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        焦?fàn)t煤氣外管設(shè)計

        2021-08-31 12:30:58裴玉慶賀建剛
        煤炭與化工 2021年7期

        裴玉慶,朱 浩,賀建剛

        (山西陽煤化工工程有限公司,山西 太原 030021)

        0 引 言

        焦?fàn)t煤氣是在煉焦過程中產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w,是煉焦工業(yè)的副產(chǎn)品。焦?fàn)t煤氣主要成分包括CH4、CO、CO2、N2、O2、H2和焦油等。

        焦?fàn)t煤氣可作為工業(yè)與民用燃料(鋼鐵聯(lián)合企業(yè)在煉鋼、燒結(jié)、軋鋼等過程中用焦?fàn)t氣做燃料)、發(fā)電用的燃料和化工原料。

        焦?fàn)t煤氣作為民用燃料時,可直接接入城市供氣管網(wǎng)作為居民用氣,但其熱值和潔凈度都不如天然氣。

        焦?fàn)t煤氣作為化工原料時,經(jīng)過凈化后的焦?fàn)t煤氣被送往下游企業(yè)進(jìn)行進(jìn)一步利用,焦?fàn)t氣制甲醇和化肥由于市場受限及發(fā)電上網(wǎng)困難等因素影響,目前較好的利用途徑是焦?fàn)t煤氣甲烷化制天然氣以及用于尿素和合成氨生產(chǎn)。

        1 焦?fàn)t煤氣成分

        焦?fàn)t煤氣成分組成見表1。

        表1 焦?fàn)t煤氣成分組成Table 1 Content of coke oven gas

        本設(shè)計以山西陽煤豐喜肥業(yè)(集團(tuán)) 有限責(zé)任公司焦?fàn)t煤氣綜合利用年產(chǎn)24 萬t 合成氨、40 萬t尿素及聯(lián)產(chǎn)6.3 萬t LNG 項目為背景,擬在山西陽煤豐喜泉稷能源有限公司廠區(qū)外建設(shè)焦?fàn)t煤氣外管網(wǎng),本管網(wǎng)共有3 家供氣企業(yè),分別為永祥焦化、東方焦化和晉華焦化。

        本工程為焦?fàn)t煤氣輸送工程,在輸送過程中,由于溫度變化,焦?fàn)t煤氣中的水蒸氣會冷凝液化,需要及時將冷凝液排出,以免影響煤氣輸送。

        本設(shè)計用煤氣水封槽收集冷凝液,水封槽冬季需采取防凍措施- 通入蒸汽。

        2 各企業(yè)供氣情況

        根據(jù)廠區(qū)提供的數(shù)據(jù),本工程用氣量為80 000 m3/h。

        各企業(yè)供氣情況詳見表2。

        表2 各企業(yè)供氣匯總表Table 2 Summary table of company gas supply

        3 介質(zhì)參數(shù)

        3.1 焦?fàn)t煤氣規(guī)格

        本工程所用焦?fàn)t煤氣操作壓力為8~15 kPa,操作溫度為60 ℃,密度為0.4~0.5 kg/Nm3。

        焦?fàn)t煤氣管道設(shè)計壓力為0.195 MPa,設(shè)計溫度為80 ℃。

        3.2 焦?fàn)t煤氣的特點

        (1) 焦?fàn)t煤氣發(fā)熱值高16 720—18 810 kJ/m3,可燃成分較高(90%左右)。

        (2) 焦?fàn)t煤氣是無色有臭味的氣體。

        (3) 焦?fàn)t煤氣因含有CO 和少量的H2S 所以有毒。

        (4) 焦?fàn)t煤氣含氫較多,燃燒速度快,火焰較短。

        (5) 焦?fàn)t煤氣如果凈化不好,將含有較多的焦油和萘,就會堵塞管道和管件,給調(diào)火工作帶來困難。

        (6) 著火溫度為600~650 ℃。

        3.3 蒸汽規(guī)格

        蒸汽操作溫度158 ℃,操作壓力0.6 MPa。

        4 焦?fàn)t煤氣輸送方案

        4.1 管道走向

        東方焦化廠位于泉稷能源廠區(qū)西南方向,其焦?fàn)t煤氣管線自東方焦化廠區(qū)東部接出,跨過馬路,沿馬路自南向北120 m 后向東220 m 轉(zhuǎn)向北敷設(shè)至振興大街后,在街北沿振興大街自西向東敷設(shè)1 100 m,沿泉稷能源廠區(qū)東圍墻繼續(xù)向北敷設(shè)至焦?fàn)t氣除焦脫氨裝置附近。

        晉華焦化廠位于泉稷能源廠區(qū)的東側(cè),兩個廠區(qū)距離2 250 m。此段焦?fàn)t煤氣管線自晉華焦化廠區(qū)西圍墻接出跨過馬路后沿路西向南敷設(shè),途中跨越馬路,沿路東繼續(xù)向南至振興大街,沿振興大街北面自東向西敷設(shè),途經(jīng)一個十字路口,最寬處可達(dá)75 m,跨越難度較大,向北50 m 左右位置寬度43 m,跨過馬路再向南折返,然后繼續(xù)向西敷設(shè)至泉稷能源廠區(qū)東圍墻,沿圍墻向北敷設(shè)至廠區(qū)焦?fàn)t氣除焦脫氨裝置附近。

        永祥焦化廠位于泉稷能源廠區(qū)的東側(cè),兩個廠區(qū)東西相鄰。此段焦?fàn)t煤氣管線沿廠區(qū)圍墻自北向南敷設(shè)至泉稷能源廠區(qū)焦?fàn)t氣除焦脫氨裝置附近。

        為了防止管道堵塞,焦?fàn)t煤氣管道考慮蒸汽伴熱,蒸汽主管選用DM80 碳鋼管道,與焦?fàn)t煤氣管道并排敷設(shè)。

        焦?fàn)t煤氣管道走向簡圖如圖1 所示。

        圖1 焦?fàn)t煤氣管道走向簡圖Fig.1 Coke oven gas pipeline layout

        4.2 管路計算

        4.2.1 各廠區(qū)供氣管道管徑及壓力損失計算

        (1) 永祥焦化- 泉稷能源管路流量:42 050 m3/h;供氣壓力為8~15 kPa 根據(jù)計算得出此段管道的管徑取DN1200(φ1220×12.0)

        此段管路長790 m,由《燃?xì)夤艿烙嬎恪奋浖傻贸觯?/p>

        管道流速:9.5 m/s

        管道壓降:259.03 Pa

        管道出口壓力:7 740.97~14 740.97 Pa

        (2) 東方焦化- 泉稷能源管路流量:19 000 m3/h;供氣壓力為8~15 kPa

        計算得出此段管道的管徑取DN800(φ820×10.0)

        此段管路長1 800 m,由《燃?xì)夤艿烙嬎恪奋浖傻贸觯?/p>

        管道流速:9.7 m/s

        管道壓降:1 012.18 Pa

        管道出口壓力:6 987.82~13 987.82 Pa

        (3) 晉華焦化- 泉稷能源管路流量:19 000 m3/h;供氣壓力為8~15 kPa

        計算得出此段管道的管徑取DN800(φ820×10.0)

        此段管路長3 110 m,由《燃?xì)夤艿烙嬎恪奋浖傻贸觯?/p>

        管道流速:9.7 m/s

        管道壓降:1 748.09 Pa

        管道出口壓力:6 251.91~13 251.91 Pa

        4.2.2 管道補償

        焦?fàn)t煤氣管道出口溫度60 ℃,固定點距離96 m

        蒸汽管道溫度158 ℃,固定點距離48 m

        根據(jù)管道熱伸長量計算公式△L=αL(t1-t2)

        計算得出:焦?fàn)t煤氣管道熱伸長量為86.4 mm,蒸汽管道熱伸長量為100 mm。本設(shè)計采用波紋補償器進(jìn)行管道補償,根據(jù)焦?fàn)t煤氣管道的壓力、管徑和熱伸長量,選擇型號為SGE.T.2.5 /800x6-J 的通用型波紋補償器,其軸向補償量可達(dá)到110 mm,大于焦?fàn)t煤氣管道熱伸長量86.4 mm,滿足補償要求。

        根據(jù)蒸汽管道的壓力、管徑、熱伸長量,選擇型號為1.6TWY80x27J 的軸向外壓式補償器,其軸向補償量可達(dá)到144 mm,大于蒸汽管道的熱伸長量100 mm,滿足使用要求。

        5 煤氣排液水封槽

        在焦?fàn)t煤氣管道下方安裝規(guī)格為φ325×250 mm 的集液槽,管道中的水首先集中在集液槽,再通過管道排至煤氣水封槽。煤氣水封槽的設(shè)備尺寸為φ426×3 164 mm,共有7 個管口,包括溢流口、冷凝液入口、放空口、新鮮水入口、蒸汽入口、排凈口、人孔等。焦?fàn)t煤氣管道排液水封接管見圖2。

        6 管道敷設(shè)

        管道的敷設(shè)在保證安全、正常生產(chǎn)及操作,檢修方便的前提下,力求整齊、美觀以創(chuàng)造良好的生產(chǎn)環(huán)境,同時要考慮節(jié)約材料及投資,管道布置應(yīng)統(tǒng)一考慮,使管架布置、管道走向更加合理。

        永祥焦化- 泉稷廠區(qū)的焦?fàn)t煤氣管道管徑選用DN1200(φ1220×12),東方焦化- 泉稷廠區(qū)和晉華焦化- 泉稷廠區(qū)的焦?fàn)t煤氣管道管徑選用DN800(φ820×10)。三條線路的蒸汽主管管徑選用DN80(φ89×4.0)。焦?fàn)t煤氣管道的排液管管徑選用DN80(φ89×4.0),煤氣管道放空管管徑選用DN150(φ159×4.5)。煤氣排液水封槽的蒸汽支管管徑選用DN25(φ32×3.0),新鮮水管管徑選用DN25(φ32×3.0),溢流管管徑選用DN80(φ89×4.0)。

        焦?fàn)t煤氣管道架空敷設(shè),蒸汽主管置于焦?fàn)t煤氣管道上方。本工程所在地地勢西高東低,北高南低,東西方向地坪標(biāo)高486.82~506.54,南北方向地坪標(biāo)高486.94~504.64。管架高度3.5~9.7 m,管線坡度依就地勢,約0.6%。

        焦?fàn)t煤氣管道材質(zhì)選用Q235B(SY/T5037-2018),其他管道材質(zhì)均選用20#(GB/T8163-2018),管道支撐點設(shè)置管托,蒸汽主管、蒸汽支管及排液水封需保溫,蒸汽支管保溫厚度40 mm,蒸汽主管保溫厚度50 mm,排液水封保溫厚度60 mm,保溫材料選用陶瓷纖維毯1050 型。

        焦?fàn)t煤氣管道排液水封接管圖如圖2 所示。

        圖2 焦?fàn)t煤氣管道排液水封接管圖Fig.2 Condensate discharge piping plan of the water seal of coke oven gas pipeline

        每根焦?fàn)t煤氣管道的起點和終點均設(shè)置了煤氣專用蝶閥和孔板流量計,閥門材質(zhì)為鑄鋼。在煤氣管道及蒸汽管道最高點設(shè)置放空管.煤氣放散管管口應(yīng)高于煤氣管道2.5 m 以上。焦?fàn)t煤氣管道放空管采用雙閘閥設(shè)計,閥門材質(zhì)為鑄鋼。焦?fàn)t煤氣管道集液槽詳圖如圖3 所示。

        圖3 焦?fàn)t煤氣管道集液槽詳圖Fig.3 Sump detailed drawing of coke oven gas pipeline

        7 靜電接地

        所有煤氣管線,均應(yīng)有可靠的防靜電的接地保護(hù)。連接處采用焊接連接,埋地部分采用焊接連接。管道法蘭和閥門等連接處要做跨接,連接線宜選用6 mm2多股銅芯氯乙烯電線,其長度應(yīng)留有不小于100 mm 的裕度。接地體采用鍍鋅鋼管G50 L=2.5 m。每隔80~100 m,在管道的相應(yīng)的位置上(具體位置詳見管道平面布置圖),設(shè)置專用的接地連接端頭,作為靜電接地的連接點。每組專設(shè)的靜電接地體,其接地電阻值,一般情況應(yīng)小于100 Ω。扁鋼,軟銅編織線等材料應(yīng)鍍鋅或涂防腐漆,金屬接地體應(yīng)選用鍍鋅鋼材。

        8 結(jié) 語

        焦?fàn)t煤氣管道的設(shè)計首先根據(jù)煤氣的流量、流速等確定管徑,再根據(jù)管道走向及管徑合理設(shè)計管架間距、形式等,根據(jù)煤氣的溫度、壓力、熱伸長量選擇合適的補償器,最后根據(jù)生產(chǎn)需求和實際情況設(shè)置閥門、計量裝置、自動化儀表等部件。

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