李曉輝，李勝振，朱鵬余

(三河發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 廊坊 065201)

1 設(shè)備概況

三河發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程為2×350 MW日本三菱凝汽式發(fā)電機(jī)組，分別于1999年和2000年投產(chǎn)發(fā)電，2007年改為抽汽供熱；二期工程為2×300 MW國(guó)產(chǎn)抽汽供熱機(jī)組，于2007年投產(chǎn)發(fā)電，2015年增容改造為2×315 MW。4臺(tái)鍋爐均為亞臨界燃煤汽包鍋爐，采用一次中間再熱、單爐膛、雙切圓燃燒、鋼架全懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置、固態(tài)排渣。汽輪機(jī)均采用單軸、雙缸雙排汽、亞臨界汽輪機(jī)組。每臺(tái)鍋爐采用2臺(tái)雙室五電場(chǎng)高頻電源電除塵器；采用石灰石濕法脫硫和SCR脫硝裝置。采用液氨蒸發(fā)法供氨，氨區(qū)為4臺(tái)鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)，共配置2臺(tái)各為80 m3的液氨儲(chǔ)罐、3臺(tái)液氨蒸發(fā)器、3臺(tái)氨氣緩沖罐、 1臺(tái)氨氣吸收槽處理氨區(qū)系統(tǒng)排放的氨氣、1個(gè)容積為27 m3的地坑，作為緩沖排放氨區(qū)內(nèi)廢水使用。其主要參數(shù)見表1。

表1 氨區(qū)主要設(shè)備主要參數(shù)

2 確定方案

液氨作為燃煤鍋爐煙氣脫硝重要的生產(chǎn)原材料，屬于乙類易燃易爆的有毒液體，其危害主要表現(xiàn)為高毒性、可燃性、爆炸性和腐蝕性。國(guó)家TSG-R7001—2013《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》明確規(guī)定：液氨儲(chǔ)罐作為壓力容器，累積監(jiān)控使用時(shí)間不得超過3年，必須經(jīng)過檢驗(yàn)，需要檢驗(yàn)的表面，特別是腐蝕部位和可能產(chǎn)生裂紋性缺陷的部位，必須徹底清理干凈，母材表面應(yīng)當(dāng)露出金屬本體。這就要求必須要在液氨儲(chǔ)罐表面焊口進(jìn)行打磨，并做好相應(yīng)的安全措施。具體要求為液氨儲(chǔ)罐需要排空內(nèi)部液氨并置換，氨氣質(zhì)量濃度不得高于35 mg/m3；空氣中含氧體積分?jǐn)?shù)應(yīng)在18%～21%[1-3]。

如采用常規(guī)的氮?dú)庵脫Q方法，由于液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部長(zhǎng)期浸泡在液氨中，需要耗費(fèi)大量氮?dú)?，并且置換過程時(shí)間長(zhǎng)，整體耗費(fèi)氮?dú)饧叭斯こ杀径挤浅８?。因此，本文提出了采用水置換液氨儲(chǔ)罐內(nèi)工質(zhì)的方案[4-5]。

3 方案風(fēng)險(xiǎn)源分析

液氨儲(chǔ)罐采取水置換方法時(shí)，在操作過程中由于液氨、氨氣、水等工質(zhì)之間或自身擴(kuò)容等原因產(chǎn)生化學(xué)、物理反應(yīng)，因此對(duì)液氨儲(chǔ)罐水置換過程中的主要風(fēng)險(xiǎn)源簡(jiǎn)要分析如下。

3.1 液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力波動(dòng)造成設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)分析

液氨儲(chǔ)罐工作壓力為0～1.6 MPa，運(yùn)行狀態(tài)時(shí)處于正壓強(qiáng)范圍。在常溫、常壓狀態(tài)下，氨氣極易溶于水，溶解度為1∶700。如液氨儲(chǔ)罐在水置換過程中，內(nèi)部充滿氨氣狀態(tài)下充入置換水時(shí)，由于氨氣迅速溶于水，造成液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力急劇減小，形成真空，如壓力波動(dòng)超過液氨儲(chǔ)罐表面殼體承受負(fù)壓能力時(shí)，就會(huì)造成設(shè)備損壞，甚至發(fā)生液氨儲(chǔ)罐殼體塌陷現(xiàn)象。

3.2 液氨儲(chǔ)罐表面溫度變化造成設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)分析

當(dāng)氨氣溶解于水時(shí)會(huì)發(fā)生放熱反應(yīng)，造成液氨儲(chǔ)罐表面溫度升高；液氨在儲(chǔ)罐內(nèi)部發(fā)生氣化時(shí)，會(huì)發(fā)生吸熱反應(yīng)，造成液氨儲(chǔ)罐表面溫度下降。由于液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)溫度范圍為-20～50 ℃，超出其溫度范圍時(shí)，會(huì)造成液氨儲(chǔ)罐殼體產(chǎn)生應(yīng)力傷害，甚至發(fā)生殼體破損。因此，首先應(yīng)在水置換操作過程中采用合理步驟，盡量減少發(fā)生放熱或者吸熱反應(yīng)；其次如不得不產(chǎn)生放熱或者吸熱反應(yīng)時(shí)，應(yīng)控制反應(yīng)速度，保障液氨儲(chǔ)罐表面溫度不低于0 ℃、不高于40 ℃，避免液氨儲(chǔ)罐殼體由于溫度變化造成的風(fēng)險(xiǎn)。

4 水置換步驟和方案要點(diǎn)分析

液氨儲(chǔ)罐進(jìn)行水置換時(shí)，主要步驟按照相關(guān)規(guī)程要求做好準(zhǔn)備工作，例如制定預(yù)案，編寫操作票，準(zhǔn)備相應(yīng)的操作工具等；排空液氨儲(chǔ)罐內(nèi)的液氨；氮?dú)庵脫Q液氨儲(chǔ)罐中的氨氣；液氨儲(chǔ)罐注水，通過液氨儲(chǔ)罐底部排放門排放至pH值合格(7.5或以下)；充入氮?dú)?，排出存?如需液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部工作，需置換為空氣，并且氧的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)為18%～21%，如無(wú)內(nèi)部工作可不用置換為空氣)；液氨儲(chǔ)罐打磨檢測(cè)；檢查液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部氮?dú)庋趿康陀?%(如內(nèi)部為空氣，需要置換為氮?dú)?，且氧量低?%)；進(jìn)行液氨儲(chǔ)罐的氣密性試驗(yàn)；多次從液氨儲(chǔ)罐底部排放門處排放液氨儲(chǔ)罐內(nèi)氮?dú)鈮毫χ?.2～0.3 MPa，確定底部排放門處無(wú)水霧或水滴排出為合格；氨氣置換氮?dú)庵琳＿\(yùn)行壓力后，注入液氨。

4.1 液氨儲(chǔ)罐水置換前的工作準(zhǔn)備

a.應(yīng)關(guān)閉進(jìn)行水置換的液氨儲(chǔ)罐與氨區(qū)內(nèi)工作部分的液氨、氨氣等系統(tǒng)相連接的所有相關(guān)閥門，并在閥門外側(cè)打堵板，做到與運(yùn)行設(shè)備可靠隔絕，絕對(duì)避免液氨或者氨氣與置換水接觸。

b.進(jìn)行水置換的水源應(yīng)干凈，氯根小于25 mg/L，避免對(duì)液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部造成腐蝕。

4.2 液氨儲(chǔ)罐的液氨排空

當(dāng)液氨儲(chǔ)罐液位為零后，打開底部排放門排放液氨至廢水坑，打開頂部排氣門排放氨氣至吸收槽，至液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力基本為大氣壓時(shí)，進(jìn)行氮?dú)庵脫Q。進(jìn)行氮?dú)庵脫Q的目的是為了盡量減少液氨儲(chǔ)罐內(nèi)的氨氣，盡量減少液氨儲(chǔ)罐進(jìn)水時(shí)造成的內(nèi)部壓力波動(dòng)。

4.3 液氨儲(chǔ)罐的置換水注入

液氨儲(chǔ)罐注水的同時(shí)，必須打開液氨儲(chǔ)罐相應(yīng)的各個(gè)頂部及底部排放門，使液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部與外界相通，以避免液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力由于氨氣溶解產(chǎn)生波動(dòng)。

4.4 液氨儲(chǔ)罐的置換水排出

a.在液氨儲(chǔ)罐最大水容量時(shí)通入氮?dú)猓瑫r(shí)通過液氨儲(chǔ)罐底部排放門排水，利用氮?dú)鈮毫ε懦鲆喊眱?chǔ)罐內(nèi)部存水。目的是為了保持液氨儲(chǔ)罐內(nèi)為低氧量，減少氮?dú)庵脫Q次數(shù)，達(dá)到節(jié)約氮?dú)獬杀镜哪康摹?/p>

b.充氮后壓力達(dá)到1.0～1.6 MPa時(shí)，保持壓力持續(xù)5 min以上，經(jīng)液氨儲(chǔ)罐底部排放門排放氮?dú)?，?jīng)幾次充氮、通過液氨儲(chǔ)罐底部排放門排放多次后，最終確認(rèn)底部排放門處再無(wú)水滴或者水霧排出后為止,其目的是盡可能排出液氨儲(chǔ)罐內(nèi)的存水，減少液氨儲(chǔ)罐充氨時(shí)造成液氨儲(chǔ)罐殼體溫度變化，提高安全性。

c.排放液氨儲(chǔ)罐內(nèi)存水至pH值低于7.5時(shí)為合格。

d.液氨儲(chǔ)罐水置換過程中會(huì)產(chǎn)生較多含氨廢水，通過氨區(qū)地坑泵排出，需妥善處理，避免氨氮廢水外排造成環(huán)境污染。

4.5 液氨儲(chǔ)罐的充氨過程

a.液氨儲(chǔ)罐檢測(cè)工作結(jié)束并恢復(fù)至運(yùn)行狀態(tài)過程中，利用氨氣置換液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部的氮?dú)?，并在置換過程中就地檢測(cè)液氨儲(chǔ)罐的溫度變化情況。液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部雖然經(jīng)過多次置換，但仍然會(huì)在液氨儲(chǔ)罐內(nèi)壁凝結(jié)部分水分。這部分水分難以排出，在氨氣進(jìn)入液氨儲(chǔ)罐時(shí)，就會(huì)造成液氨儲(chǔ)罐殼體表面溫度變化。因此，在液氨儲(chǔ)罐氨氣置換氮?dú)膺^程中，在上位機(jī)觀察液氨儲(chǔ)罐溫度變化的同時(shí)，還應(yīng)使用手持溫度檢測(cè)儀隨時(shí)測(cè)量液氨儲(chǔ)罐殼體各個(gè)點(diǎn)的溫度。當(dāng)液氨儲(chǔ)罐任何部位溫度達(dá)到33 ℃時(shí)，應(yīng)立刻停止氨氣置換氮?dú)?，液氨?chǔ)罐表面任何部位溫度不得超過40 ℃，超過時(shí)需按照相關(guān)規(guī)定采取相應(yīng)的降溫措施。

b.逐漸充氨提高液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力至正常運(yùn)行時(shí)的壓力(低于1.6 MPa)后方可注入液氨。注意在液氨儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力低時(shí)，絕對(duì)不允許直接注入液氨。液氨直接進(jìn)入液氨儲(chǔ)罐擴(kuò)容會(huì)造成液氨儲(chǔ)罐溫度急劇下降，液氨儲(chǔ)罐表面殼體應(yīng)力急劇變化會(huì)造成液氨儲(chǔ)罐殼體炸裂。

5 結(jié)束語(yǔ)

液氨儲(chǔ)罐的水置換方案相對(duì)于氮?dú)庵脫Q方案操作簡(jiǎn)單，容易達(dá)到降低氨氣濃度的置換效果，可以在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到液氨儲(chǔ)罐具備檢測(cè)的工作條件，可以節(jié)約大量氮?dú)獬杀炯叭斯げ僮鞒杀?；同時(shí)，一定要注意避免由于操作不當(dāng)造成氨氣遇水溶解，液氨氣化揮發(fā)等情況時(shí)產(chǎn)生氨罐內(nèi)壓力急劇變化、溫度急劇變化而導(dǎo)致氨罐本體及相關(guān)管路應(yīng)力變化的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。