Feb. 2009化肥設(shè)計(jì)第47卷第1期●30●Chemical Fertilizer Design2009年2月Shell煤氣化裝置的設(shè)備及管道布置設(shè)計(jì)彭愛軍(中國(guó)五環(huán)工程有限公司,湖北武漢430223)摘要: Shell煤氣化裝置具有工藝流程復(fù)雜、自動(dòng)控制要求高、氣化溫度和壓力高、介質(zhì)和管線種類繁多等特點(diǎn)，工程設(shè)計(jì)中設(shè)備及管道布置難度較大。筆者結(jié)合幾套典型的Shell煤氣化裝置的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，闡述了磨煤及干燥、煤加壓及輸送煤氣化、除渣濕洗、除灰、初步水處理等工序的關(guān)鍵設(shè)備及關(guān)鍵工藝管道的布置設(shè)計(jì)要點(diǎn);提出了優(yōu)化設(shè)備管道布置設(shè)計(jì)的建議。關(guān)鍵詞: Shell煤氣化裝置;工程設(shè)計(jì);設(shè)備;管道;布置中圖分類號(hào): TQ545文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編 號(hào):1004 - 8901(2009)01 -0030 -03Design for Equipment/Piping Layout of Shell Coal Gasification PlantPENG Ai-jun(China Wuhuan Enginering Co. , ld., Wuhan Huberi 43023 China)Abstract: Shell coal gasication plant has a series of fealures with complex process Alow. high requirement of automatie control, high temperature/resure for gasification, varous kinds of media and pipelines and s0 on, the layout of equipment / piping is more dificult in the design of projeet, in com-binalion with the engineeing practice of a few of uypical Shell coal gasification Plants, author has described the layout design gist for the key equipmentand the key process piping for the section of coal mlling and dring, coal pesurizing and conveying. coal gasification, slag removal/ wel scnubbing, dustremoval, preliminary water treatment etc. ; has presented the proposal for optimizing the equipmen/ piping layout design.Key words: Shell coal gasification plant; project design; equipment; piping; layout中國(guó)五環(huán)工程有限公司從2003年成功設(shè)計(jì)國(guó)2關(guān)鍵設(shè)備的布置內(nèi)第1套Shell煤氣化裝置(湖北雙環(huán)Shell煤氣化裝置)以來(lái),現(xiàn)已成功完成了8套Shell煤氣化裝置2.1磨煤及干燥工序的詳細(xì)工程設(shè)計(jì),其中投煤量1 000 V/d的3套,該工序的設(shè)備布置應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。2 000V/d的5套。湖北雙環(huán)煤氣化裝置成功投產(chǎn)(1)首先要確定磨煤機(jī)和碎煤倉(cāng)的定位尺寸，已有1年之多,各項(xiàng)工藝指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。.以稱重給煤機(jī)進(jìn)出口不小于2000mm為準(zhǔn),碎煤倉(cāng)這幾套煤氣化裝置有的配套生產(chǎn)合成氨,有的配套的出口標(biāo)高則以稱重給煤機(jī)的高度為基準(zhǔn)。生產(chǎn)甲醇和氫氣,其裝置地域亦分布在北方和南(2)碎煤倉(cāng)體積較大,再加上操作荷載,當(dāng)長(zhǎng)方。因其工藝和地域的差別,對(duì)各套裝置工程設(shè)計(jì)達(dá)10m的錐體被煤充滿時(shí),由于裝載偏心，整個(gè)錐的要求也不盡相同,體現(xiàn)出不同特點(diǎn)。筆者以下體會(huì)產(chǎn)生較大的水平拉力,因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與設(shè)備專集中歸納各煤氣化裝置在工程設(shè)計(jì)中所遇到的.業(yè)協(xié)商,在錐體的適當(dāng)高度增設(shè)滑動(dòng)支座以解決拉以及特別需要引起注意的問(wèn)題，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)的力問(wèn)題,避免錐體承受過(guò)大的水平拉力而將錐體與簡(jiǎn)體的環(huán)焊縫拉裂。體會(huì)和建議。(3)磨煤機(jī)上方的樓面標(biāo)高要綜合考慮磨煤.1設(shè)備及管道布置概況機(jī)起重吊車、磨煤機(jī)進(jìn)口的標(biāo)高及梁高,并留出-Shell煤氣化裝置的工藝流程、儀表自控技術(shù)極定的凈空。中國(guó)煤化工:大單件起重質(zhì)量其復(fù)雜,氣化系統(tǒng)溫度和壓力較高,介質(zhì)和管道種類繁多,設(shè)備體積龐大且吊裝困難,主框架高,樓層多，作者簡(jiǎn)，.MCHC N M.H .19年6月畢業(yè)于且混凝土和鋼結(jié)構(gòu)樓層之間均在不同位置設(shè)計(jì)了倒鄭州大學(xué)化工工藝專業(yè)，高級(jí)工程師,從事化工裝置設(shè)備及管道設(shè)V型支撐,因此,設(shè)備及管道布置設(shè)計(jì)的難度較大。計(jì)工作。第1期彭愛軍Shell 煤氣化裝置的設(shè)備及管道布置設(shè)計(jì)●31.確定單軌吊噸位,以風(fēng)機(jī)殼清灰口高出地面500mm的角度和各個(gè)設(shè)備吊裝方案來(lái)確定支撐點(diǎn)標(biāo)高和以上確定支撐點(diǎn)標(biāo)高。后澆梁板的條件;對(duì)于飛灰貯倉(cāng)的支撐高度要依據(jù)(5)由于熱風(fēng)爐出口與磨煤機(jī)進(jìn)口相距較近，下灰方式確定其出口高度后再定;同時(shí)在高溫高壓且介質(zhì)溫度在250 C以上,應(yīng)盡量以兩者管口中心飛灰過(guò)濾器頂部設(shè)計(jì)合適噸位的吊車,隨整個(gè)煤氣線同高來(lái)確定熱風(fēng)爐的支撐點(diǎn)標(biāo)高?；蚣芄灿?并在約46 m高的樓層設(shè)計(jì)接力吊車。2.2 煤加壓及輸送工序2.6初步水處理 及公用工程工序該工序設(shè)備布置的要點(diǎn)如下。由于各個(gè)取樣，點(diǎn)和泵等眾多排放點(diǎn)的污水大(1)因該工序的設(shè)備布置基本上是按照葫蘆部分經(jīng)過(guò)自流匯集于排污水收集槽,因此布置排污串的方式,因此,需吊裝設(shè)備的布置應(yīng)嚴(yán)格按吊裝水收集槽時(shí)要保證其與所有排污點(diǎn)有足夠的高差。方案進(jìn)行,并提出結(jié)構(gòu)條件。加熱高壓氮?dú)庥脩艟诟邩菍?因此應(yīng)將高壓氮?dú)?2)整個(gè)工序基本上是重力流和氣粉管線,上貯罐和加熱器布置在較高樓層,這樣可以節(jié)省大量下層的有關(guān)聯(lián)的設(shè)備應(yīng)盡量縮短水平跨距和增加的蒸汽伴管。對(duì)于蒸汽閃蒸槽的各個(gè)水冷器,若配.高差,以便更好地滿足管道斜度的要求。尤其是煤有泵,不僅要保證泵的吸人高度,同時(shí)要考慮北方粉給料倉(cāng)的標(biāo)高要以其粉煤出管口標(biāo)高為準(zhǔn)，保證地區(qū)防凍。充氣錐.管道充氣器開關(guān)閥、流量調(diào)節(jié)角閥以及去燒嘴管線的安裝要求。3關(guān)鍵工藝管道和公用管道的布置(3)小型袋式過(guò)濾器的平面定位要為眾多的3.1磨煤、加壓及輸送工序支管連接到匯集總管留足空間。該工序管道布置設(shè)計(jì)的若干要點(diǎn)如下。(4)由于混凝土和鋼結(jié)構(gòu)樓層之間均在不同位置(1)因循環(huán)風(fēng)機(jī)和熱風(fēng)爐布置在同一個(gè)區(qū)域,設(shè)計(jì)了倒V型撐，配管時(shí)要注意避開這些鋼結(jié)構(gòu)件。為了預(yù)留風(fēng)機(jī)的檢修和吊裝空間,應(yīng)將熱風(fēng)爐前復(fù)2.3 煤氣化工序雜的管線集中布置在熱風(fēng)爐的中軸線兩邊,并且為該工序設(shè)備布置設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)如下。(1)氣化爐和合成氣冷卻器的布置設(shè)計(jì)要嚴(yán)這些管線設(shè)計(jì)1個(gè)高約2.5 m的鋼平臺(tái)。這樣不僅方便集中操作控制，更為地面讓出了通道。格按吊裝方案預(yù)留梁和吊裝孔。(2)較高的小型設(shè)備上方樓面要設(shè)計(jì)吊裝孔,(2)磨機(jī)出口斜45°的方管要避開其上方吊車這是特別易忽視的問(wèn)題。同時(shí)可將帶有現(xiàn)場(chǎng)液位軌道,同時(shí)設(shè)計(jì)2對(duì)可拆卸法蘭,以方便檢修磨機(jī)。(3)出循環(huán)風(fēng)機(jī)人熱風(fēng)爐的φ1 600 mm的倒U計(jì)的設(shè)備支座由支耳改為裙座。(3)對(duì)于布置在同一樓層的泵與液體貯槽,要.型管道必須要在其上方樓板設(shè)計(jì)吊點(diǎn)。以泵的吸人口高度確定相應(yīng)貯槽(如調(diào)和水緩沖.(4)因整個(gè)磨煤工序大口徑的管線均貼近2個(gè)框架邊緣向上布置,因此需要預(yù)先為這些管線設(shè)計(jì)罐)的支撐高度。(4)循環(huán)水泵除了在其.上方梁底設(shè)計(jì)吊車外，大型鋼結(jié)構(gòu)聯(lián)合支架,以便結(jié)構(gòu)框架同時(shí)設(shè)計(jì)。(5)重力流和氣粉管線在保證斜度的同時(shí),應(yīng)還要適當(dāng)延長(zhǎng)軌道,以方便將電機(jī)吊回地面。(5)使用循環(huán)冷卻水的水冷器和取樣器不宜盡量將其上的壓力調(diào)節(jié)閥和開關(guān)閥放置于最高層，布置在高于24m的樓面上,以防水壓不夠而影響并且集中布置于高出樓面-定的高度。 這樣,介質(zhì)減壓后經(jīng)過(guò)較短管線就進(jìn)人低壓回收系統(tǒng)，不僅可冷卻效果。2.4除渣濕洗工序以防堵,還可以方便操作檢修。因破渣機(jī)渣收集器和排渣槽基本上是管口與(6)垂直管線上的開關(guān)閥應(yīng)盡量布置在高出管口直連，只要考慮渣收集器的恒力吊、各自的吊樓面1m左右,其支管上的止回閥或切斷閥應(yīng)靠近裝方案和破渣機(jī)檢修吊車等條件即可。另外由于主管,同樣可防堵。渣池水冷卻器抽芯清洗頻率較高,而且基本上是互為(7)根據(jù)煤氣化裝置的開車經(jīng)驗(yàn),從各個(gè)煤燒備用,介質(zhì)較臟,應(yīng)布置在地面。洗滌塔因設(shè)備較高，嘴返回的煤粉管線在經(jīng)過(guò)減壓管后,為防磨損,不因此要根據(jù)吊裝方案來(lái)設(shè)計(jì)后澆梁和吊裝孔，同時(shí)要中國(guó)煤化工管件過(guò)渡。在各個(gè)人孔正上方梁底設(shè)計(jì)裝卸填料用的吊車。3.22.5 除灰工序TYHCNMH G求嚴(yán)格,空間分因工藝介質(zhì)及布置要求與煤加壓及輸送工序?qū)佣?。在管道布置時(shí)先要考慮操作通道,尤其要為相似,所以在做設(shè)備布置設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)以重力流管線(下轉(zhuǎn)第34頁(yè))化肥設(shè)計(jì)2009年第47卷其中,W為管道自重(包括管重、保溫重、介質(zhì)塔與再沸器的管口受力將嚴(yán)重超標(biāo)，故考慮在4個(gè)重和剛性元件重),P為壓力,T為溫度,F為集中支耳處設(shè)置彈簧支承,其應(yīng)力分析模型見圖2。由力/力矩、冷緊.彈簧初始荷載。上述工況中,某些于該軟件選取彈簧所遵守的是“熱態(tài)吊零”原則,程可能不存在,具體視工藝要求而定。序自動(dòng)選出來(lái)的彈簧能滿足操作工況,但不一定滿管道應(yīng)力分析時(shí),建議設(shè)備管口使用CAESAR足安裝或停車時(shí)的空重工況，故在應(yīng)力計(jì)算過(guò)程中Il中心WRC297柔性管嘴來(lái)模擬,這樣可以更加真需對(duì)彈簧的載倚值進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,最終使所選彈實(shí)地反映受力情況?；蓾M足相應(yīng)工況下應(yīng)力要求和管口受力要求。同3.2工程實(shí)例分析時(shí),根據(jù)熱態(tài)下4個(gè)支耳處的位移,給出了支耳需某項(xiàng)目甲醇裝置中,塔設(shè)備的參數(shù)為φ5 052要開長(zhǎng)圓形螺栓孔的方向和尺寸。mmx26mm,操作壁溫99C,材質(zhì)為20R,再沸器4結(jié)語(yǔ)的參數(shù)為φ1 424 mmx12 mm,操作溫度162 C,材質(zhì)為16Mn,塔中心與再沸器中心距離為5000mm,(1)塔與再沸器是化工裝置中的關(guān)鍵設(shè)備,工兩主要接管規(guī)格分別為DN700mm和DN350mm,況比較復(fù)雜,并且模型建立的準(zhǔn)確程度對(duì)于計(jì)算結(jié)再沸器支撐在結(jié)構(gòu)平臺(tái)上。果影響較大,這就要求應(yīng)力分析人員盡可能準(zhǔn)確真根據(jù)工藝條件,需要考慮實(shí)地建立模型。建議模擬柔性管嘴,必要時(shí)應(yīng)將與的工況有本文3.1節(jié)所述的再沸器所有管口相連的管線進(jìn)行整體應(yīng)力計(jì)算。(1).(2)、(5).(6)、(7)和(2)實(shí)際工程中,再沸器采用何種支撐方式，(10) ,應(yīng)力計(jì)算的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)主主要根據(jù)再沸器的大小和塔的承載能力來(lái)確定,支要是:①- -次應(yīng)力通過(guò);②二撐在塔_上可以節(jié)省空間,降低施工成本,在條件許次應(yīng)力通過(guò);③滿足正常操作可的時(shí)候,應(yīng)盡量采用這種方式。工況和空重工況設(shè)備管口受參考文獻(xiàn):圉2應(yīng)力分析模型力。通過(guò)CAESAR I軟件分[1]唐永進(jìn).壓力管道應(yīng)力分析[ M].北京:中國(guó)石化出版社,2003.收稿日期: 2008-10-28析,若再沸器采用剛性支撐,(上接第31頁(yè))閥,并嚴(yán)格按要求用大曲率半徑彎頭。在合適的位開工燒嘴和點(diǎn)火燒嘴留有抽送空間;汽水管線要保置設(shè)計(jì)沖洗點(diǎn),在北方還要注意沖洗管線自身的防證同--總管去同一組管口的阻力相同,并且在其盲凍措施。端最好設(shè)計(jì)可拆卸法蘭盲板或?qū)Я荛y;氧氣管線要3.5 其他管道布置為調(diào)節(jié)閥或孔板下游留足直管段;中壓汽包上方應(yīng)根據(jù)各個(gè)工序的公用系統(tǒng)所有用戶情況(如高設(shè)計(jì)1個(gè)大平臺(tái),集中布置安全閥、消聲器及蒸汽低壓吹掃氮?dú)?、儀表空氣、工廠空氣、沖洗水、中低壓蒸汽及冷凝液、伴管站.地漏等),要優(yōu)先考慮其調(diào)節(jié)閥組等。布置位置,最好在裝置內(nèi)部或裝置邊緣的2個(gè)柱子33 除渣工序該工序的管道布置的難點(diǎn)主要集中在渣池水.附近集中布置,上引到最高用戶點(diǎn)。對(duì)于整個(gè)煤氣系統(tǒng)和陶瓷襯里管線。若裝置建設(shè)在北方,一定要化裝置的消聲器,除了空氣介質(zhì)就近引至裝置邊緣仔細(xì)考慮冬季的防凍措施,盡量在管道布置上避免放空外,其他介質(zhì)均應(yīng)引至裝置頂層后放空。介質(zhì)凍結(jié),如所有閥門盡量靠近三通、立管閥門上方和水平管底加導(dǎo)淋,充分考慮互為備用水冷器的Shell煤氣化裝置是國(guó)內(nèi)最近幾年才引進(jìn)的先配管,讓死管線最短。陶瓷襯里管線必需要全部出進(jìn)粉煤氣化技術(shù),當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)沒有這種類似工程設(shè)計(jì)詳圖,定出準(zhǔn)確尺寸和過(guò)渡管件法蘭接口要求,作經(jīng)驗(yàn)可以借鑒,設(shè)備和管道布置更是如此。中國(guó)五為特殊件向材控專業(yè)提出條件。環(huán)中國(guó)煤化工前列,通過(guò)多套不3.4 初步水處理工序同YH踐,積累了大量的大部分工藝管線的介質(zhì)黏度大,污垢多,易堵,實(shí)踐.CNMHG地吸收消化，真正流動(dòng)性差,排放點(diǎn)多。管線布置時(shí)要考慮防堵、防實(shí)現(xiàn)裝置的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期和低成本運(yùn)行。凍，避免出現(xiàn)液袋,多設(shè)置可拆卸法蘭盲板或?qū)Я苄薷母迦掌? 2008 07-12