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        落實“雙碳”目標(biāo)化工建設(shè)企業(yè)大有可為
        ——陜西國華錦界15 萬t/ a 二氧化碳捕集(CCS)示范工程建設(shè)紀(jì)實

        2021-11-13 01:29:26
        石油化工建設(shè) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:國華吸收塔雙碳

        方 圓

        中國化學(xué)工程第十四建設(shè)有限公司 江蘇南京 210044

        1 目前國內(nèi)規(guī)模最大CCS 項目正式投產(chǎn)

        6 月25 日,通過168h 試運行,由中國化學(xué)工程第十四建設(shè)有限公司(以下簡稱十四化建)承建的目前國內(nèi)規(guī)模最大的燃煤電廠二氧化碳捕集與驅(qū)油封存全流程示范項目——陜西國華錦界能源有限公司(以下簡稱國華錦界)15 萬t/ a 二氧化碳捕集(CCS)示范工程正式投產(chǎn)。試運期間該項目連續(xù)生產(chǎn)出純度99.5%的工業(yè)級合格液態(tài)二氧化碳產(chǎn)品,成功實現(xiàn)了燃煤電廠煙氣中二氧化碳大規(guī)模捕集。該項目的成功投運,為我國燃煤電站推進實現(xiàn)“近零排放”提供了技術(shù)支撐,為我國火電廠開展百萬噸級大規(guī)模碳捕集項目積累了實踐經(jīng)驗,對落實“碳達峰”“碳中和”目標(biāo)具有重要意義。

        國華錦界15 萬t/ a CCS 示范工程是目前國內(nèi)規(guī)模最大、全球設(shè)計性能指標(biāo)最優(yōu)的二氧化碳捕集裝置,項目位于陜西省榆林市。該項目依托國華錦界公司1 號600MW 亞臨界機組,集成了新型吸收劑(復(fù)合胺吸收劑)、增強型塑料填料、降膜汽提式再沸器、超重力再生反應(yīng)器和高效節(jié)能工藝(級間冷卻+ 分流解吸+ 機械式蒸汽再壓縮)等新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備,開展了先進的燃煤電廠化學(xué)吸收法二氧化碳捕集技術(shù)研究和工業(yè)示范。項目自2019 年11 月1 日開工建設(shè),2021 年1 月安裝建設(shè)完成,期間,十四化建參建全體員工齊心努力,克服了施工場地受限、設(shè)備材料供應(yīng)不及時等重重困難,嚴(yán)格管理、精心施工,各項指標(biāo)均達到了優(yōu)良,實現(xiàn)了八個一次成功,即系統(tǒng)受電一次成功、DCS 復(fù)原試驗一次成功、冷態(tài)通風(fēng)一次成功、化學(xué)清洗一次成功、熱態(tài)啟動一次成功、整套啟動一次成功、產(chǎn)品液化一次成功和裝車外運一次成功。該項目的成功投運為我國形成適用于燃煤電站煙氣二氧化碳高效、低能耗捕集的新技術(shù)體系起到了極大的促進作用,也為化工建設(shè)企業(yè)投身落實“雙碳”目標(biāo)提供了良好的示范。

        2 “雙碳”目標(biāo)與CCS 技術(shù)

        在“綠色”已成為全球科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的風(fēng)向標(biāo)和關(guān)鍵詞的背景下,2020 年9 月22 日,中國正式提出“二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值,2060 年前實現(xiàn)碳中和”的“雙碳”目標(biāo)。這既是中國基于推動構(gòu)建人類命運共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求作出的重大戰(zhàn)略決策,也是中國向世界作出的莊嚴(yán)承諾。以“雙碳”目標(biāo)為指引,國內(nèi)從政府、企業(yè)到工程承包商,一副宏偉壯闊的綠色發(fā)展新圖景正在徐徐展開。

        大氣中二氧化碳濃度的大幅增加,主要源于人類生產(chǎn)和生活過程中燃燒大量化石燃料。目前我國是全球二氧化碳排放量最大的國家之一,面臨日益強烈的減排要求。因此,我國迫切需要采取有效措施,減少二氧化碳排放量,減緩二氧化碳排放強度。

        CCS 技術(shù)是Carbon Capture and Storage 的縮寫,是指通過碳捕捉技術(shù),將工業(yè)和有關(guān)能源產(chǎn)業(yè)所生產(chǎn)的二氧化碳分離出來,再通過碳儲存手段,將其輸送并封存到海底或地下等與大氣隔絕的地方。隨著二氧化碳作為一種資源受到越來越多的關(guān)注,CCS 技術(shù)已升級為CCUS,在二氧化碳捕獲和封存的基礎(chǔ)上,增加了“輸送”、“利用”的成分。CCUS 技術(shù)是一項新興的、具有較大潛力的二氧化碳減排技術(shù),有望實現(xiàn)化石能源的低碳利用,被認(rèn)為是應(yīng)對全球氣候變化、控制溫室氣體排放的重要技術(shù)之一,也被認(rèn)為是“目前實現(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳化利用的唯一技術(shù)選擇”。充分考慮電力系統(tǒng)實現(xiàn)快速減排,并保證靈活性、可靠性的多重需求,火電加裝CCUS 是當(dāng)前具有競爭力的重要技術(shù)手段。同樣,在鋼鐵、水泥等重污染行業(yè)CCUS 也是實現(xiàn)近零碳排放為數(shù)不多的可行技術(shù)方案??梢?,無論是應(yīng)對氣候變化的需要,還是面向碳中和目標(biāo),繼續(xù)加大對CCUS 產(chǎn)業(yè)的投資力度都是大勢所趨。特別是2030 年實現(xiàn)碳達峰之后,仍需大力推廣CCUS,這意味著從現(xiàn)在起就要開展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

        CCUS 在國內(nèi)被稱為“實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的托底技術(shù)保障”,發(fā)展CCUS 產(chǎn)業(yè)是助力我國實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的大勢所趨、使命所系。為此,我國現(xiàn)已啟動多個CCUS 示范項目,工程實踐能力顯著提高。詳見表1。

        表1 我國部分CCUS 示范項目 萬t/ a

        3 從國華錦界看CCS 項目的特點

        3.1 工程范圍

        國華錦界15 萬t/ a 燃燒后二氧化碳捕集和封存全流程示范項目施工與設(shè)備材料采購(PC)項目,由十四化建承包,具體內(nèi)容如下:

        (1)投標(biāo)方負(fù)責(zé)CCUS 項目除甲供設(shè)備外所有系統(tǒng)所涉及的設(shè)備及材料的采購;到廠所有設(shè)備材料的接卸、二次倒運及代保管(含甲供設(shè)備及千噸級吸附驗證裝置);本項目范圍內(nèi)的建構(gòu)筑物、設(shè)備及土建施工、安裝,單體調(diào)試(含甲供設(shè)備及千噸級吸附驗證裝置)等;并配合系統(tǒng)調(diào)試、性能試驗及試運行(含千噸級吸附驗證裝置)。

        (2) CCUS 項目范圍所有輔助設(shè)備(包含除甲供設(shè)備以外的所有設(shè)備和電氣、熱控儀表、電力電纜、火災(zāi)報警、鋼結(jié)構(gòu)平臺樓梯、工業(yè)電視、消防、暖通、防腐、保溫保冷、土建及建構(gòu)筑物、油漆和通訊等部分的全部設(shè)備材料),以及材料采購、運輸、保管、設(shè)備二次倒運等。

        (3) 土建部分包括初步設(shè)計范圍內(nèi)的土建施工,還還包括與1# 脫硫吸收塔出口凈煙道CCUS項目擋板門法蘭(含)連接起至CCUS 項目建設(shè)場地內(nèi)所有煙道、支架、汽、氣、水、電工程及新建內(nèi)容,以及由于施工需要拆除或破壞的馬路、地面、墻面、保溫外護設(shè)施,并且在施工完成后需要恢復(fù)原狀。

        (4) 千噸級二氧化碳吸附工業(yè)驗證裝置的施工安裝。

        (5)15 萬t 及千噸級項目的單體調(diào)試。

        (6)配合進行15 萬t 及千噸級項目分系統(tǒng)調(diào)整試驗、整套調(diào)試及配合完成性能試驗。

        (7) 本裝置排放的胺回收加熱器殘液排入鍋爐焚燒處理的施工與設(shè)備材料供應(yīng)。

        3.2 工藝流程

        國華錦界15 萬t/ a CCS 示范工程工藝流程如圖1 所示。煙氣自國華錦界1 號機組脫硫吸收塔后出口煙道抽?。饬考s1.0×105Nm3/ h)后進入煙氣洗滌塔,在塔內(nèi)經(jīng)洗滌降溫和深度脫硫后進入吸收塔,由新型吸收劑吸收煙氣中的二氧化碳。為提高吸收能力,設(shè)置級間冷卻工藝,從吸收塔中部對吸收液進行冷卻,吸收后尾氣經(jīng)塔頂洗滌后排出。新型吸收劑吸收煙氣中二氧化碳后成為富液,富液從吸收塔塔底流出后分為兩股:一股進入貧富液換熱器,熱量回收后進入解吸塔;一股直接進入解吸塔,在再沸器的加熱作用下,通過汽提解吸出富液中的二氧化碳,解吸后的富液變?yōu)樨氁?,從解吸塔塔底流出。解吸塔?nèi)解吸出的二氧化碳連同水蒸汽從解吸塔塔頂引出,經(jīng)氣液分離器分離冷卻除去水分后得到純度99.5%(干氣)以上的二氧化碳產(chǎn)品氣,進入壓縮等后序工段進一步處理。解吸二氧化碳后的貧液進入閃蒸罐進行閃蒸,閃蒸出的氣體進入吸收塔;貧液流出后進入貧富液換熱器換熱,冷卻后進入吸收塔進行吸收。為了驗證超重力反應(yīng)器的解吸能力,與解吸塔并列設(shè)置超重力反應(yīng)器,處理能力為10%。溶液往返循環(huán)構(gòu)成連續(xù)吸收和解吸二氧化碳的工藝過程。

        圖1 二氧化碳捕集示范工程工藝流程圖

        從解吸塔塔頂出來冷卻分離的產(chǎn)品氣進入二氧化碳壓縮機壓縮,壓縮機出口二氧化碳壓力為2.5MPa(g),溫度為40℃。壓縮后的二氧化碳?xì)怏w進入提純塔進行脫水干燥,經(jīng)干燥處理后的二氧化碳?xì)怏w進入二氧化碳冷凝器及過冷器,液化降溫制冷至- 20℃以下,完全液化后送至二氧化碳球罐進行儲存。

        目前生產(chǎn)出的液態(tài)二氧化碳為工業(yè)級二氧化碳,可用于驅(qū)油、咸水層封存及礦化等領(lǐng)域,并且現(xiàn)場預(yù)留生產(chǎn)食品級二氧化碳的場地。

        3.3 施工重難點分析

        (1)國華錦界15 萬t/ a CCS示范工程是二氧化碳捕集封存的全流程示范工程,指標(biāo)領(lǐng)先,技術(shù)要求高,專業(yè)多,交叉施工多,部分施工區(qū)域環(huán)境復(fù)雜;

        (2)施工場地狹?。焊餮b置建筑距離近,地下基礎(chǔ)施工交叉作業(yè)難度大;機械及進出場路線受限;聯(lián)合平臺鋼結(jié)構(gòu)分段吊裝吊車的布置位置受限;

        (3)現(xiàn)場無設(shè)備堆場,場區(qū)吊車站位空間受限,大型設(shè)備分段吊裝運輸及臨時堆放場地受限;

        (4) 島外循環(huán)水埋地管道與老廠地下設(shè)施交叉多;煙道高低輔蒸汽、疏水管道與原有設(shè)備、橋架等干涉多,作業(yè)空間受限;

        (5)水洗塔、吸收塔、煙道均為玻璃鱗片內(nèi)防腐,但玻璃鱗片屬于易燃品,因此密閉空間作業(yè)、防火是本項目施工的核心;

        (6)煙道安裝:需要進行大管徑管道的高空組對焊接;

        (7) 塔器分段吊裝中需要在空中組對;

        (8)設(shè)備材料采購中與設(shè)計、廠家的溝通、返資、確認(rèn)管理工作繁瑣。

        4 十四化建為CCS 項目建設(shè)提供了一個良好的樣板

        十四化建前身是中國人民解放軍基本建設(shè)工程兵部隊,是唯一一支從事國家大型重點石油化工建設(shè)的專業(yè)部隊,同時也是曾獲得國務(wù)院嘉獎令的化工施工企業(yè)。公司于1983 年整編為中央直屬的大型綜合性施工企業(yè),在石化、化肥、化學(xué)、精細(xì)化工、能源、電力、食品、醫(yī)藥和基礎(chǔ)設(shè)備等行業(yè)都有不俗的工程業(yè)績,贏得了國內(nèi)外眾多業(yè)主的一致好評。

        十四化建對國華錦界15 萬t/ a 燃燒后二氧化碳捕集和封存全流程示范項目高度重視,為此派出了精兵強將,以強大的公司管理體系作為支撐,高質(zhì)量地完成了這一國內(nèi)目前規(guī)模最大的CCS 項目,成功實現(xiàn)項目的八個一次成功,為今后類似工程提供了良好的樣板。

        4.1 強大的人材機資源保障

        (1)投入充足的人力、物力。十四化建在與建設(shè)單位簽訂合同后,立即組建了強有力的管理團隊,積極組織人員和機械進場,扎實開展各項施工工作;過程中高峰投入管理人員27 人,其中一級建造師4 人、高級工程師4 人、注冊安全工程師2 人、中級以上管理人員12 人;施工人員300 余人;大型施工機械20 余臺,中小型機具120余臺。

        (2)完備質(zhì)量管理體系。十四化建根據(jù)相關(guān)法律法規(guī),建立了以項目經(jīng)理為總質(zhì)保工程師的質(zhì)量保證體系;確立了項目經(jīng)理、質(zhì)量經(jīng)理、質(zhì)檢員、施工班組長的分級質(zhì)量管控制度,質(zhì)量責(zé)任落實到個人。

        (3)健全安全管理體系。項目開工到交工始終如一地堅持班前交底會,做到無交底不施工。

        4.2 堅持技術(shù)先行,強化圖紙審核和方案論證

        (1)認(rèn)真開展圖紙審查。積極會同建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計院等相關(guān)方共同對施工圖紙進行會審,根據(jù)工程實際情況提出合理建議,形成圖紙會審紀(jì)要文件。

        (2)針對危大工程,多次現(xiàn)場邀請專家進行論證,并制定了切實可行的實施方案,保安全、保質(zhì)量的完成施工任務(wù)。

        (3)嚴(yán)把原材料進口關(guān)。原材料是工程質(zhì)量得到保證的根本。所有進場的材料均按招標(biāo)文件要求的短名單采購,進場必須是合格產(chǎn)品,每項材料均在進場后經(jīng)過監(jiān)理和建設(shè)單位代表的嚴(yán)格檢查,并做抽檢送具有資質(zhì)的實驗機構(gòu)檢驗合格后才允許使用。其中配合比、鋼筋、水泥、紅磚都按規(guī)范要求進行檢測合格后,方可使用。

        (4)嚴(yán)格執(zhí)行施工工序的“三檢”制度。工程分項管理嚴(yán)格遵循“三檢制”,做到自檢、互檢、交接檢。實現(xiàn)了單位工程驗收合格率100%,分項工程驗收合格率100%,受檢焊接接頭一檢合格率98.3%。

        4.3 合理布置施工順序

        工程各專業(yè)之間的交叉作業(yè),會給施工帶來一定難度。這就必須從總體考慮,做到全面協(xié)調(diào)、合理安排,確定先后順序并合理協(xié)調(diào)施工的條件,以及各工種的相互配合、協(xié)作,化解矛盾,滿足施工進度的要求。施工順序總的原則是:先地上、后地下;先土建、后安裝;先設(shè)備管道、后電氣熱控、最后調(diào)試保溫。以工程關(guān)鍵線路為主線,以滿足施工安全為前提,對各專業(yè)、各單位工程的施工順序進行合理規(guī)劃。

        4.4 加強場地規(guī)劃,充分利用空閑場地

        與采購部門和項目部材料部門及時溝通,掌握工程材料、設(shè)備到貨時間,提前做好材料入庫的準(zhǔn)備;在保證車輛、人員安全通道不被占用的前提下,首要滿足重點專業(yè)的材料、半成品暫存場地。另外,主要的預(yù)制工作在業(yè)主提供的預(yù)制場地內(nèi)完成,預(yù)制成半成品運至現(xiàn)場立即進行安裝,最大程度地減少現(xiàn)場空閑地小對施工的影響。

        4.5 加強現(xiàn)場調(diào)度,確保文明施工

        項目部由專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場調(diào)度,在項目經(jīng)理、施工經(jīng)理和HSE 經(jīng)理直接領(lǐng)導(dǎo)下,負(fù)責(zé)現(xiàn)場場地協(xié)調(diào)、施工車輛進出、各專業(yè)設(shè)備材料堆放等協(xié)調(diào)管理(各設(shè)備到場后盡量直接就位于設(shè)備基礎(chǔ)上);指定各專業(yè)施工隊衛(wèi)生責(zé)任包干片區(qū),并與項目HSE 管理人員共同監(jiān)督實施,確?,F(xiàn)場施工井井有條、文明有序。

        4.6 做好季節(jié)性施工的防護工作

        根據(jù)現(xiàn)場場地及施工安排,采取切實可行的保溫防凍措施及道路、工作面的防滑措施等,確保冬季正常的施工生產(chǎn),并確保結(jié)構(gòu)工程鋼筋砼施工質(zhì)量,防止發(fā)生安全事故。

        目前我國二氧化碳捕集能力僅為每年300 萬t,2007~2019 年累積二氧化碳封存量僅200 萬t。預(yù)計到2050 年,CCUS 技術(shù)可提供每年11 億~27 億t 二氧化碳規(guī)模減排貢獻。十四化建在國華錦界15 萬t/ a 燃燒后二氧化碳捕集和封存全流程示范項目的優(yōu)異表現(xiàn)表明,化工建設(shè)企業(yè)有經(jīng)驗、有能力完成任何與二氧化碳減排相關(guān)的工程項目,也必將在國家實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的進程中做出更大的貢獻。

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