劉文佳

(江蘇力沃新能源科技股份有限公司，江陰 214444)

0 引 言

丙烯是石化工業(yè)中最重要的有機(jī)化工原料之一。目前，丙烯獲取工藝是通過(guò)石油催化裂解獲得的。但是在采用石油裂解工藝的主要產(chǎn)品是乙烯，若丙烯生產(chǎn)占比較高會(huì)影響裝置的經(jīng)濟(jì)性和效率，同時(shí)還會(huì)隨著裂解石油的趨勢(shì)拖延導(dǎo)致丙烯收率急劇下降[1]。由于在丙烯的生產(chǎn)工藝中通常都是以成品油生產(chǎn)為代價(jià)同時(shí)丙烯收率較低，所以煉油廠會(huì)慎重選擇工藝配置。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)丙烯的需求量大幅增加。用傳統(tǒng)工藝如石油裂解和催化裂化生產(chǎn)丙烯，很難跟上丙烯需求的快速增長(zhǎng)。在此基礎(chǔ)上，為了保證丙烯生產(chǎn)能夠滿足需求，必須實(shí)施替代生產(chǎn)工藝[2]。綜合考慮成本、資源和技術(shù)成熟度等因素，比較了以丙烯生產(chǎn)為主的幾種生產(chǎn)工藝，丙烷脫氫裝置鍋爐已成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的丙烯生產(chǎn)工藝。近年來(lái)，丙烷脫氫裝置鍋爐工藝在我國(guó)發(fā)展迅速，生產(chǎn)能力以驚人的速度擴(kuò)大，已逐漸成為丙烯的重要來(lái)源之一。

1 設(shè)備狀況

5萬(wàn)噸/年丙烷脫氫裝置所需余熱鍋爐(B-501)采用無(wú)補(bǔ)燃余熱鍋爐；正壓運(yùn)行；露天布置；占地緊湊布置形式。其性能特征是有一定的負(fù)荷適應(yīng)性，能保證上述主要技術(shù)參數(shù)范圍內(nèi)能保證連續(xù)、安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示，其結(jié)構(gòu)主要有鍋筒、蒸發(fā)器、過(guò)熱器、省煤器、激波吹灰器、閥門、鋼結(jié)構(gòu)及平臺(tái)、扶梯等組成。在設(shè)計(jì)、建造、材料、試驗(yàn)和檢驗(yàn)以及安裝調(diào)試等都按《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》 TSG G0001；《水管鍋爐》 GB/T 16507；《鍋爐鍋筒內(nèi)部裝置設(shè)計(jì)導(dǎo)則》JB/T 9618；《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》GB/T1576；《鍋爐安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50273等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行和按ASME、ASTM、NFPA及相應(yīng)的引進(jìn)公司標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造、檢驗(yàn)[3]。

表1 丙烷脫氫裝置所需余熱鍋爐技術(shù)參數(shù)規(guī)范

2 設(shè)備的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)規(guī)范

余熱鍋爐鋼結(jié)構(gòu)采用成套鋼架結(jié)構(gòu)，輔助設(shè)備材料規(guī)格見(jiàn)表2，主要設(shè)備包括鍋筒及其內(nèi)部裝置和鍋筒支架；過(guò)熱器系統(tǒng)、蒸發(fā)器系統(tǒng)、與汽包相連的下集箱上升管、下降管和排污管座；省煤器系統(tǒng)；汽水管道；煙道及余熱鍋爐本體范圍內(nèi)煙道金屬膨脹節(jié)；激波吹灰系統(tǒng)；各種人孔、檢查孔(觀察孔)、吹灰孔、試驗(yàn)孔等雜件[4]。

表2 附屬設(shè)備材質(zhì)規(guī)格

2.1 鍋筒

鍋筒原材料選用Q245R。在設(shè)計(jì)工藝上，汽包內(nèi)采用先進(jìn)成熟的分離裝置，保證汽水品質(zhì)合格和出力有足夠裕度，鍋筒水室壁上可能有溫差的下降管孔、進(jìn)水孔等管孔應(yīng)采用合理的結(jié)構(gòu)和配水方式，防止管孔附近出現(xiàn)熱疲勞裂紋。水位計(jì)設(shè)計(jì)有一套雙室平衡容器+差壓變送器和一套導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。鍋筒還設(shè)有酸洗、熱工測(cè)量、水壓試驗(yàn)、加藥、連續(xù)定期排放、事故放水、超壓保護(hù)、安全閥、放空閥等管座及相應(yīng)的閥門接口。

2.2 蒸發(fā)器

在余熱鍋爐的設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中，蒸發(fā)器管內(nèi)的質(zhì)量流量是一個(gè)非常重要的參數(shù)。它主要反映單位時(shí)間內(nèi)單位面積通過(guò)蒸發(fā)器的介質(zhì)質(zhì)量。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要求滿足壓降的要求，所以蒸發(fā)器內(nèi)的水流分配和受熱應(yīng)均勻，允許鍋爐部件自由膨脹的中心裝置。蒸發(fā)器上設(shè)計(jì)必要的門和孔，以方便維修人員進(jìn)入。門和孔的最大部分應(yīng)能防止在操作過(guò)程中由于熱輻射而變形。建造方面，蒸發(fā)器換熱管的基管材質(zhì)為20 g，壁厚不小于4 mm，翅片材質(zhì)不小于08AL。還要求蒸發(fā)器的所有對(duì)接焊縫必須通過(guò)所有換熱管和蛇形管部件的100%射線探傷和水壓試驗(yàn)。

2.3 過(guò)熱器

鍋爐過(guò)熱器的主要作用是將飽和蒸汽加熱到一定溫度，以提高熱效率。在布置通常采用分級(jí)布置達(dá)到減小熱偏差。過(guò)熱器的設(shè)計(jì)應(yīng)保證過(guò)熱器各部分不發(fā)生過(guò)燒，并采取有效的保護(hù)措施，消除汽側(cè)和煙氣側(cè)的熱偏差。在設(shè)計(jì)方面，過(guò)熱器設(shè)有充氮管座和閥門；吹灰器噴嘴下方有效范圍內(nèi)的管束設(shè)置防護(hù)板；過(guò)熱器應(yīng)設(shè)有反洗設(shè)施和管道；過(guò)熱器在最高點(diǎn)設(shè)放空管座和閥門；過(guò)熱器出口集箱上設(shè)置安全閥、排氣閥和超壓保護(hù)設(shè)施。監(jiān)理方面，過(guò)熱器換熱管母管材質(zhì)選取為12Cr1MoVG，壁厚不小于4 mm，翅片材質(zhì)不小于409 L。過(guò)熱器管及其他部件出廠前必須進(jìn)行100%焊縫無(wú)損檢測(cè)，安裝后對(duì)過(guò)熱器管及蛇形管部件進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

2.4 省煤器

省煤器主要安裝在鍋爐尾部煙道內(nèi)，用于加熱給水，減少熱源損失。由于鍋爐尾部煙氣中含有大量的飛灰顆粒，在設(shè)計(jì)省煤器時(shí)應(yīng)考慮灰粒磨損的防護(hù)措施。如在省煤器管束與周圍墻體之間設(shè)置擋板，防止煙氣偏流，管束上還有可靠的抗磨裝置。在建造方面，省煤器管束及聯(lián)箱材質(zhì)采用20 G，省煤器換熱管座材質(zhì)為20 G，壁厚不小于4 mm，翅片材質(zhì)不小于08AL。同時(shí)省煤器焊縫必須100%無(wú)損檢測(cè)。在設(shè)計(jì)方面，省煤器等受熱面管組之間應(yīng)留有足夠的空間進(jìn)行維護(hù)和清洗；省煤器設(shè)有中間固定裝置，控制受熱面管排間距；省煤器應(yīng)配有充氮和排氣的管座和閥門；省煤器吹灰器噴嘴下方有效范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置防護(hù)板。

2.5 閥門

余熱鍋爐本體范圍內(nèi)的主要閥門及附件(如過(guò)熱器出口、省煤器出口彈簧安全閥，所有手動(dòng)閥門、氣動(dòng)閥門、消聲器等)應(yīng)具有良好的調(diào)節(jié)性能，安全閥不允許出現(xiàn)拒動(dòng)和拒回座，起跳高度應(yīng)符合設(shè)計(jì)值，此外，鍋爐過(guò)熱器出口集箱上的排汽管路應(yīng)設(shè)有消聲器，避免安全閥動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生噪音污染。

2.6 鋼結(jié)構(gòu)及平臺(tái)、扶梯

余熱鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件應(yīng)為耐腐蝕性好、剛度足夠的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；柱與基礎(chǔ)采用埋地螺栓連接，應(yīng)能承受各種應(yīng)力條件的綜合應(yīng)力。余熱鍋爐主扶梯應(yīng)布置在鍋爐前部?jī)蓚?cè)，方向應(yīng)一致，傾斜角度為 45°，門孔、測(cè)量孔、吹灰器、閥門、操作臺(tái)等處應(yīng)有操作維護(hù)平臺(tái)。在建造方面，余熱鍋爐范圍內(nèi)爐墻、煙道外護(hù)板采用1 mm厚梯形波紋金屬板和防銹緊固件。同時(shí)，余熱鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、建造和質(zhì)量應(yīng)滿足GB50017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

余熱鍋爐采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，具有可靠的自動(dòng)控制和保護(hù)裝置。鍋爐設(shè)備及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足各種工況下安全合理的運(yùn)行方式；設(shè)備和材料的建造、檢驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)都按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。但余熱鍋爐正常運(yùn)行后，應(yīng)進(jìn)行性能驗(yàn)收試驗(yàn)，以保證鍋爐的安全。