硫黃制酸蒸汽管道吹掃工藝參數(shù)確定與操作實(shí)踐

申 晨

(中國(guó)化學(xué)工程第十一建設(shè)有限公司，河南 開(kāi)封 475000)

一個(gè)60萬(wàn)t/a的硫酸工廠采用“3+2”的二比二吹掃工藝，其中副產(chǎn)物是過(guò)熱蒸汽。高溫過(guò)熱器出口的蒸汽參數(shù)為3.82 MPa和450 ℃，蒸汽輪機(jī)入口的主要蒸汽參數(shù)為3.43 MPa和435 ℃。因此在系統(tǒng)運(yùn)行后，高速氣流將污垢運(yùn)送出去啟動(dòng)并擊中渦輪葉片，會(huì)導(dǎo)致渦輪機(jī)過(guò)度振動(dòng)并降低渦輪機(jī)效率，甚至侵蝕或損壞渦輪機(jī)葉片，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故。如果不吹掃過(guò)熱器，則灰塵會(huì)積聚在過(guò)熱器的彎管中，在彎頭處會(huì)導(dǎo)致蒸汽流量減少，蛇形管過(guò)熱以及發(fā)生爆炸等嚴(yán)重事故。殘留在過(guò)熱器和蒸汽管道中的沙石殘留物主要由硅酸鹽組成，因此在啟動(dòng)系統(tǒng)后蒸汽溫度和壓力較高，過(guò)熱的高壓蒸汽中含有的過(guò)多的硅酸鹽會(huì)嚴(yán)重影響蒸汽質(zhì)量和蒸汽輪機(jī)的運(yùn)行，降低系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，解決此問(wèn)題很有必要。

1 余熱回收系統(tǒng)概述

1.1 設(shè)備

廢熱回收系統(tǒng)的主要設(shè)備是省煤器5A、省煤器3B、省煤器5C、廢熱鍋爐、低溫過(guò)熱器、中溫過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器。其中，省煤器主要由夾套、集熱器、熱管、翅片管組成，余熱鍋爐為臥式單桶自然循環(huán)鍋爐，主要是由蒸汽鼓、管道系統(tǒng)和進(jìn)口組成。出口煙室以及高溫過(guò)熱器是一種垂直矩形箱形結(jié)構(gòu)，主要由進(jìn)出口頭和螺旋翅片蛇形管組成，蛇形管的直管段帶有散熱片，便于使用和維護(hù)。

1.2 管道

從換熱器鼓出口到中溫過(guò)熱器出口間的蒸汽管直徑為DN300 mm，管材為20 G，管的總長(zhǎng)度為80 m，彎頭總數(shù)為31，直徑為DN300 mm，管道材料為12Cr1MoVG，管道長(zhǎng)度為180 m，有45個(gè)彎頭。因此，總共260 m的管道必須用蒸汽吹掃，并且在90°時(shí)總共要彎曲76個(gè)彎頭，而廢熱回收系統(tǒng)中不考慮過(guò)熱器蛇形管長(zhǎng)度和彎頭數(shù)量。

2 吹管方式與吹管工藝參數(shù)

2.1 吹管方式選擇

2.1.1一段吹管與兩段吹管

根據(jù)要吹掃的管道是否分開(kāi)，有兩種類型的吹管，分別是一段吹管和二段吹管。一段吹管是一種將過(guò)熱器、主蒸汽管線和后加熱蒸汽冷段管線、后加熱器等連接在一起的吹掃方法。兩段吹管是指先吹掃過(guò)熱器和主蒸汽管，然后再清洗過(guò)熱器、主蒸汽管和后加熱蒸汽冷段管，分兩步完成整個(gè)吹掃過(guò)程?？紤]到廢熱鍋爐和發(fā)電廠是硫酸廠的支撐設(shè)備，且該系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，而要吹掃的管道相對(duì)較短，因此只使用吹管的一部分。

2.1.2穩(wěn)壓吹管與降壓吹管

根據(jù)鍋爐系統(tǒng)在吹管時(shí)壓力是否穩(wěn)定，將吹管分為恒壓吹管和減壓吹管。恒壓吹管保持鍋爐進(jìn)、出口的能量平衡，并保持供水和蒸發(fā)的質(zhì)量平衡，這使得鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)的壓力相對(duì)穩(wěn)定。減壓鼓風(fēng)管在鍋爐的減壓過(guò)程中利用存儲(chǔ)在鍋爐中的能量，以便快速釋放蒸汽脈沖以產(chǎn)生鼓風(fēng)管。為了減少吹掃時(shí)間，加快項(xiàng)目進(jìn)度并降低燃料、工時(shí)等成本，確保安全并快速解決意外問(wèn)題，許多項(xiàng)目使用了白天減少壓力吹掃和夜間恒定壓力吹掃方法。

2.2 吹管吹掃力

蒸汽吹掃是利用管內(nèi)蒸汽介質(zhì)流動(dòng)時(shí)的能量(亦稱動(dòng)能)沖刷管內(nèi)銹皮雜物，能量愈大效果愈高，吹掃時(shí)影響蒸汽介質(zhì)能量的因素有：吹掃時(shí)的蒸汽參數(shù)(壓力、溫度)；蒸汽管道的水力特征；吹掃時(shí)閥門開(kāi)度的大小等?？紤]到管道中的廢物、灰塵、沙粒和表面氧化物沉積相對(duì)容易清除，而內(nèi)部的沉積氧化物和焊渣牢固地附著在管壁上，因此需要很大的吹掃才能將其除去。為了確保在正常運(yùn)行條件下沒(méi)有管道壁殘留物被蒸汽吹走并帶入蒸汽輪機(jī)，在吹掃過(guò)程中蒸汽在流動(dòng)方向上對(duì)灰塵的吹掃力至少大于或等于最大吹掃力，這樣在正常操作條件和最大操作條件下，可以獲得良好吹掃效果。

吹掃力F與蒸汽質(zhì)量流量G的平方成正比，并且增加G是增加吹掃力的有效方法?？紤]到所有蒸汽在吹掃過(guò)程中都會(huì)釋放到大氣中并且無(wú)法回收，因此，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)淡化系統(tǒng)的容量、燃料/原料供應(yīng)和成本等因素來(lái)充分確定吹掃期間的鍋爐蒸發(fā)量。由熱力學(xué)可知，在初始溫度和熱通量相同的條件下，物體的最終溫度主要取決于其質(zhì)量和比熱容，質(zhì)量和比熱容越小則物體的最終溫度越高，因此為了降低吹管系統(tǒng)的壓力并提高蒸汽吹掃力，臨時(shí)管應(yīng)盡可能短且簡(jiǎn)單且臨時(shí)管和排氣管的直徑應(yīng)盡可能大，而蒸汽上不必要的閥門和儀表管道應(yīng)拆除。這不僅可以減少壓力損失和系統(tǒng)壓力，還可以保護(hù)閥門和儀表不受損壞。

吹管蒸氣溫度越高則洗滌能力越大，且吹管效率越高，因此吹管蒸汽溫度應(yīng)盡可能接近標(biāo)稱值。在吹掃期間技術(shù)人員應(yīng)暫時(shí)將管道絕緣，以減少管道的散熱并維持蒸汽溫度并避免灼傷。對(duì)于恒壓吹管，鍋爐蒸發(fā)量應(yīng)設(shè)置為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量的45%或更高，而當(dāng)鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量時(shí)，過(guò)熱器的壓降率≥1.4。在吹掃過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)定期檢查過(guò)熱器的吹掃系數(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

2.3 壓降比的分析驗(yàn)證

根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)在測(cè)試吹掃期間測(cè)得的各種吹掃壓力，使用壓降比計(jì)算公式來(lái)打開(kāi)臨時(shí)吹掃閥后，5 s內(nèi)系統(tǒng)壓力急劇下降。此時(shí)，壓降比從極小迅速增加到大于1.5，此時(shí)吹掃蒸汽壓為3.3 MPa。根據(jù)分析，在打開(kāi)臨時(shí)吹掃閥之前系統(tǒng)中的壓力基本相同并且沒(méi)有壓降，而在臨時(shí)吹掃閥的初始階段，蒸汽開(kāi)始流動(dòng)且系統(tǒng)壓差增加，這導(dǎo)致了壓降比增加。打開(kāi)臨時(shí)吹掃閥后的11 s壓降比增大到最大值，且最大值為2.39，吹掃壓力為2.9 MPa，然后隨著吹掃壓力的降低，壓降比逐漸減小，直到打開(kāi)后的臨時(shí)吹掃閥為止在94 s，此時(shí)的吹掃壓力為2.2 MPa，則壓降率會(huì)迅速下降。

3 吹管準(zhǔn)備與要求

DL5190.1-2012《電能結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，施工機(jī)構(gòu)必須具有設(shè)計(jì)資格的機(jī)組的蒸汽吹掃臨時(shí)管道和系統(tǒng)，并且必須根據(jù)設(shè)計(jì)要求來(lái)安裝支架。在這一過(guò)程中臨時(shí)管的材料應(yīng)滿足吹管參數(shù)的要求，排氣管的內(nèi)徑應(yīng)大于被吹掃管的內(nèi)徑，且布置簡(jiǎn)單易拆除。技術(shù)人員在安裝臨時(shí)吹掃連接管之前，必須進(jìn)行全面檢查，然后才能夠根據(jù)正式管道施工過(guò)程進(jìn)行施工。此外，臨時(shí)管道需要由合格的焊工焊接，靶板前面的焊接孔采用氬弧焊進(jìn)行接地處理，并最小化靶板前面的臨時(shí)系統(tǒng)。

吹掃管道后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在卸下的管道中裝上流量裝置和控制閥芯，且吹掃系統(tǒng)應(yīng)配備消音器，并且噪音排放必須符合環(huán)境法規(guī)。吹掃參數(shù)的確定應(yīng)確保在吹掃期間蒸汽對(duì)管壁的清潔能力大于標(biāo)稱條件下對(duì)管壁的蒸汽清潔能力。在吹掃過(guò)程中臨時(shí)控制閥應(yīng)完全打開(kāi)，打開(kāi)時(shí)間應(yīng)少于1 min，吹掃系統(tǒng)的吹管系數(shù)應(yīng)保持>1或系統(tǒng)壓降比>1.4。吹掃蒸汽鼓水壺時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)將壓降調(diào)整為不超過(guò)42 ℃的飽和溫度，在這一過(guò)程中如果壓力升至0.3～0.5 MPa，技術(shù)人員需要對(duì)蒸汽管系統(tǒng)的所有螺釘進(jìn)行熱檢查，并在吹掃后及時(shí)檢查臨時(shí)管道的安裝質(zhì)量。

4 吹管實(shí)施

4.1 試吹掃

使用測(cè)試吹掃液是為了使操作團(tuán)隊(duì)熟悉系統(tǒng)、設(shè)備和閥門的性能，從而能夠更好地控制操作過(guò)程。在吹掃過(guò)程中，技術(shù)人員需要確定相關(guān)的蒸汽參數(shù)以確定正式吹掃過(guò)程的參數(shù)。此外，審查人員還應(yīng)當(dāng)審查臨時(shí)管道和支架的設(shè)計(jì)、構(gòu)造和安裝，讓蒸汽管線清潔工作組熟悉其工作并加強(qiáng)相互合作。此外，在吹掃過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)將臨時(shí)管道出口和消音器置于打開(kāi)狀態(tài)，以與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)保持足夠的安全距離。如果沒(méi)有足夠的安全距離則應(yīng)保護(hù)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)和管道走廊，技術(shù)人員直接需要加強(qiáng)溝通、協(xié)調(diào)和警惕。在吹掃期間，禁止任何人員進(jìn)入吹掃警告區(qū)域。

4.2 正式吹掃

試驗(yàn)吹掃完成后，技術(shù)人員將進(jìn)行正式吹掃，正式吹掃需要根據(jù)時(shí)間表來(lái)執(zhí)行吹管工作。設(shè)備操作組主要執(zhí)行硫酸系統(tǒng)的操作并記錄系統(tǒng)壓力、液位、溫度和其他參數(shù)。技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)主要確定工藝參數(shù)、監(jiān)視吹塑工藝數(shù)據(jù)并處理意外問(wèn)題。施工協(xié)調(diào)小組進(jìn)行管道的臨時(shí)安裝和檢查、流量計(jì)和閥門組件的拆卸和組裝、隔熱、擰緊螺釘以及更換目標(biāo)板。安全警告小組負(fù)責(zé)安全檢查。

4.3 吹管期間的余熱鍋爐操作

余熱鍋爐是硫酸廠的核心設(shè)備之一，因此對(duì)鍋爐液位的控制是運(yùn)行控制的重點(diǎn)。在鼓風(fēng)過(guò)程中鍋爐系統(tǒng)的蒸汽流量、壓力和溫度變化很大，因此要特別注意鍋爐液位、鍋爐給水量，以及主蒸汽排放閥和臨時(shí)吹掃閥的操作與配合。由于單個(gè)吹管的處理時(shí)間短，因此系統(tǒng)設(shè)置被延遲，這使得在測(cè)試吹掃過(guò)程中，技術(shù)人員很難控制鍋爐液位，并且鍋爐液位的數(shù)量往往會(huì)超過(guò)或低于最大或最小警告線。技術(shù)人員經(jīng)過(guò)幾次嘗試和測(cè)試吹掃的設(shè)置，分析了鍋爐液位的變化規(guī)律，總結(jié)了控制鍋爐液位和幾種閥門設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)，從而確保了鍋爐液位保持在預(yù)定的工作范圍內(nèi)。在正式吹管期間，廢熱鍋爐的液位變化會(huì)表現(xiàn)為鍋爐液位略有下降，且100 s后，鍋爐液位緩慢降至67%。

4.4 吹管完成與驗(yàn)收

在吹掃開(kāi)始時(shí)臨時(shí)吹掃閥需要保持開(kāi)放。在這一過(guò)程中考慮到蒸汽的排出速度比廢熱鍋爐的蒸汽產(chǎn)生速度慢，鍋爐壓力略有上升則液位略有下降。在釋放大量蒸汽后，鍋筒中的蒸汽會(huì)帶走一部分水滴，從而使鍋爐的液位不準(zhǔn)確。技術(shù)人員此時(shí)不能盲目地減少鍋爐給水量，而是應(yīng)當(dāng)在管道吹掃完成后再關(guān)閉臨時(shí)吹掃閥，此時(shí)鍋爐系統(tǒng)中的壓力升高，鍋爐液位迅速下降。

DL/T1269-2013《用于產(chǎn)生熱能的設(shè)備的蒸汽吹送準(zhǔn)則》規(guī)定，用于測(cè)試吹掃效果的目標(biāo)板寬度應(yīng)為臨時(shí)排氣管內(nèi)徑的8%，而板上的撞擊痕跡的粒度≤0.8 mm，在吹掃超過(guò)10天及100次后，技術(shù)人員需要多次檢查目標(biāo)板以確定其符合規(guī)格要求，并完成整個(gè)蒸汽管吹掃流程。

5 總結(jié)與建議

硫黃制酸性廢熱系統(tǒng)投入運(yùn)行之前，必須吹掃蒸汽管線，以除去管道中的各種殘留物，以改善蒸汽質(zhì)量，并確保廢熱鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。因此技術(shù)人員在吹掃過(guò)程中，需要檢查鍋爐液位并在吹掃之前適當(dāng)降低鍋爐液位，并確保在吹掃過(guò)程中不要盲目地降低鍋爐液位，一定要事先增加鍋爐給水量。吹管完成后，嘗試將鍋爐液位保持在要求的范圍內(nèi)并與設(shè)備和安全巡邏隊(duì)聯(lián)系，以確保吹管安全，從而快速、安全地完成工作。