4)外循環(huán)前期由于清洗過濾器，需要大面積排水，應(yīng)在該機(jī)泵處設(shè)置大型地漏管線，以便有效排水。

(5)外循環(huán)正反沖洗要有序開展，根據(jù)濾網(wǎng)雜物情況，合理分配調(diào)整正反沖洗時(shí)間。直至系統(tǒng)在確保泵連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行24h以上，泵入口過濾器前后壓差與啟泵時(shí)基本無變化，濾網(wǎng)上基本無雜物(微小物質(zhì)的累堆積、顆粒狀(不規(guī)則和規(guī)則)物體、耐高溫軟體物質(zhì))時(shí)，可以再開展大流量沖洗。

(6)開展外循環(huán)系統(tǒng)大流量沖洗。大流量沖洗是指，中壓循環(huán)水泵額定流量是446 m3/h，設(shè)備正常操作時(shí)是2開1備，為更好提升系統(tǒng)內(nèi)水流量，在短期內(nèi)同時(shí)啟動3臺水泵，加大系統(tǒng)水沖刷，檢驗(yàn)是否還有雜物，達(dá)到第5條所述情況，即視為外循環(huán)合格。

6 水汽系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)(正反沖洗)

水汽系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)是指水汽系統(tǒng)外循環(huán)合格后，連接外循環(huán)系統(tǒng)與氣化爐膜式水冷壁進(jìn)出口管線，帶動水冷壁一起循環(huán)，沖洗水冷壁內(nèi)部，俗稱水汽系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。其工作流程如下。

(1)氣化爐跨接臨時(shí)管拆除，工藝管線與氣化爐正式碰口焊接，嚴(yán)格執(zhí)行管道施工要求。

(2)開始內(nèi)循環(huán)的前2天，為更好地形成系統(tǒng)內(nèi)水紊流，需要開展多次正反沖洗，同樣依據(jù)過濾器前后壓差記錄過濾器清洗次數(shù)、清洗時(shí)間以及內(nèi)循環(huán)大流量沖洗開始的時(shí)間等。

(3)內(nèi)循環(huán)大流量沖洗完成后，泵進(jìn)出口正反沖洗的臨時(shí)管線全部拆除，恢復(fù)正式工藝管線連接形式。

(4)啟動2臺中壓循環(huán)水泵，按照工藝文件要求開展氣化爐水冷壁水流速預(yù)測試，確保每根水冷壁管通水流量滿足工藝包供應(yīng)商的工藝指標(biāo)。

(5)經(jīng)多次測量確保每根水流量指標(biāo)滿足要求后，即代表內(nèi)循環(huán)結(jié)束。

7 水汽系統(tǒng)投用

水氣系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)合格后，按照工藝商殼牌的工藝文件和氣化爐內(nèi)件專利商文件要求，正式對氣化爐膜式水冷壁每根水冷壁管進(jìn)行編號，登記水流量值，即第一次水流速測試，經(jīng)氣化爐內(nèi)件專利商分析合格后，即可按照專利商文件要求開展水汽系統(tǒng)兩次煮爐(酸洗鈍化)和第二次水流速測試。水流速第二次測試完成后，代表項(xiàng)目水汽系統(tǒng)完全具備投用條件。

8 結(jié)語

殼牌煤氣化裝置水汽系統(tǒng)關(guān)系到氣化裝置的建設(shè)，既是耗時(shí)最長的關(guān)鍵線路，也是氣化關(guān)鍵設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行的基石。經(jīng)上述特殊施工措施的執(zhí)行，中國五環(huán)工程有限公司承建的貴州天福、呼倫貝爾金新等多個(gè)項(xiàng)目煤氣化裝置未出現(xiàn)氣化爐水冷壁堵塞、水冷壁割管現(xiàn)象，充分驗(yàn)證了嚴(yán)格、有效的施工管理措施和施工過程控制可以高效地完成項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)，確保項(xiàng)目長期穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也為國內(nèi)外相關(guān)氣化裝置的建設(shè)運(yùn)行提供了經(jīng)驗(yàn)。