吳 凱

(華陸工程科技有限責任公司)

陽煤平定乙二醇項目氣化框架優(yōu)化設計①

吳 凱

(華陸工程科技有限責任公司)

詳細介紹了灰水處理裝置中閃蒸框架的優(yōu)化布置和由此給設備布置帶來的優(yōu)化設計。

氣化裝置 灰水處理 設備布置 閃蒸 優(yōu)化設計

近年來，我國煤化工行業(yè)已經(jīng)進入現(xiàn)代煤化工階段，它具有裝置規(guī)模大、技術(shù)集成度高和資源利用優(yōu)于傳統(tǒng)煤化工的特點[1]。隨著化工行業(yè)各產(chǎn)品工藝流程趨于成熟、穩(wěn)定，配套于同一工藝流程的設備布置也趨于模式化，形成相對固定的布置形式。而最近幾年國家大力推行節(jié)能減排、綜合利用，在這樣的政策引導下，對石油化工行業(yè)提出了新的要求。在進行工程設計時，需要對已經(jīng)比較成熟的工藝流程、設備布置進行進一步的方案優(yōu)化，滿足當前形勢的需要。另一方面，由于受項目建設場地的限制，業(yè)主往往都要求盡可能將各裝置緊湊布置，最大程度提高場地的利用率。

在這樣的前提下，為了適應市場的需要，滿足業(yè)主的要求，筆者在陽煤平定乙二醇項目中，打破傳統(tǒng)的布置模式，對氣化裝置、灰水處理裝置的設備布置進行了嘗試性改動。此優(yōu)化方案主要針對灰水處理裝置中的閃蒸框架?；宜幚硐到y(tǒng)的作用是將氣化裝置和煤氣初步凈化工序產(chǎn)生的黑水中所含的固體和溶解的氣體分離出來，并對黑水所含的熱量加以回收[2]。

1 流程簡介

水煤漿、氧氣經(jīng)過工藝燒嘴霧化后在氣化爐內(nèi)進行部分氧化反應，產(chǎn)生CO、H2等有效組分的合成氣[3]，合成氣經(jīng)文丘里洗滌器、合成氣洗滌塔(水洗塔)洗滌、除塵、冷卻后送往變換裝置。反應中生成的熔渣由氣化爐底部排至渣池，經(jīng)冷卻后撈出裝車外運。未反應的碳與氣化爐的黑水一起送入黑水閃蒸渣水分離單元[4]。

由氣化爐和碳洗塔(水洗塔)排出的黑水，送往灰水處理裝置，進入閃蒸框架，回收熱量。由于陽煤平定乙二醇項目采用的是4.5MPa的“清華”爐，因此只有兩級閃蒸，同時除氧水槽被飽和熱水塔取代。從氣化爐和水洗塔來的黑水分別經(jīng)過液位控制閥、流量控制閥減壓[5]，分別依次進入高壓閃蒸罐、真空閃蒸罐及真空冷凝器等設備，經(jīng)閃蒸降溫、濃縮后，送往澄清槽，加入絮凝劑使它加速沉淀。經(jīng)過沉淀，澄清槽底部的細渣漿經(jīng)泵加壓后送去細渣過濾機脫水，渣餅裝車運出。澄清槽上部的清水溢流至灰水槽，由低壓灰水泵分別送至飽和熱水塔、鎖斗沖洗水罐循環(huán)使用。少量灰水作為廢水排放，送去廢水處理。閃蒸出的高壓閃蒸汽作為熱源直接送往飽和熱水塔，飽和熱水塔出口灰水經(jīng)過高壓灰水泵加壓后，送去水洗塔循環(huán)使用。

2 布置優(yōu)化

氣化裝置、灰水處理裝置一般均為獨立布置，即氣化裝置在一個區(qū)域，灰水處理在另一個區(qū)域。兩個裝置區(qū)通過裝置內(nèi)管廊或裝置管廊串聯(lián)。氣化裝置與灰水處理裝置通常布置于同側(cè)或分立對面兩側(cè)?；宜幚硌b置中，高壓閃蒸罐、低壓閃蒸罐、真空閃蒸罐及其配套附屬設備均布置在一個獨立的框架中(閃蒸框架)，為了保證自流要求，閃蒸框架的高度一般不低于35m。在傳統(tǒng)的設備布置中，由于氣化裝置、灰水處理裝置分別為獨立區(qū)域，黑水管線需要經(jīng)過管廊進出氣化裝置、灰水處理裝置，因此在進行管道設計時，都避免不了幾方面的問題：首先，進出氣化框架、閃蒸框架的黑水管線需要占用管廊上的管位，降低了管廊上管道設計的自由度，甚至造成一些不必要的浪費；其次，由于閃蒸系統(tǒng)黑水系統(tǒng)含有灰渣，嚴重磨損管道閥門[6]；同時，煤氣(合成氣)中的CO2溶于灰水中形成CO32-、HCO3-1，灰水中的Ca2+含量高，在溫度較高的條件下，會促進CaCO3的生成，形成結(jié)垢[7]，造成管線堵塞。所以在管道設計時，工藝要求需要黑水管線應盡量短。然而一旦經(jīng)過管廊輸送，必然造成管道線路過長，同時可能存在低點。

陽煤平定乙二醇項目的設備布置，綜合考慮各方面的限制因素，首次提出取消閃蒸框架，在空間上利用氣化框架的高度，將高壓閃蒸罐、真空閃蒸罐及真空閃蒸冷凝器等設備布置在氣化框架水洗塔所在一側(cè)的框架中。為保證黑水管線能夠自流至澄清槽，水洗塔一側(cè)框架相較于傳統(tǒng)布置中的高度，需要適當抬高，以滿足工藝要求。由于將氣化爐、水洗塔、高壓閃蒸罐、真空閃蒸罐都布置在同一個裝置區(qū)中，因此相比傳統(tǒng)的設備布置，氣化爐、水洗塔排出的黑水管線，送去閃蒸框架時可以不再通過管廊輸送。這樣，首先可以解決進出氣化框架、閃蒸框架的黑水管線，占用管廊上管位的問題。其次，管道線路明顯短了很多，可以降低黑水管線的管道材料用量。再次，在管道布置中可以做到一路低或者一路高，不會存在明顯的低點，降低了由于布置原因造成的管線堵塞的風險。另外，取消了閃蒸框架，將氣化框架與閃蒸框架合并成一個框架，僅僅地基處理一項，至少可以節(jié)約三分之一的土建施工費用。當然，此優(yōu)化設計也存在它自身的缺陷。由于將兩個框架合二為一，閃蒸框架的主要設備全部集中在氣化框架中布置，必然導致布置緊湊，通道、操作空間狹小，管道布置緊密，管道間距緊湊。

3 結(jié)束語

隨著陽煤平定乙二醇項目的竣工，投料試車，也標志著本項目中進行的嘗試性突破得以實現(xiàn)。足以說明本項目中氣化裝置、灰水處理裝置，設備布置的可操作性。當然，該項目也有它的局限性和特殊性。首先，該項目采用的是4.5MPa的“清華”爐，項目的產(chǎn)品和產(chǎn)量決定了此工藝流程中，核心設備的尺寸相對偏小。其次，由于氣化的壓力不高，致使灰水處理單元中只有兩級閃蒸，同時用飽和熱水塔取代了除氧水槽。以上這幾個方面是敢于對本項目進行優(yōu)化設計的先決條件。盡管該設計方案有它的局限性與特殊性，依然可以提供一個新的思路。隨著我國經(jīng)濟下行壓力不斷加大，大氣污染防治和應對氣候變化要求的提高，煤炭行業(yè)發(fā)展面臨極其嚴峻的挑戰(zhàn)，同時煤化工行業(yè)也必將因此受到嚴重影響。尤其是當下去產(chǎn)能的大環(huán)境下，高溫、高壓大規(guī)模的化工裝置不再成為主流，精細化產(chǎn)品、甲醇的下游產(chǎn)品將占據(jù)大量市場份額，面對如此的市場條件，該項目中的優(yōu)化設計不失為一種值得推廣的設計理念。同時，如果在場地條件允許的條件下，通過合理規(guī)劃與布局，完全可以解決通道、操作空間狹小的問題。

[1] 張明.現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及展望[J].化工機械，2012，39(3)：257～265.

[2] 步建軍.多噴嘴氣化裝置灰水處理工段運行問題探討[J].小氮肥，2015，43(5)：1～4.

[3] 馬廷衛(wèi)，朱敏，孫西英.多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置的優(yōu)化與運行[J].現(xiàn)代化工，2011，31(z1)：401～402.

[4] 任翔，伍凌，程興.水煤漿氣化裝置的安全聯(lián)鎖控制關(guān)鍵點和難點的實施[J].化工自動化及儀表，2015，42(6)：708～711.

[5] 張旭東，包宗宏.德士古水煤漿氣化裝置工程設計問題探討[J].化學工業(yè)與工程技術(shù)，2005，26(4)：37～41,58.

[6] 劉懷祥.德士古煤氣化技術(shù)改造的思路及存在的問題探討[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011，(18)：111～113.

[7] 劉樂利.德士古水煤漿氣化灰水處理系統(tǒng)的優(yōu)化[J].中氮肥，2005，(5)：11～13.

OptimalDesignofGasificationFrameforEthyleneProject

WU Kai

(HualuEngineeringamp;TechnologyCo.,Ltd.)

The optimal layout of “flashing module” in ash-water treatment was introduced, including the optimal design it brings to the pipeline layout.

gasification equipment, ash-water treatment, equipment layout, flashing, optimal design

吳凱(1983-)，工程師，從事管道設計工作，wk2122@hlet.com。

TQ050.3

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0254-6094(2017)05-0545-03

2017-02-14，

2017-03-31)