方 圓
中國(guó)化學(xué)工程第十四建設(shè)有限公司 江蘇南京 210044
6 月25 日,通過168h 試運(yùn)行,由中國(guó)化學(xué)工程第十四建設(shè)有限公司(以下簡(jiǎn)稱十四化建)承建的目前國(guó)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(guó)華錦界能源有限公司(以下簡(jiǎn)稱國(guó)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(jí)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(guó)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(guó)火電廠開展百萬噸級(jí)大規(guī)模碳捕集項(xiàng)目積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)落實(shí)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)具有重要意義。
國(guó)華錦界15 萬t/ a CCS 示范工程是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、全球設(shè)計(jì)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(guó)華錦界公司1 號(hào)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(jí)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(chǎng)地受限、設(shè)備材料供應(yīng)不及時(shí)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(gè)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(dòng)一次成功、整套啟動(dòng)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(guó)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。
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(guó)正式提出“二氧化碳排放力爭(zhēng)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(guó)基于推動(dòng)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(guó)向世界作出的莊嚴(yán)承諾。以“雙碳”目標(biāo)為指引,國(guó)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(guó)是全球二氧化碳排放量最大的國(guó)家之一,面臨日益強(qiáng)烈的減排要求。因此,我國(guó)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(chǔ)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(jí)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(duì)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(jìng)爭(zhēng)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(duì)氣候變化的需要,還是面向碳中和目標(biāo),繼續(xù)加大對(duì)CCUS 產(chǎn)業(yè)的投資力度都是大勢(shì)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(guó)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(guó)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的大勢(shì)所趨、使命所系。為此,我國(guó)現(xiàn)已啟動(dòng)多個(gè)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(guó)部分CCUS 示范項(xiàng)目 萬t/ a
國(guó)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(gòu)(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(gòu);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(jí)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(jí)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(jí)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(bào)警、鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)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(gòu)、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(jì)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(chǎng)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(jí)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(jí)項(xiàng)目的單體調(diào)試。
(6)配合進(jìn)行15 萬t 及千噸級(jí)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)。
國(guó)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(guó)華錦界1 號(hào)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(jí)間冷卻工藝,從吸收塔中部對(duì)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?,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(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?jí)嚎s機(jī)壓縮,壓縮機(jī)出口二氧化碳?jí)毫?.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(chǔ)存。
目前生產(chǎn)出的液態(tài)二氧化碳為工業(yè)級(jí)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(chǎng)預(yù)留生產(chǎn)食品級(jí)二氧化碳的場(chǎng)地。
(1)國(guó)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(chǎng)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(chǎng)路線受限;聯(lián)合平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)分段吊裝吊車的布置位置受限;
(3)現(xiàn)場(chǎng)無設(shè)備堆場(chǎng),場(chǎng)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(shí)堆放場(chǎng)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(duì)焊接;
(7) 塔器分段吊裝中需要在空中組對(duì);
(8)設(shè)備材料采購(gòu)中與設(shè)計(jì)、廠家的溝通、返資、確認(rèn)管理工作繁瑣。
十四化建前身是中國(guó)人民解放軍基本建設(shè)工程兵部隊(duì),是唯一一支從事國(guó)家大型重點(diǎn)石油化工建設(shè)的專業(yè)部隊(duì),同時(shí)也是曾獲得國(guó)務(wù)院嘉獎(jiǎng)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(jī),贏得了國(guó)內(nèi)外眾多業(yè)主的一致好評(píng)。
十四化建對(duì)國(guó)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(guó)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(gè)一次成功,為今后類似工程提供了良好的樣板。
(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(duì),積極組織人員和機(jī)械進(jìn)場(chǎng),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(jí)建造師4 人、高級(jí)工程師4 人、注冊(cè)安全工程師2 人、中級(jí)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(tái),中小型機(jī)具120余臺(tái)。
(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(zhǎng)的分級(jí)質(zhì)量管控制度,質(zhì)量責(zé)任落實(shí)到個(gè)人。
(3)健全安全管理體系。項(xiàng)目開工到交工始終如一地堅(jiān)持班前交底會(huì),做到無交底不施工。
(1)認(rèn)真開展圖紙審查。積極會(huì)同建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計(jì)院等相關(guān)方共同對(duì)施工圖紙進(jìn)行會(huì)審,根據(jù)工程實(shí)際情況提出合理建議,形成圖紙會(huì)審紀(jì)要文件。
(2)針對(duì)危大工程,多次現(xiàn)場(chǎng)邀請(qǐng)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(chǎng)的材料均按招標(biāo)文件要求的短名單采購(gòu),進(jìn)場(chǎng)必須是合格產(chǎn)品,每項(xiàng)材料均在進(jìn)場(chǎng)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(cè)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%。
工程各專業(yè)之間的交叉作業(yè),會(huì)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(duì)各專業(yè)、各單位工程的施工順序進(jìn)行合理規(guī)劃。
與采購(gòu)部門和項(xiàng)目部材料部門及時(shí)溝通,掌握工程材料、設(shè)備到貨時(shí)間,提前做好材料入庫(kù)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(chǎng)地。另外,主要的預(yù)制工作在業(yè)主提供的預(yù)制場(chǎng)地內(nèi)完成,預(yù)制成半成品運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)立即進(jìn)行安裝,最大程度地減少現(xiàn)場(chǎng)空閑地小對(duì)施工的影響。
項(xiàng)目部由專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)場(chǎng)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(chǎng)后盡量直接就位于設(shè)備基礎(chǔ)上);指定各專業(yè)施工隊(duì)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,確保現(xiàn)場(chǎng)施工井井有條、文明有序。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)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(guó)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?jī)H200 萬t。預(yù)計(jì)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(guó)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(guó)家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的進(jìn)程中做出更大的貢獻(xiàn)。