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(xiàng)目正式投產(chǎn)

6 月25 日，通過168h 試運(yùn)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(xiàng)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(yùn)期間該項(xiàng)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(shí)現(xiàn)了燃煤電廠煙氣中二氧化碳大規(guī)模捕集。該項(xiàng)目的成功投運(yùn)，為我國燃煤電站推進(jìn)實(shí)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(xiàng)目積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對落實(shí)“碳達(dá)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(xiàng)目位于陜西省榆林市。該項(xiàng)目依托國華錦界公司1 號600MW 亞臨界機(jī)組，集成了新型吸收劑（復(fù)合胺吸收劑）、增強(qiáng)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(jī)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(jìn)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(xiàng)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(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了優(yōu)良，實(shí)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(yàn)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(yùn)一次成功。該項(xiàng)目的成功投運(yùn)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(jìn)作用，也為化工建設(shè)企業(yè)投身落實(shí)“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(dá)到峰值，2060 年前實(shí)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(yùn)共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)和實(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(xiàng)新興的、具有較大潛力的二氧化碳減排技術(shù)，有望實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)近零碳排放為數(shù)不多的可行技術(shù)方案?？梢姡瑹o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(shí)現(xiàn)碳達(dá)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(shí)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(shí)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(xiàng)目，工程實(shí)踐能力顯著提高。詳見表1。

表1 我國部分CCUS 示范項(xiàng)目 萬t/ a

3 從國華錦界看CCS 項(xiàng)目的特點(diǎn)

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(xiàng)目施工與設(shè)備材料采購（PC）項(xiàng)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(xiàng)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(yùn)及代保管（含甲供設(shè)備及千噸級吸附驗(yàn)證裝置）；本項(xiàng)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(yàn)證裝置）等；并配合系統(tǒng)調(diào)試、性能試驗(yàn)及試運(yùn)行（含千噸級吸附驗(yàn)證裝置）。

（2） CCUS 項(xiàng)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(yùn)輸、保管、設(shè)備二次倒運(yùn)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(xiàng)目擋板門法蘭（含）連接起至CCUS 項(xiàng)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(hù)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(yàn)證裝置的施工安裝。

（5）15 萬t 及千噸級項(xiàng)目的單體調(diào)試。

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

（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(jī)組脫硫吸收塔后出口煙道抽取（氣量約1.0×105Nm3/ h）后進(jìn)入煙氣洗滌塔，在塔內(nèi)經(jīng)洗滌降溫和深度脫硫后進(jìn)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(jìn)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(jìn)入貧富液換熱器，熱量回收后進(jìn)入解吸塔；一股直接進(jìn)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)樨氁海瑥慕馕琢鞒?。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(jìn)入壓縮等后序工段進(jìn)一步處理。解吸二氧化碳后的貧液進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行閃蒸，閃蒸出的氣體進(jìn)入吸收塔；貧液流出后進(jìn)入貧富液換熱器換熱，冷卻后進(jìn)入吸收塔進(jìn)行吸收。為了驗(yàn)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(jìn)入二氧化碳壓縮機(jī)壓縮，壓縮機(jī)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(jìn)入提純塔進(jìn)行脫水干燥，經(jīng)干燥處理后的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)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(jìn)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(diǎn)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）施工場地狹小：各裝置建筑距離近，地下基礎(chǔ)施工交叉作業(yè)難度大；機(jī)械及進(jìn)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(yùn)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(xiàng)目施工的核心；

（6）煙道安裝：需要進(jìn)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(xiàng)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(diǎn)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(xiàng)目高度重視，為此派出了精兵強(qiáng)將，以強(qiáng)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(xiàng)目，成功實(shí)現(xiàn)項(xiàng)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(qiáng)大的人材機(jī)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(qiáng)有力的管理團(tuán)隊，積極組織人員和機(jī)械進(jìn)場，扎實(shí)開展各項(xiàng)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(jī)械20 余臺，中小型機(jī)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(xiàng)目經(jīng)理為總質(zhì)保工程師的質(zhì)量保證體系；確立了項(xiàng)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(shí)到個人。

（3）健全安全管理體系。項(xiàng)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(qiáng)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(jìn)行會審，根據(jù)工程實(shí)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(jìn)行論證，并制定了切實(shí)可行的實(shí)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(jìn)口關(guān)。原材料是工程質(zhì)量得到保證的根本。所有進(jìn)場的材料均按招標(biāo)文件要求的短名單采購，進(jìn)場必須是合格產(chǎn)品，每項(xiàng)材料均在進(jìn)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(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)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(jìn)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(xiàng)管理嚴(yán)格遵循“三檢制”，做到自檢、互檢、交接檢。實(shí)現(xiàn)了單位工程驗(yàn)收合格率100%，分項(xiàng)工程驗(yàn)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(jìn)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(jìn)行合理規(guī)劃。

4.4 加強(qiáng)場地規(guī)劃，充分利用空閑場地

與采購部門和項(xiàng)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(diǎn)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(yùn)至現(xiàn)場立即進(jìn)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(qiáng)現(xiàn)場調(diào)度，確保文明施工

項(xiàng)目部由專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場調(diào)度，在項(xiàng)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(jìn)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(xiàng)目HSE 管理人員共同監(jiān)督實(shí)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(hù)工作

根據(jù)現(xiàn)場場地及施工安排，采取切實(shí)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(xiàn)。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(xiàng)目的優(yōu)異表現(xiàn)表明，化工建設(shè)企業(yè)有經(jīng)驗(yàn)、有能力完成任何與二氧化碳減排相關(guān)的工程項(xiàng)目，也必將在國家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的進(jìn)程中做出更大的貢獻(xiàn)。