吳 凱

(華陸工程科技有限責(zé)任公司)

陽煤平定乙二醇項(xiàng)目氣化框架優(yōu)化設(shè)計(jì)①

吳 凱

(華陸工程科技有限責(zé)任公司)

詳細(xì)介紹了灰水處理裝置中閃蒸框架的優(yōu)化布置和由此給設(shè)備布置帶來的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

氣化裝置 灰水處理 設(shè)備布置 閃蒸 優(yōu)化設(shè)計(jì)

近年來，我國煤化工行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)代煤化工階段，它具有裝置規(guī)模大、技術(shù)集成度高和資源利用優(yōu)于傳統(tǒng)煤化工的特點(diǎn)[1]。隨著化工行業(yè)各產(chǎn)品工藝流程趨于成熟、穩(wěn)定，配套于同一工藝流程的設(shè)備布置也趨于模式化，形成相對(duì)固定的布置形式。而最近幾年國家大力推行節(jié)能減排、綜合利用，在這樣的政策引導(dǎo)下，對(duì)石油化工行業(yè)提出了新的要求。在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)已經(jīng)比較成熟的工藝流程、設(shè)備布置進(jìn)行進(jìn)一步的方案優(yōu)化，滿足當(dāng)前形勢(shì)的需要。另一方面，由于受項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地的限制，業(yè)主往往都要求盡可能將各裝置緊湊布置，最大程度提高場(chǎng)地的利用率。

在這樣的前提下，為了適應(yīng)市場(chǎng)的需要，滿足業(yè)主的要求，筆者在陽煤平定乙二醇項(xiàng)目中，打破傳統(tǒng)的布置模式，對(duì)氣化裝置、灰水處理裝置的設(shè)備布置進(jìn)行了嘗試性改動(dòng)。此優(yōu)化方案主要針對(duì)灰水處理裝置中的閃蒸框架。灰水處理系統(tǒng)的作用是將氣化裝置和煤氣初步凈化工序產(chǎn)生的黑水中所含的固體和溶解的氣體分離出來，并對(duì)黑水所含的熱量加以回收[2]。

1 流程簡(jiǎn)介

水煤漿、氧氣經(jīng)過工藝燒嘴霧化后在氣化爐內(nèi)進(jìn)行部分氧化反應(yīng)，產(chǎn)生CO、H2等有效組分的合成氣[3]，合成氣經(jīng)文丘里洗滌器、合成氣洗滌塔(水洗塔)洗滌、除塵、冷卻后送往變換裝置。反應(yīng)中生成的熔渣由氣化爐底部排至渣池，經(jīng)冷卻后撈出裝車外運(yùn)。未反應(yīng)的碳與氣化爐的黑水一起送入黑水閃蒸渣水分離單元[4]。

由氣化爐和碳洗塔(水洗塔)排出的黑水，送往灰水處理裝置，進(jìn)入閃蒸框架，回收熱量。由于陽煤平定乙二醇項(xiàng)目采用的是4.5MPa的“清華”爐，因此只有兩級(jí)閃蒸，同時(shí)除氧水槽被飽和熱水塔取代。從氣化爐和水洗塔來的黑水分別經(jīng)過液位控制閥、流量控制閥減壓[5]，分別依次進(jìn)入高壓閃蒸罐、真空閃蒸罐及真空冷凝器等設(shè)備，經(jīng)閃蒸降溫、濃縮后，送往澄清槽，加入絮凝劑使它加速沉淀。經(jīng)過沉淀，澄清槽底部的細(xì)渣漿經(jīng)泵加壓后送去細(xì)渣過濾機(jī)脫水，渣餅裝車運(yùn)出。澄清槽上部的清水溢流至灰水槽，由低壓灰水泵分別送至飽和熱水塔、鎖斗沖洗水罐循環(huán)使用。少量灰水作為廢水排放，送去廢水處理。閃蒸出的高壓閃蒸汽作為熱源直接送往飽和熱水塔，飽和熱水塔出口灰水經(jīng)過高壓灰水泵加壓后，送去水洗塔循環(huán)使用。

2 布置優(yōu)化

氣化裝置、灰水處理裝置一般均為獨(dú)立布置，即氣化裝置在一個(gè)區(qū)域，灰水處理在另一個(gè)區(qū)域。兩個(gè)裝置區(qū)通過裝置內(nèi)管廊或裝置管廊串聯(lián)。氣化裝置與灰水處理裝置通常布置于同側(cè)或分立對(duì)面兩側(cè)?；宜幚硌b置中，高壓閃蒸罐、低壓閃蒸罐、真空閃蒸罐及其配套附屬設(shè)備均布置在一個(gè)獨(dú)立的框架中(閃蒸框架)，為了保證自流要求，閃蒸框架的高度一般不低于35m。在傳統(tǒng)的設(shè)備布置中，由于氣化裝置、灰水處理裝置分別為獨(dú)立區(qū)域，黑水管線需要經(jīng)過管廊進(jìn)出氣化裝置、灰水處理裝置，因此在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)，都避免不了幾方面的問題：首先，進(jìn)出氣化框架、閃蒸框架的黑水管線需要占用管廊上的管位，降低了管廊上管道設(shè)計(jì)的自由度，甚至造成一些不必要的浪費(fèi)；其次，由于閃蒸系統(tǒng)黑水系統(tǒng)含有灰渣，嚴(yán)重磨損管道閥門[6]；同時(shí)，煤氣(合成氣)中的CO2溶于灰水中形成CO32-、HCO3-1，灰水中的Ca2+含量高，在溫度較高的條件下，會(huì)促進(jìn)CaCO3的生成，形成結(jié)垢[7]，造成管線堵塞。所以在管道設(shè)計(jì)時(shí)，工藝要求需要黑水管線應(yīng)盡量短。然而一旦經(jīng)過管廊輸送，必然造成管道線路過長(zhǎng)，同時(shí)可能存在低點(diǎn)。

陽煤平定乙二醇項(xiàng)目的設(shè)備布置，綜合考慮各方面的限制因素，首次提出取消閃蒸框架，在空間上利用氣化框架的高度，將高壓閃蒸罐、真空閃蒸罐及真空閃蒸冷凝器等設(shè)備布置在氣化框架水洗塔所在一側(cè)的框架中。為保證黑水管線能夠自流至澄清槽，水洗塔一側(cè)框架相較于傳統(tǒng)布置中的高度，需要適當(dāng)抬高，以滿足工藝要求。由于將氣化爐、水洗塔、高壓閃蒸罐、真空閃蒸罐都布置在同一個(gè)裝置區(qū)中，因此相比傳統(tǒng)的設(shè)備布置，氣化爐、水洗塔排出的黑水管線，送去閃蒸框架時(shí)可以不再通過管廊輸送。這樣，首先可以解決進(jìn)出氣化框架、閃蒸框架的黑水管線，占用管廊上管位的問題。其次，管道線路明顯短了很多，可以降低黑水管線的管道材料用量。再次，在管道布置中可以做到一路低或者一路高，不會(huì)存在明顯的低點(diǎn)，降低了由于布置原因造成的管線堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。另外，取消了閃蒸框架，將氣化框架與閃蒸框架合并成一個(gè)框架，僅僅地基處理一項(xiàng)，至少可以節(jié)約三分之一的土建施工費(fèi)用。當(dāng)然，此優(yōu)化設(shè)計(jì)也存在它自身的缺陷。由于將兩個(gè)框架合二為一，閃蒸框架的主要設(shè)備全部集中在氣化框架中布置，必然導(dǎo)致布置緊湊，通道、操作空間狹小，管道布置緊密，管道間距緊湊。

3 結(jié)束語

隨著陽煤平定乙二醇項(xiàng)目的竣工，投料試車，也標(biāo)志著本項(xiàng)目中進(jìn)行的嘗試性突破得以實(shí)現(xiàn)。足以說明本項(xiàng)目中氣化裝置、灰水處理裝置，設(shè)備布置的可操作性。當(dāng)然，該項(xiàng)目也有它的局限性和特殊性。首先，該項(xiàng)目采用的是4.5MPa的“清華”爐，項(xiàng)目的產(chǎn)品和產(chǎn)量決定了此工藝流程中，核心設(shè)備的尺寸相對(duì)偏小。其次，由于氣化的壓力不高，致使灰水處理單元中只有兩級(jí)閃蒸，同時(shí)用飽和熱水塔取代了除氧水槽。以上這幾個(gè)方面是敢于對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的先決條件。盡管該設(shè)計(jì)方案有它的局限性與特殊性，依然可以提供一個(gè)新的思路。隨著我國經(jīng)濟(jì)下行壓力不斷加大，大氣污染防治和應(yīng)對(duì)氣候變化要求的提高，煤炭行業(yè)發(fā)展面臨極其嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時(shí)煤化工行業(yè)也必將因此受到嚴(yán)重影響。尤其是當(dāng)下去產(chǎn)能的大環(huán)境下，高溫、高壓大規(guī)模的化工裝置不再成為主流，精細(xì)化產(chǎn)品、甲醇的下游產(chǎn)品將占據(jù)大量市場(chǎng)份額，面對(duì)如此的市場(chǎng)條件，該項(xiàng)目中的優(yōu)化設(shè)計(jì)不失為一種值得推廣的設(shè)計(jì)理念。同時(shí)，如果在場(chǎng)地條件允許的條件下，通過合理規(guī)劃與布局，完全可以解決通道、操作空間狹小的問題。

[1] 張明.現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及展望[J].化工機(jī)械，2012，39(3)：257～265.

[2] 步建軍.多噴嘴氣化裝置灰水處理工段運(yùn)行問題探討[J].小氮肥，2015，43(5)：1～4.

[3] 馬廷衛(wèi)，朱敏，孫西英.多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置的優(yōu)化與運(yùn)行[J].現(xiàn)代化工，2011，31(z1)：401～402.

[4] 任翔，伍凌，程興.水煤漿氣化裝置的安全聯(lián)鎖控制關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)的實(shí)施[J].化工自動(dòng)化及儀表，2015，42(6)：708～711.

[5] 張旭東，包宗宏.德士古水煤漿氣化裝置工程設(shè)計(jì)問題探討[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2005，26(4)：37～41,58.

[6] 劉懷祥.德士古煤氣化技術(shù)改造的思路及存在的問題探討[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011，(18)：111～113.

[7] 劉樂利.德士古水煤漿氣化灰水處理系統(tǒng)的優(yōu)化[J].中氮肥，2005，(5)：11～13.

OptimalDesignofGasificationFrameforEthyleneProject

WU Kai

(HualuEngineeringamp;TechnologyCo.,Ltd.)

The optimal layout of “flashing module” in ash-water treatment was introduced, including the optimal design it brings to the pipeline layout.

gasification equipment, ash-water treatment, equipment layout, flashing, optimal design

吳凱(1983-)，工程師，從事管道設(shè)計(jì)工作，wk2122@hlet.com。

TQ050.3

A

0254-6094(2017)05-0545-03

2017-02-14，

2017-03-31)