張洪偉

中國(guó)五環(huán)工程有限公司 武漢 430223

從殼牌煤氣化技術(shù)在國(guó)內(nèi)開(kāi)始應(yīng)用至今，已投產(chǎn)或在建的殼牌煤氣化裝置已經(jīng)有二十余套，從國(guó)內(nèi)第一套殼牌煤氣化裝置設(shè)計(jì)開(kāi)始，根據(jù)殼牌煤氣化工藝特點(diǎn)和不斷探索與優(yōu)化設(shè)備布置。裝置以煤為原料生產(chǎn)粗合成氣，主要生產(chǎn)工序包括磨煤及干燥、煤加壓及輸送、煤氣化、除渣、除灰、濕洗、初步水處理、公用工程系統(tǒng)等8個(gè)工序。雖然不同煤氣化裝置的生產(chǎn)規(guī)模存在一定的差異，但其設(shè)備布置總體類(lèi)似，裝置主框架的總高度主要集中在100m～120m，且主框架均為砼結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)。

由于煤氣化裝置火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)和裝置框架高度的特殊性，決定了在設(shè)備布置方面必然會(huì)超出國(guó)內(nèi)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的適用范圍。此類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)，并不代表設(shè)計(jì)不滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，而是凸顯現(xiàn)行國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范已不能滿(mǎn)足當(dāng)前大型工程設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，只有根據(jù)當(dāng)前工程設(shè)計(jì)實(shí)際，對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)條款進(jìn)行及時(shí)更新和適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充，才能為新型煤氣化技術(shù)(不僅僅指殼牌煤氣化，其他煤氣化技術(shù)同樣也會(huì)遇到相同的瓶頸)的快速發(fā)展提供更好的服務(wù)。

不同的煤氣化技術(shù)在工藝方面有所不同，但就布置而言，各氣化技術(shù)之間還是有密切關(guān)聯(lián)。本文通過(guò)對(duì)殼牌煤氣化裝置經(jīng)典布置的分析與總結(jié)，為國(guó)內(nèi)其他煤氣化技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1 煤氣化裝置的關(guān)鍵設(shè)備、區(qū)域以及布置原則

1.1 關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵區(qū)域

在殼牌煤氣化裝置中，關(guān)鍵設(shè)備主要包括碎煤倉(cāng)、磨機(jī)、袋式過(guò)濾器、氣化爐、激冷氣壓縮機(jī)、高壓高溫飛灰過(guò)濾器等。

關(guān)鍵區(qū)域主要包括碎煤倉(cāng)頂部輸煤皮帶所在區(qū)域、磨機(jī)所在區(qū)域、氣化爐燒嘴所在區(qū)域、激冷氣壓縮機(jī)所在區(qū)域、高溫高壓飛灰過(guò)濾器所在區(qū)域、飛灰貯倉(cāng)所在框架以及副跨(裝置內(nèi)管廊)所在區(qū)域等。

1.2 布置原則

在對(duì)煤氣化裝置進(jìn)行布置時(shí)，只有將關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵區(qū)域的布置把握好，并將國(guó)內(nèi)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的要求融入到關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵區(qū)域的布置中，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)煤氣化裝置的優(yōu)化布置。在對(duì)煤氣化裝置進(jìn)行設(shè)備布置時(shí)，主要遵循以下設(shè)計(jì)原則：

(1)設(shè)備布置應(yīng)滿(mǎn)足工藝流程、安全生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)以及專(zhuān)利商的特殊要求。

(2)對(duì)真空、重力流、固體卸料等，必須按管道儀表流程圖(P&ID)的標(biāo)高和角度要求布置設(shè)備。

(3)將磨煤框架和氣化主框架合二為一，滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)適用性原則。

(4)充分考慮設(shè)備吊裝和檢修要求，并滿(mǎn)足消防專(zhuān)業(yè)對(duì)消防通道的要求。

(5)排渣棧橋和除灰系統(tǒng)分別布置在框架的兩側(cè)，其中除灰系統(tǒng)布置在裝置管廊的一側(cè)，并布置在輸煤棧橋轉(zhuǎn)運(yùn)站下方的框架內(nèi)，既有空間又可以節(jié)省費(fèi)用。

(6)酸堿液罐和柴油罐的圍堰宜緊湊布置在一起，并與除灰系統(tǒng)布置在同一區(qū)域，方便相關(guān)運(yùn)輸車(chē)輛集中調(diào)度，統(tǒng)一物流通道。

(7)裝置管廊的上方設(shè)置一層樓面，主要用于布置公用工程系統(tǒng)的換熱器、閥組、消音器、減溫減壓器等設(shè)備和閥組。此處空間的有效利用，一方面可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備和閥組的集中布置，方便操作和檢修，另一方面可以有效減小煤氣化主框架各層樓面面積，節(jié)省費(fèi)用。

(8)副跨和主框架的放空系統(tǒng)應(yīng)分開(kāi)布置，主框架內(nèi)的放空管線應(yīng)嚴(yán)格引到主框架的最頂層實(shí)施放空，副跨部分的放空管線(主要是氮?dú)夂驼羝?則應(yīng)引到裝置管廊和外管廊交界處布置，并與主框架保持一定的安全距離。

2 煤氣化主框架樓層標(biāo)高的設(shè)定原則及關(guān)鍵區(qū)域布置特點(diǎn)分析

2.1 煤氣化主框架樓層標(biāo)高的設(shè)定原則

殼牌煤氣化框架分為上下兩個(gè)部分，其中下面部分為砼結(jié)構(gòu)，上面部分為鋼結(jié)構(gòu)，這種設(shè)置很好地解決了氣化爐(重量達(dá)1000t以上)的支撐問(wèn)題，砼結(jié)構(gòu)部分的高度主要由排渣系統(tǒng)決定。該系統(tǒng)由渣池、破渣機(jī)、渣收集罐、渣排放罐以及撈渣機(jī)組成，為垂直布置。一般情況下，砼結(jié)構(gòu)最高樓面標(biāo)高(即為氣化爐的支撐樓面標(biāo)高)設(shè)定為EL37.000左右。從EL0.000層至EL37.000層一般分為6層(含EL0.000層)，方便煤粉加壓及輸送系統(tǒng)、排渣系統(tǒng)、濕洗系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備和管道的操作、檢修。砼結(jié)構(gòu)部分樓層標(biāo)高的設(shè)定相對(duì)較為簡(jiǎn)單。

砼結(jié)構(gòu)以上部分為鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)部分的樓層標(biāo)高主要由氣化爐管口決定，同時(shí)煤粉加壓及輸送系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的布置對(duì)樓層標(biāo)高的設(shè)定也有一定影響。由于氣化爐設(shè)備管口頗多，接近三百個(gè)，如何設(shè)定樓層高度，將對(duì)以后的安裝、操作、檢修帶來(lái)很大的影響，具體設(shè)計(jì)原則如下：

(1)充分考慮管道的布置，樓層間距不宜過(guò)小。

(2)充分考慮氣化爐各管口的高度以及樓面設(shè)備開(kāi)孔四周的鋼梁高度，盡量避免設(shè)備管口設(shè)置在樓面開(kāi)洞范圍內(nèi)。

(3)充分考慮人孔的可操作性。

(4)充分考慮敲擊器的安裝高度，為之預(yù)留出足夠的安裝、操作和檢修空間。

(5)充分考慮氣化爐正常操作時(shí)向上的位移量(最高處可達(dá)150mm左右)。

(6)充分考慮氣化爐周?chē)渌ば颍缑杭訅杭拜斔凸ば蚝统夜ば蛳嚓P(guān)設(shè)備支撐標(biāo)高、人孔、管線等操作檢修等需要。

2.2 煤氣化裝置關(guān)鍵區(qū)域布置的特點(diǎn)

2.2.1 碎煤倉(cāng)頂部輸煤皮帶

碎煤倉(cāng)頂部樓層的標(biāo)高需要與輸煤皮帶另一端的轉(zhuǎn)運(yùn)站所在樓面標(biāo)高統(tǒng)一，這就要求同時(shí)對(duì)碎煤倉(cāng)頂部以及轉(zhuǎn)運(yùn)站下方除灰系統(tǒng)的布置統(tǒng)一考慮，最終選擇一個(gè)適合的高度作為樓面高度。同時(shí)，這個(gè)高度還要滿(mǎn)足整個(gè)框架各樓層之間的協(xié)調(diào)以及輸煤棧橋?qū)A角的要求。

為防止風(fēng)力因素引起輸煤皮帶所在樓層產(chǎn)生揚(yáng)塵，宜將皮帶所在樓層四周設(shè)置維護(hù)，在樓面滿(mǎn)鋪花紋鋼板，而不要鋪設(shè)鋼格柵。

2.2.2 磨機(jī)

此區(qū)域在考慮設(shè)備布置和樓面標(biāo)高設(shè)定時(shí)，應(yīng)充分考慮到磨機(jī)的檢修和操作所涉及的問(wèn)題，諸如過(guò)軌吊的設(shè)置、檢修區(qū)域的預(yù)留、磨機(jī)頂部樓層標(biāo)高的設(shè)定、磨機(jī)所在區(qū)域與熱風(fēng)爐所在區(qū)域之間非燃燒性實(shí)體墻的設(shè)置等。

同時(shí)，根據(jù)國(guó)標(biāo)《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058-92的規(guī)定，應(yīng)將磨機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的支撐標(biāo)高調(diào)整為EL0.600(對(duì)應(yīng)樓面標(biāo)高為EL0.000)，以保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)布置在附加2區(qū)范圍內(nèi)。

2.2.3 氣化爐燒嘴

氣化爐共有6個(gè)燒嘴，其中包括4個(gè)煤燒嘴，開(kāi)工燒嘴和點(diǎn)火燒嘴各1個(gè)。一方面與這些燒嘴連接的管線及閥組特別多，另一方面燒嘴所在樓層還需要為燒嘴的操作和檢修預(yù)留出足夠的空間。這就要求在對(duì)該區(qū)域進(jìn)行布置時(shí)，一定要盡可能地將同一操作層管線布置在同一層，保證足夠的操作、維修空間。

另外，蒸汽伴熱站、儀表保溫箱、保護(hù)箱、控制柜、穿線管等應(yīng)盡量遠(yuǎn)離該區(qū)域，圍繞該區(qū)域的外圍進(jìn)行布置即可。

2.2.4 激冷氣壓縮機(jī)

詳見(jiàn)本文第3節(jié)的具體論述。

2.2.5 高溫高壓飛灰過(guò)濾器

高溫高壓飛灰過(guò)濾器是煤氣化裝置一個(gè)重要設(shè)備，該設(shè)備一般布置在煤氣化主框架靠近樓梯間的最頂層。由于袋式過(guò)濾器和汽包沒(méi)有必要與之布置在同一樓層高度，且它們的支撐標(biāo)高低于高溫高壓飛灰過(guò)濾器，因此僅需要局部增設(shè)兩層操作樓面即可，該設(shè)備的頂部需設(shè)置防雨防風(fēng)措施。

該設(shè)備的頂部樓層，是整個(gè)裝置最高的操作面，主要用于布置放空管線和消音器，保障有毒有害介質(zhì)的安全放空。設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑專(zhuān)業(yè)將樓梯間和電梯間一直引到上述兩個(gè)操作層，并在樓梯間的另一側(cè)，設(shè)置一套逃生樓梯。

2.2.6 飛灰貯倉(cāng)

飛灰貯倉(cāng)布置在輸煤轉(zhuǎn)運(yùn)站的下方，有利于借助轉(zhuǎn)運(yùn)站的支撐結(jié)構(gòu)來(lái)有效布置相關(guān)設(shè)備和管線，也可以保證飛灰收集罐至飛灰貯倉(cāng)之間的距離不會(huì)太遠(yuǎn)，有效保障飛灰通過(guò)氮?dú)廨斔偷斤w灰貯倉(cāng)內(nèi)。

2.2.7 副跨(裝置內(nèi)管廊)

該區(qū)域不僅使酸堿液罐和柴油罐的圍堰可以緊湊地布置在一起，也使其靠近飛灰貯倉(cāng)所在框架，實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)輸車(chē)輛集中調(diào)度，統(tǒng)一物流通道。通過(guò)在裝置管廊上方增設(shè)一層操作面，利于公用工程系統(tǒng)的換熱器、閥組、消音器、減溫減壓器等設(shè)備和管道的布置。

裝置全部公用工程的泵體和大部分初步水處理工序的泵體布置在裝置管廊的下方，并在裝置管廊下方預(yù)留出超過(guò)4m寬的貫通式消防通道，實(shí)現(xiàn)泵體的統(tǒng)一布置，方便操作和檢修。

3 煤氣化裝置內(nèi)激冷氣壓縮機(jī)布置的合規(guī)性分析

在殼牌煤氣化裝置中，最特殊和最關(guān)鍵的一臺(tái)動(dòng)設(shè)備就是激冷氣壓縮機(jī)。通常壓縮機(jī)布置在獨(dú)立壓縮廠房或聯(lián)合壓縮廠房?jī)?nèi)，而殼牌煤氣化裝置的激冷氣壓縮機(jī)卻與煤氣化裝置其他設(shè)備共同布置在同一框架內(nèi)。這種布置既考慮現(xiàn)實(shí)，同時(shí)也兼顧專(zhuān)利商的要求。根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50160第5.3.1規(guī)定：①可燃?xì)怏w壓縮機(jī)宜布置在敞開(kāi)或半敞開(kāi)式廠房?jī)?nèi)；②單機(jī)驅(qū)動(dòng)功率等于或大于150kW的甲類(lèi)氣體壓縮機(jī)廠房不宜與其他甲、乙和丙類(lèi)房間共用一幢建筑物。但是，殼牌煤氣化激冷氣壓縮機(jī)不僅其功率均在500kW以上，而且它還是與其它甲類(lèi)設(shè)備同廠房敞開(kāi)布置的。顯然目前的布置方案與國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范，特別是防火設(shè)計(jì)規(guī)范的要求有一定差異。根據(jù)專(zhuān)利商的要求，從工藝、安裝、操作、檢修等角度出發(fā)，一般將激冷氣壓縮機(jī)布置在氣化廠房一層靠近電梯的位置(即廠房的邊緣)，在壓縮機(jī)周?chē)?.5米范圍內(nèi)，除壓縮機(jī)自用的氣液分離罐外，無(wú)其他設(shè)備。壓縮機(jī)指向廠房外的一側(cè)，直接連通到裝置四周的道路，無(wú)任何遮擋。

通過(guò)對(duì)已投產(chǎn)煤氣化裝置產(chǎn)出的粗合成氣分析，不管是經(jīng)工藝?yán)碚撚?jì)算，還是經(jīng)實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析，煤氣化裝置所產(chǎn)出的粗合成氣與空氣的混合物的爆炸下限(理論計(jì)算值)>10%。根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50160規(guī)定，激冷氣壓縮機(jī)的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)應(yīng)定為乙類(lèi)。但從理論上來(lái)說(shuō)，也存在煤氣化裝置所產(chǎn)出的粗合成氣與空氣的混合物的爆炸下限≤ 10%的可能，此時(shí)，激冷氣壓縮機(jī)的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)應(yīng)定是甲類(lèi)，此處暫按甲類(lèi)進(jìn)行分析與論證。

由于殼牌煤氣化激冷氣壓縮機(jī)火災(zāi)危險(xiǎn)性等級(jí)為甲類(lèi)，且單機(jī)功率大于150kW，所以確定設(shè)備布置方案須十分慎重?；诂F(xiàn)有布置情況，激冷壓縮機(jī)全部布置在敞開(kāi)式廠房?jī)?nèi)，激冷氣壓縮機(jī)與煤氣化廠房采用同廠房布置時(shí)，除遵循《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50160的有關(guān)要求外，還應(yīng)從布置角度充分考慮如下幾個(gè)方面：

(1)激冷氣壓縮機(jī)應(yīng)布置在氣化廠房的一側(cè)(便于通風(fēng)，安全施救，檢修等)。

(2)激冷氣壓縮機(jī)與煤粉設(shè)備要有足夠的防火距離(實(shí)際距離超過(guò)20米)。

(3)激冷氣壓縮機(jī)上方及低點(diǎn)無(wú)可燃?xì)怏w積聚的可能或有防可燃?xì)怏w積聚的措施。

(4)激冷氣壓縮機(jī)附近最好設(shè)置公用物料站 (防火安全措施)。

(5)激冷氣壓縮機(jī)單臺(tái)布置，無(wú)備機(jī)，與煤氣化其他主要設(shè)備可做到同開(kāi)同停，確保安全 (防火安全措施)。

(6)激冷氣壓縮機(jī)距其他設(shè)備的防火距離應(yīng)滿(mǎn)足《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定。

敞開(kāi)布置是最為有效的防火措施之一，從目前壓縮機(jī)布置的部位來(lái)看此種布置方案是可行的。壓縮機(jī)朝向廠房外側(cè)的一面是無(wú)遮擋的，其反方向除有一臺(tái)小型吹灰器外，無(wú)其他大型設(shè)備，壓縮機(jī)頂部為混凝土樓板，通過(guò)樓板形成基本隔絕，從而形成良好的自然通風(fēng)風(fēng)道，滿(mǎn)足爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的通風(fēng)要求，其空氣流量能使易燃物質(zhì)很快稀釋到爆炸下限值25%以下(見(jiàn)《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50058中第2.2.4條)。激冷氣壓縮機(jī)布置在氣化廠房的一側(cè)，也為壓縮機(jī)的防火、防爆、檢修創(chuàng)造了有利條件。

在具體操作中，還需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題，即應(yīng)該對(duì)生產(chǎn)、檢修過(guò)程中泄漏的煤粉，及時(shí)采用真空吸塵或人工水力清掃，不允許煤氣化廠房?jī)?nèi)有煤粉堆積現(xiàn)象存在，特別是激冷氣壓縮機(jī)四周，并輔以對(duì)激冷氣壓縮機(jī)和煤氣化廠房?jī)?nèi)有可能產(chǎn)生可燃?xì)怏w積聚的部位設(shè)置監(jiān)測(cè)、報(bào)警、聯(lián)鎖等設(shè)施(當(dāng)混合氣體濃度接近爆炸下限值的50﹪時(shí)，能可靠的發(fā)出信號(hào)或切斷電源(見(jiàn)《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50058中第2.1.3條)。

可見(jiàn)，在滿(mǎn)足以上所述條件的情況下，當(dāng)激冷氣壓縮機(jī)采用敞開(kāi)布置時(shí)，對(duì)激冷氣壓縮機(jī)和煤氣化廠房都是安全、可行的。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)殼牌煤氣化裝置內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵區(qū)域的布置進(jìn)行深入地分析、總結(jié)與優(yōu)化，結(jié)合當(dāng)前使用的防火設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)條款，從理論和實(shí)踐證明當(dāng)前殼牌煤氣化裝置的布置是合規(guī)和合理的。當(dāng)前煤化工的發(fā)展缺乏專(zhuān)門(mén)的防火設(shè)計(jì)規(guī)范指導(dǎo)，希望相關(guān)職能部門(mén)加快煤化工防火設(shè)計(jì)規(guī)范的編制步伐。