煤化工中气化框架布置及氧气管道设计要点

煤化工中气化框架布置及氧气管道设计要点

刘玉波

中国天辰工程有限公司黑龙江分公司 天津 300400

摘要:随着煤化工的不断发展，特别是煤制烯烃项目规模越来越大，气化装置作为原料合成气的生产装置在全厂占有重要地位，从气化框架工艺流程、设备布置、到特殊管线布置都要非常重视。设备布置中主要围绕核心设备气化炉，展开布置；特殊管线主要是氧气管线，从设计、施工、管理都要非常重视，严格把关。氧气作为一种助燃剂，化学性质活泼，其在气化装置中主要应用于气化炉中煤浆的气化制备合成气（主要含H2和CO），氧气使用过程中流速高、工作压力高、体积流量大，纯度高达99.99%左右，所以属于高危、助燃气体。国内出现过多起氧气管道安全事故，归根到底是没有对氧气管道施工管理过程严格要求，从氧气管道施工工人乃至项目管理人员对氧气管道安装质量重视不够，所以提高氧气管安装质量意识，加强氧气管安装质量管理至关重要。每项工作都做认真完成才能确保氧气管道在今后的生产过程中安全、平稳的运行。

关键词:气化框架布置;气化炉吊装;氧气管道设计

气化装置的布置除了满足工艺流程要求，还要满足设备吊装、检修、操作等要求。对于特殊管线（如氧气）的设计也是非常重要的内容，尤其氧气管道，影响氧气管道安全的因素有很多，为了减少事故的发生，必须要熟知氧气的特性，清楚氧气管线安全事故发生的机理。在结合多年工作经验，严格执行国家相关标准规范的前提下，处理好选材、布置、施工、检验等关键因素，只有各个环节都严格遵守规范及设计程序才能使装置安全运行。

1气化框架流程图概述及设备布置

工艺包采用华东理工大学多喷嘴对置式水煤浆技术，经过上续工段混合、加压到9.6MPa的水煤浆进入两对对置工艺烧嘴。从外管引来的高压氧气，分两股经安全连锁阀后，分四股等量进入两对对置工艺烧嘴。煤浆和氧气在气化炉内6.5MPa，～1400℃条件下发生部分氧化反应生成煤气，反应后的粗煤气和溶渣一起流经气化炉底部的激冷室激冷后，使气体和固渣分开，激冷后的粗煤气进入后续工段洗涤、分离后，温度约243℃，压力6.36MPa(G)、水蒸汽/干气约1.49送后续工序。熔渣被激冷固化后由激冷室底部进入锁斗，定期排放渣池，再由渣池中的捞渣机将粒化渣从渣池中捞出装车外运。气化框架主要核心设备为气化炉，附属设备有捞渣机、锁斗、烧嘴锁斗冲洗水罐、事故烧嘴冷却水罐等设备。采用框架式布置，每层高度按照气化炉管口及位差要求设置，其他附属设备按照工艺流程及管道布置、应力等因素考虑。

2气化炉吊装方案

气化炉的吊装方案在项目初期需与业主确定，本项工作影响到框架的布置、吊车的选型等工作。通常有两种吊装方案，一种为从框架顶部将设备全部吊起后，从框架顶部送到气化炉支撑位置；另一种为框架侧面设置活梁，从底部逐渐向上拉拽设备，用框架顶部的吊梁，起吊设备。具体的吊装方案按照编制流程执行。

3氧气管道设计要点

国内项目在进行化工装置氧气管道设计的时，选用如下标准规范：管道材料的选取与布置要求，执行《氧气站设计规范》（GB50030-2013）、《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）（2008年版）、GB16912-2008深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程。

3.1管道材料设计的要点分析

氧气管道材料选取的根据是工作压力和最高流速。在管道材料选取的过程中，应注意如下几个要点。

（1）流量或压力调节阀组的顺气流方向下游侧，应有一段镍基合金钢管，其长度为管外径的5倍（但不应＜1.5m)；

（2）位于氧气放空阀顺气流方向下游侧的工作压力＞0.1MPa的氧气放散管段，应采用不锈钢管[2]；

（3）工作压力＞0.1MPa的阀门，严禁采用闸阀；

（4）氧气管道设计中弯头、变径管、三通等管件的使用宜少不宜多，严禁使用虾米弯头。选取的弯头其弯曲半径均不应小于管外径的1.5倍，且要求弯头内壁应平滑，无锐边、毛刺及焊瘤；

（5）氧气管道上若使用异径管，宜采用无缝或压制焊接件。在条件有限采用焊接制作时，变径部分长度不宜小于两端外径差值的3倍，且其内壁应平滑、无锐边、毛刺及焊瘤；

（6）氧气管道的三通，宜采用无缝或压制焊接件。在条件有限时宜在工厂或现场预制并加工到无锐角、突出部及焊瘤，为了安全起见，应避免在现场开孔、插接。

（7）当工作压力大于0.6MPa且小于等于10MPa时，应采用不锈钢及镍基合金材质的氧气专用阀，禁止采用闸阀。本项目对管径口径大于或等于200mm的氧气管道时采用了气动球阀，在第一道切断阀之前管道采用900lb,304不锈钢材料，之后的切断阀及管线采用900lb,Inconel625材料。

3.2管道布置设计的要点分析

在进行管道布置设计的过程中，不仅需要严格按照设计规范的要求去执行，更需要在依据规范设计的基础上，总结已建成项目所取得的经验和教训，做到在设计阶段就消除氧气管道的安全隐患。要充分注意以下几个要点：

（1）氧气管道宜采用架空的方式敷设，不建议采用不通行地沟敷设或直接埋地敷设；

（2）氧气管道应与其他管道、建筑物、电线、道路和铁路等之间保持足够的安全距离；

（3）氧气管道的支架应为非燃烧材料制成；走向不宜穿过生活区、高温区和可能产生明火的区域，当管道必须穿过上述区域时,应采取有效的隔热措施；

（4）当氧气管道与氢气、乙炔等可燃气体管道公用支架敷设时，应在氢气、乙炔管道下方或支架两侧，保证足够的安全距离。氧气管道的布置，应在遵循设计规范的基础上，做到经济、安全、可靠。同时，在选择合适管材、管径的基础上，做到工艺简单、流程合理、操作简便、利于安装、方便吹扫，尽量减少急膨胀弯的使用（本项目中气化装置内管廊没有设置膨胀弯），管道没有产生低点，合理节省不锈钢等昂贵材料。煤化工气化装置氧气管道压力高，流速快，管道在接近气化炉位置一般设有多道切断阀以及调节阀，且均为自控阀门。阀门执行机构体积较大，但是阀门的厂家订货资料往往无法紧跟设计进度及时提供，管道设计的过程中需要充分考虑到阀门以及相应执行机构的布置空间，避免阀门执行机构发生碰撞。同时由于执行机构体积较大，布置过程中往往需要将执行机构旋转一定角度才能满足空间需求，因此在设计阶段需要将执行机构的角度及时提供厂家并要求工厂按图纸表明角度进行组装。

3.3氧气管道的静电接地

实践证明，静电是引起氧气管道发生安全事故的重要因素。因此，在进行管道安装的后期，并在氧气管道保温工作开展之前，应做好氧气管道的静电接地工作。一般全厂外管应在管道分岔处、无分支管道（每80～100m）处、装置界区处设置静电接地装置。对于埋地管道，可在埋地管道进出地面处各设置静电接地装置。对于装置内部管道，可与本装置内静电干线连接。当每对法兰或螺纹接头间电阻值超过0.03Ω时，应设跨接导线。对有阴极保护的管道，不应作接地处理。

4结束语

近年来，随着煤化工的的快速法发展，作为化工产品的原料气（合成气）装置，对后续产品的连续安全生产起着至关重要的作用。本文结合设计经验及十几年工厂运行反馈的问题，阐述设计时注意问题及施工、吹扫等流程，减少事故发生，安全生产，提高经济效益。

参考文献：

[1]李佳彬水煤浆气化渣水处理技术综述[J].神华科技,2014，12（1）：63-65.

[2]何锐锋煤化工氧气管道安装质量控制浅析科技传播，2010-6（下）154-156.