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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)既是確保氣化關鍵設備氣化爐平穩(wěn)運行、粗合成氣降溫的第一道屏障，同時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)是氣化工序的關鍵系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)的平穩(wěn)良好運行是氣化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎和前提。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)定運行造成嚴重安全隱患。水汽系統(tǒng)投用前采取的一系列特殊施工措施，將決定項目施工建設周期和生產(chǎn)裝置長期連續(xù)穩(wěn)定運行。

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)關鍵設備安裝、調(diào)試

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

圖2 設備安裝施工工藝流程

2.1 設備安裝前準備

(1)核對會審相關專業(yè)設計文件，核查設備地腳螺栓，核對設備接管支管尺寸和開口方位。

(2)按照設計文件和設備采購合同技術附件，對開箱驗收的設備本體、設備開車備品備件、設備兩年開車備品備件的數(shù)量、外觀質(zhì)量進行檢查，對設備支管管口的保護措施進行檢查。

(3)設備安裝/吊裝方案上報、審核、批準，重點落實吊裝方案的各項措施。

2.2 設備內(nèi)部清理及保護

(1)為保障設備內(nèi)件在運輸過程中不受損害，氣化爐設備內(nèi)部換熱器熱漲膨脹節(jié)、部分外接設備管口膨脹節(jié)、膜式水冷壁與爐外殼滑動限位部位等都做了臨時固定和加固，在設備安裝就位檢查合格后，上述部位臨時固定措施按照設備廠家說明逐一拆除，并在有關方見證下，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做好保護，杜絕任何雜物掉落、遺留至水封夾套內(nèi)。

(3)氣化爐設備接管口的臨時封閉，尤其是水汽系統(tǒng)接管口，必須做好臨時硬性(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備；并在后續(xù)進入該設備時做好人員進出、物資和施工機具進出的登記，避免任何物品遺留在設備內(nèi)。

2.3 機泵單機試車

(1)由于中壓循環(huán)水泵機械密封沖洗方式為PLAN 23型，且單機試車初期水汽系統(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)在單機試車之前應密切觀察機封排氣口，同時在機泵運行期間定期關注該排氣口，避免出現(xiàn)氣體大量擁擠，造成機封損壞的風險。

3 水汽系統(tǒng)管道預制、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、氧化鐵皮等凝結塊物不定時地脫落的問題，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)嚴格控制噴砂后材料領用的去向，做到使用多少領用多少，做好跟蹤管理。

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

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，必須在管道預制期間實施，并及時清除管內(nèi)孔口毛刺、飛濺、鐵屑，最好選用管道開孔器開孔。

(3)每個預制管節(jié)或者管段在預制期間要及時封閉管口，杜絕雜物污染。

(4)禁止將施工機具、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，必須檢查每根預制管節(jié)的管內(nèi)清潔度之后，才允許點焊及焊接現(xiàn)場固定口。

3.3 管道與設備焊接接管口預留

(1)水汽系統(tǒng)設備連接管線與設備連接管口基本屬于焊接管口，由于設備采用中壓系統(tǒng)，機泵進出口與中壓汽包連接管線可以全部施工，與進出氣化爐水冷壁的管口要全部預留，先行完成設備之間配管，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配管期間，可以打開該部分管口的臨時硬性保護，在預制完成后，要及時拆下預制管段，同時恢復氣化爐水冷壁接管口的臨時硬性保護，避免污染氣化爐水冷壁管線和系統(tǒng)。

3.4 水壓試驗后預留管口焊接

(1)該部分管口焊接必須采取100%無損檢測，嚴格控制焊接質(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

由于系統(tǒng)存在較多設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)的試驗壓力按照試驗壓力計算公式：

PT=1.5P[σ]T/[σ]t

PT為試驗壓力， MPa(a)；P為設計壓力， MPa(a)；[σ]T為試驗溫度下材料的許用應力， MPa(a)；[σ]t為設計溫度下材料的許用應力， MPa(a)。

由于系統(tǒng)已經(jīng)與中壓汽包設備焊接連通，管道計算試驗壓力和設備強度試驗壓力的較小值可作為系統(tǒng)強度試驗的壓力值，但是前提是設備強度試驗壓力≥PT×77%，并經(jīng)建設單位或設計單位同意。

5 水汽系統(tǒng)外循環(huán)(正反沖洗)

水汽系統(tǒng)外循環(huán)是指水汽關鍵設備中壓汽包、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泵運行沖洗作業(yè)(泵進出口不變)；反沖洗代表按照正常工作操作的反流程開展機泵運行沖洗作業(yè)(泵原進口系統(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出口系統(tǒng)，達到對系統(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管線的施工

(1)中壓循環(huán)水泵進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，PCW1連接管口14個。

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

(3)同步也相當于采取了跨接口最短距離原則。

(4)所有臨時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)泵進出口正反沖洗臨時管線的施工

(1)正反沖洗的臨時管配置見圖5。

(2)系統(tǒng)的正反沖洗必須同正同反。

(3)做好每根臨時管最低點排水工作，杜絕存在“凹袋”現(xiàn)象，導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 泵正反沖洗臨時管線配置

注：1—中壓循環(huán)水泵；2—泵入口過濾器；3—臨時三通；4—臨時閥門；5—泵入口總分布管；6—泵出口止回閥；7—泵出口總分布管；8—臨時接管

5.3 泵進口管道過濾器的拆洗回裝

(1)泵入口過濾器嚴格按照正常工藝操作參數(shù)，前后壓差不得高于40 kPa；任何一臺泵進口過濾器壓差大于該數(shù)值時，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墊片，不允許使用易脫落碎物型的臨時墊片。

(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系統(tǒng)內(nèi)部清潔度，同時為以后類似項目管道施工積累經(jīng)驗。

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)水泵的單機試車和聯(lián)動試車等機泵性能保障。

(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)進行靜壓沖洗，排放口設置在泵進出口分布總管上(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，同時系統(tǒng)水流也會將雜物帶入設備內(nèi)部，所以要多次、定期對設備進行內(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，應在該機泵處設置大型地漏管線，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)整正反沖洗時間。直至系統(tǒng)在確保泵連續(xù)穩(wěn)定運行24h以上，泵入口過濾器前后壓差與啟泵時基本無變化，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，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，設備正常操作時是2開1備，為更好提升系統(tǒng)內(nèi)水流量，在短期內(nèi)同時啟動3臺水泵，加大系統(tǒng)水沖刷，檢驗是否還有雜物，達到第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)氣化爐跨接臨時管拆除，工藝管線與氣化爐正式碰口焊接，嚴格執(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)、清洗時間以及內(nèi)循環(huán)大流量沖洗開始的時間等。

(3)內(nèi)循環(huán)大流量沖洗完成后，泵進出口正反沖洗的臨時管線全部拆除，恢復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測試，確保每根水冷壁管通水流量滿足工藝包供應商的工藝指標。

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

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，代表項目水汽系統(tǒng)完全具備投用條件。

8 結語

殼牌煤氣化裝置水汽系統(tǒng)關系到氣化裝置的建設，既是耗時最長的關鍵線路，也是氣化關鍵設備長期穩(wěn)定運行的基石。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項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，充分驗證了嚴格、有效的施工管理措施和施工過程控制可以高效地完成項目建設目標，確保項目長期穩(wěn)定運行，同時也為國內(nèi)外相關氣化裝置的建設運行提供了經(jīng)驗。