彭海波，陳文斌

（中國(guó)石化巴陵分公司熱電部，湖南岳陽(yáng) 414014）

當(dāng)今，環(huán)境保護(hù)越來(lái)越受到重視，火電廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，大部分地區(qū)和企業(yè)均已按照超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求實(shí)施煙氣治理，其中選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)成為主選技術(shù)之一。SCR技術(shù)普遍采用液氨作為還原劑，并建有液氨罐區(qū)。液氨是一種無(wú)色、強(qiáng)烈刺激性物質(zhì)，遇明火易發(fā)生爆炸，液氨泄漏將會(huì)造成人員傷亡，危害環(huán)境，液氨中斷將造成火電廠煙氣超標(biāo)。因此，液氨罐區(qū)是火電廠的關(guān)鍵裝置。文章將重點(diǎn)分析巴陵分公司熱電部液氨系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷和運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上制定對(duì)策和改進(jìn)方法。

1 液氨罐區(qū)工藝流程

巴陵分公司熱電部是燃煤自備電廠，為公司供電和供熱，共有3臺(tái)機(jī)組，裝機(jī)容量115 MW。3臺(tái)機(jī)組均采用低氮燃燒和SCR脫硝技術(shù)，共用一套液氨供應(yīng)系統(tǒng)，液氨罐區(qū)建立在廠區(qū)偏僻位置，儲(chǔ)存量為42 t，屬于重大危險(xiǎn)源。液氨系統(tǒng)主要包括液氨卸載、排放、儲(chǔ)存、蒸發(fā)和噴淋。主要設(shè)備包括2臺(tái)液氨卸料壓縮機(jī)、2個(gè)儲(chǔ)氨罐、2個(gè)液氨蒸發(fā)器、1個(gè)氨氣緩沖罐、2臺(tái)廢水泵、1個(gè)廢水池。

1）液氨卸載、儲(chǔ)存、蒸發(fā)系統(tǒng)。卸料壓縮機(jī)從儲(chǔ)氨槽車(chē)中抽取氨氣，將槽車(chē)中的液氨擠入儲(chǔ)氨罐中，然后液氨依靠自身的壓力進(jìn)入液氨蒸發(fā)器，并在蒸發(fā)器中與水蒸氣進(jìn)行換熱成為氨氣，氨氣進(jìn)入緩沖罐，通過(guò)自力式調(diào)節(jié)閥控制氨氣以0.06～0.35MPa的壓力進(jìn)入氨/空氣混合器進(jìn)行稀釋?zhuān)詈筮M(jìn)入噴氨格柵噴入SCR反應(yīng)器中進(jìn)行脫硝反應(yīng)，控制NOx排放濃度在50 mg/m3以內(nèi)。

2）噴淋系統(tǒng)。液氨罐區(qū)安裝有噴淋系統(tǒng)，當(dāng)液氨罐罐體溫度超過(guò)上限或罐區(qū)內(nèi)氨氣泄漏檢測(cè)儀報(bào)警時(shí)，噴淋系統(tǒng)自動(dòng)噴淋減溫，以降低罐體溫度或?qū)Π睔膺M(jìn)行吸收，控制氨氣污染。

3）排放系統(tǒng)。氨區(qū)設(shè)備、管道內(nèi)的氨排放時(shí)全部通過(guò)排放系統(tǒng)進(jìn)入稀釋罐，經(jīng)水吸收后排入廢水池，再由廢水泵送至廢水處理廠處理。

2 問(wèn)題分析與對(duì)策

氨區(qū)系統(tǒng)由于自身設(shè)計(jì)缺陷和管材選型問(wèn)題，投產(chǎn)3年后，在運(yùn)行過(guò)程中逐漸暴露出閥門(mén)銹蝕、系統(tǒng)難以隔離、安全閥無(wú)法校驗(yàn)、不能獨(dú)立供氨等問(wèn)題，影響了氨罐區(qū)的安全可靠運(yùn)行，不能有效保證供氨穩(wěn)定。原氨區(qū)局部系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 原氨區(qū)局部系統(tǒng)工藝流程

2.1 液氨罐至氨蒸發(fā)器管路優(yōu)化

液氨儲(chǔ)罐至蒸發(fā)器管路無(wú)法隔離且不能互為備用。原設(shè)計(jì)中，液氨分別從#1、#2液氨儲(chǔ)罐底部管閥引出后，合并進(jìn)入一根液氨出口總管，總管在進(jìn)入蒸發(fā)器前再分為兩路液氨管線，分別進(jìn)入#1、#2蒸發(fā)器。運(yùn)行過(guò)程中，#1、2液氨罐出口閥由于定期倒罐，開(kāi)關(guān)頻繁，閥門(mén)故障概率增加，曾出現(xiàn)過(guò)#1液氨罐出口閥門(mén)泄漏，由于無(wú)法隔離更換密封墊只能采取臨時(shí)緊固措施，若#1、2液氨罐出口閥門(mén)或者總閥再次發(fā)生泄漏，將導(dǎo)致兩個(gè)液氨罐同時(shí)不能投用和隔離檢修，造成供氨中斷，氮氧化物超標(biāo)，并且在退出檢修前需置換液氨，產(chǎn)生大量高濃度氨氮廢水，增加污水處理難度。

針對(duì)當(dāng)前狀況，對(duì)液氨罐至蒸發(fā)器管道、閥門(mén)重新優(yōu)化布置，將#1液氨罐直連#1蒸發(fā)器，#2液氨罐直連#2蒸發(fā)器，#1液氨罐和#2液氨罐可以通過(guò)原排污管互為備用。優(yōu)化后，液氨罐至蒸發(fā)器任意管閥出現(xiàn)泄漏，都能實(shí)現(xiàn)單獨(dú)隔離，兩套系統(tǒng)能夠相互獨(dú)立且互為備用，可以防止泄漏事故的擴(kuò)大，同時(shí)優(yōu)化后的液氨系統(tǒng)閥門(mén)數(shù)量減少，有效提高供氨安全和穩(wěn)定性。

2.2 氨氣緩沖罐安裝旁路管

如圖1所示，蒸發(fā)器出來(lái)氣氨進(jìn)入緩沖罐后直供SCR裝置，由于緩沖罐未設(shè)置旁路，氨氣緩沖罐及安全閥無(wú)法退出運(yùn)行，自投用以來(lái)未進(jìn)行過(guò)檢驗(yàn)和校驗(yàn)工作，因此在氨氣緩沖罐相連管道、閥門(mén)發(fā)生泄漏或安全閥失效時(shí)，不具備隔離條件，無(wú)法正常檢修，若強(qiáng)制退出緩沖罐運(yùn)行，勢(shì)必造成環(huán)保超標(biāo)和大量高氨氮污水產(chǎn)生，沖擊污水處理裝置。

為了實(shí)現(xiàn)在緩沖罐退出運(yùn)行時(shí)，仍能夠確保液氨系統(tǒng)持續(xù)供氨，改造時(shí)在氨氣緩沖罐進(jìn)出口管道增設(shè)旁路。從#1蒸發(fā)器出口一、二次閥中間增設(shè)一根管道與緩沖罐出口管道排空閥相連，將原排空閥改裝在旁路管道上。正常情況下，液氨蒸發(fā)器出來(lái)氣氨嚴(yán)禁切入旁路運(yùn)行，必須經(jīng)過(guò)緩沖罐再送入SCR裝置，以保證氨氣的穩(wěn)定性。特殊情況下，緩沖罐需要隔離檢修或檢驗(yàn)，安全閥需要定期校驗(yàn)時(shí)，切換旁路運(yùn)行，但應(yīng)保證液氨蒸發(fā)器出口管道上自力式調(diào)節(jié)閥可靠運(yùn)行，氣氨壓力和溫度設(shè)有聯(lián)鎖報(bào)警，能夠通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)氣氨壓力和蒸發(fā)器加熱蒸汽流量來(lái)控制氣氨的穩(wěn)定性，保證應(yīng)急狀態(tài)下供氨安全。改造后氨區(qū)局部系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 改造后氨區(qū)局部系統(tǒng)工藝流程

2.3 液氨罐直通緩沖罐的聯(lián)通管道改造

設(shè)計(jì)中，液氨罐上部保留至少20%的汽化空間，且液氨罐至緩沖罐應(yīng)裝有直通管道，能夠?qū)⒁喊惫迌?nèi)上層汽化的氨氣直接輸送到緩沖罐，防止液氨罐壓力過(guò)高。但在查驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，安裝過(guò)程中直通管道直接插入了液氨罐底的液氨內(nèi)，無(wú)法釋放汽化的液氨，存在較大的安全隱患。

該次改造將液氨罐內(nèi)直通管道插入液氨的部分截短，保證管口在汽化層，能夠?qū)С鲆喊眱?chǔ)罐內(nèi)汽化的液氨，釋放壓力，防止液氨儲(chǔ)罐壓力過(guò)高。

2.4 液氨系統(tǒng)重要管閥的更換

液氨具有腐蝕性，發(fā)生泄漏時(shí)，氨與空氣混合后，可以使空氣中的氧更容易與金屬發(fā)生氧化腐蝕。同時(shí)在常溫下，液氨極易汽化，一旦泄漏，液氨揮發(fā)成氣氨就會(huì)引起局部管道驟然降溫，甚至低至-33℃，普通碳鋼承受不住如此低溫而發(fā)生管道凍裂，引發(fā)更為嚴(yán)重的安全環(huán)保事故[4]。該電廠液氨罐區(qū)大部分設(shè)備管材均采用普通碳鋼，且半露天安置于三面環(huán)山的山坳內(nèi)，濕氣重、潮氣大，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，部分管閥出現(xiàn)了氨泄漏，泄漏的液氨汽化吸熱，在管道閥門(mén)表面形成冰霜和冷凝水，氨與水結(jié)合后，加速了閥門(mén)、螺栓的氧化腐蝕。現(xiàn)場(chǎng)大部分碳鋼閥門(mén)閥體及閥桿部位均已出現(xiàn)腐蝕情況，其中與氨水直接接觸的污水泵，腐蝕生銹更為明顯。

考慮到罐區(qū)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，在該次改造時(shí)，將液氨罐排污系統(tǒng)、液氨罐進(jìn)出口管閥、旁路管閥等均更換為不銹鋼管，閥門(mén)更換為WJ41B-25P系列氨用截止閥和RF/PN2.5/304YG41W系列限流閥，從根本上降低液氨罐區(qū)管閥泄漏和腐蝕的概率，避免因材質(zhì)問(wèn)題引發(fā)安全環(huán)保事故。

2.5 氨區(qū)系統(tǒng)壓力容器檢驗(yàn)及安全閥校驗(yàn)

按照該公司管理規(guī)定要求，液氨屬于有毒、易燃、易爆介質(zhì)，其壓力容器需3年檢驗(yàn)1次，安全閥1年校驗(yàn)1次，但自氨區(qū)投運(yùn)以來(lái)，由于系統(tǒng)難以隔離，液氨儲(chǔ)罐、緩沖罐及相關(guān)10臺(tái)安全閥都不具備檢驗(yàn)條件，存在較大的安全隱患。因此，在該次改造時(shí)對(duì)主要壓力容器和安全閥進(jìn)行了檢驗(yàn)和校驗(yàn)，評(píng)估出液氨系統(tǒng)各壓力容器和安全閥的運(yùn)行狀況，為后期液氨系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供依據(jù)。

檢測(cè)過(guò)程中，重點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了液氨儲(chǔ)罐有一端弧形封頭母材存在分層現(xiàn)象，該封頭兩拼板存在夾層，經(jīng)核算夾層與自由表面夾角大于10°，因生產(chǎn)與工藝原因，無(wú)法立即更換，故評(píng)定安全狀況等級(jí)為4級(jí)，監(jiān)控使用1年。

液氨儲(chǔ)罐材質(zhì)采用Q345R鋼，鋼板的分層是鋼板在軋制過(guò)程中，由于鋼錠內(nèi)存在氣泡、非金屬夾雜物或發(fā)生折疊以及鋼板在切邊時(shí)未把原鋼錠的殘余縮孔完全切除，而在鋼板中產(chǎn)生的一種先天性缺陷[5]。液氨儲(chǔ)罐日常運(yùn)行壓力溫度均在正常范圍內(nèi)，排除運(yùn)行工藝造成母材分層，同時(shí)檢測(cè)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)氣泡和縮孔，分析主要原因?yàn)榘惭b前制造工藝問(wèn)題，后期將由廠家對(duì)問(wèn)題封頭重新更換。

2.6 卸氨區(qū)域增設(shè)噴淋系統(tǒng)，完善清污分流。

液氨卸載是在壓縮機(jī)的作用下，將液氨通過(guò)鶴管送入液氨儲(chǔ)罐，卸氨平臺(tái)為露天安置，接卸時(shí)，接口處容易密合不嚴(yán)，引發(fā)液氨泄漏，造成安全環(huán)保事故。為此，在卸氨區(qū)域增設(shè)噴淋系統(tǒng)，防止空氣污染和人身傷害，同時(shí)周邊開(kāi)挖水溝收集噴淋污水，裝設(shè)清污分流閘板，如發(fā)生液氨泄漏噴淋時(shí)，切換清污分流閘板，將污水引入污水管網(wǎng)。

3 結(jié)論

1）該電廠對(duì)液氨罐區(qū)液氨系統(tǒng)進(jìn)行了改造優(yōu)化，使液氨儲(chǔ)罐、蒸發(fā)器、緩沖罐等主要供氨設(shè)備在不影響運(yùn)行的基礎(chǔ)上，都能實(shí)現(xiàn)單獨(dú)隔離，為罐區(qū)管閥檢修和壓力容器、安全閥的定期校驗(yàn)創(chuàng)造有利條件，保證了主體設(shè)備的安全可靠性，提高了液氨罐區(qū)的供氨穩(wěn)定性，具有較好的安全環(huán)保效益。

2）本著以人為本的管理思想，將液氨罐區(qū)的重要管閥更換成不銹鋼材質(zhì)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的耐腐蝕性，降低設(shè)備故障率，減少工作人員在重大危險(xiǎn)源區(qū)域的工作量，提高了人身安全系數(shù)。

3）通過(guò)該次改造優(yōu)化，消除了裝卸區(qū)域的安全隱患，提高了卸氨質(zhì)量。

4）由于現(xiàn)場(chǎng)條件及時(shí)間的限制，污水泵腐蝕生銹、污水池排放管線未加裝阻火器等部分遺留問(wèn)題在具備條件時(shí)仍需整改，最大程度降低氨區(qū)系統(tǒng)的安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，消除隱患，實(shí)現(xiàn)供氨安全穩(wěn)定。