淺析SCR脫硝技術(shù)中氨管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

胡俊生

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

淺析SCR脫硝技術(shù)中氨管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

胡俊生

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，根據(jù)已經(jīng)運(yùn)行的多套SCR工藝煙氣脫硝裝置管道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，就氨管道設(shè)計(jì)中對(duì)管道布置設(shè)計(jì)、閥門材質(zhì)選擇及管道試壓檢驗(yàn)等需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容總結(jié)歸納。

氨 ； 管道 ； 設(shè)計(jì)

1 概述

催化裂化裝置煙氣脫硝多采用SCR (Selective Catalytic Reduction)選擇性催化還原工藝，在煙氣溫度300℃～400℃條件下將還原劑氨氣(空氣稀釋后的含5%左右的氨的混合氣)噴入裝有催化劑的脫硝反應(yīng)器中，使煙氣中的NOX與還原劑氨發(fā)生反應(yīng)生成N2和水，從而降低NOX的排放量，減少排放煙氣中NOX對(duì)環(huán)境的污染。

SCR工藝對(duì)氨的純度要求較高，一般煉油廠硫回收裝置或污水汽提裝置生產(chǎn)的氨質(zhì)量濃度為99.22%～99.42%，其中H2S濃度為1.72～2.07mg/kg，由于H2S常溫下易在氨氣管道中生成(NH4)2S等物質(zhì)，堵塞及腐蝕氨氣流量計(jì)，H2S進(jìn)入鍋爐不完全燃燒易生成液態(tài)硫和硫類氨鹽，堵塞腐蝕鍋爐內(nèi)換熱管束，故SCR工藝建議采用液氨的最低標(biāo)準(zhǔn)為氨濃度99.6%，殘留物0.4%[1]。液氨屬于乙類易燃易爆物質(zhì)，輸送氨介質(zhì)(液氨、氣氨)的管道在脫硝裝置各類工藝管線的設(shè)計(jì)中顯得尤為重要，本文就氨管道在設(shè)計(jì)中需要注意的要點(diǎn)做簡(jiǎn)單闡述。

2 依據(jù)氨特性規(guī)范設(shè)計(jì)

氨是一種無色有刺激性惡臭氣體，易溶于水、有毒、本身不燃燒，但氨與空氣混合濃度達(dá)到爆炸極限遇明火就能爆炸，根據(jù)《石油化工企業(yè)防火設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)有毒可燃介質(zhì)分類，氨屬于乙A類可燃介質(zhì)，A2類流體，《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》將氨劃分為IV級(jí)，屬輕度危害介質(zhì)。液氨或氨氣泄漏可發(fā)生中毒，遇明火會(huì)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，液氨噴濺人體皮膚會(huì)造成灼傷，對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)及周圍的環(huán)境和人身財(cái)產(chǎn)等造成嚴(yán)重的影響，故設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行安全及防火等有關(guān)規(guī)范，施工及檢修維護(hù)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《工業(yè)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》，使管道、閥門等做到不發(fā)生“跑、冒、滴、漏”等現(xiàn)象。

3 液氨管道設(shè)計(jì)

合理設(shè)計(jì)氨介質(zhì)工藝管道系統(tǒng)對(duì)杜絕發(fā)生氨泄漏事故至關(guān)重要，氨管道的設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足TSGD0001-2009壓力管道安全技術(shù)規(guī)程規(guī)范要求，氨管道的布置應(yīng)滿足工藝流程要求，管道應(yīng)敷設(shè)在管架或管墩上，不能埋地或地溝敷設(shè)。宜泄漏部位應(yīng)避免位于人行通道或機(jī)泵上方，否則應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)。為了防止應(yīng)力腐蝕, 在綜合考慮操作壓力、殘余應(yīng)力以及安全性和經(jīng)濟(jì)性的情況下, 應(yīng)盡可能選用強(qiáng)度較低的鋼材。在設(shè)計(jì)中要求正確的焊后熱處理可以可以降低焊接熱影響區(qū)的峰值硬度，并大大降低焊接過程中的殘余應(yīng)力,。

4 氨專用閥的選用及操作

氨對(duì)金屬銅會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕(表面膜破裂學(xué)說應(yīng)力腐蝕機(jī)理)[2]，材料、機(jī)械零件或構(gòu)件在靜應(yīng)力(主要是拉應(yīng)力)和腐蝕的共同作用下產(chǎn)生失效現(xiàn)象，故氨介質(zhì)閥門材質(zhì)嚴(yán)禁含銅。按常理，氨介質(zhì)對(duì)閥門的選擇無特殊要求，但從安全角度考慮盡量避免選擇平面形狀的密封面，閘閥的密封面一般是靠閘板斜面的壓在閥座面進(jìn)行密封，氨很容易對(duì)此平面進(jìn)行腐蝕，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)發(fā)生泄漏，故氨閥采用氨專用截止閥[3]。液氨是A2類流體，應(yīng)采用防止閥桿填料處泄漏的可靠填料密封結(jié)構(gòu)型式閥門。

4.1 氨用截止閥的特點(diǎn)

(1)針對(duì)普通閥門耐腐蝕性能差、殼體易穿孔的缺點(diǎn)，根據(jù)介質(zhì)具體特性，氨用截止閥在閥體材料上選用耐腐蝕鋼(低溫碳素鋼添加耐蝕合金元素)，可耐氨氣、液氨腐蝕，低溫可至-40℃,最大限度保證工況條件使用要求。

(2)氨用截止閥密封副配對(duì)結(jié)構(gòu)型式采用球、平面型，密封自動(dòng)補(bǔ)償，達(dá)到雙重保險(xiǎn)的效果，密封性能穩(wěn)定，無粘著磨損，有效地解決了化工管道用普通閥門密封性能差、易泄露的難題。

(3)氨用截止閥法蘭采用凹凸密封結(jié)構(gòu)，即使在管道壓力波動(dòng)的情況下，也能保證中法蘭密封絕對(duì)可靠。

(4)氨用截止閥上密封裝置中采用多級(jí)聚四氟乙烯密封材料，形成組合密封，確保閥門在使用期限內(nèi)填料函無介質(zhì)泄露，消除了普通閥門填料函密封薄弱、介質(zhì)易外漏，甚至造成事故的可能。

4.2 氨用截止閥在操作使用時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)

(1)截止閥在開啟前應(yīng)進(jìn)行泄漏檢查，確定閥門是否無泄漏缺陷、填料函是否無泄漏缺陷。

(2)截止閥的閥桿操作如無法動(dòng)手完成，可使用專用的F扳手代替，但在F扳手仍無法開啟的情況下，切勿使用加長(zhǎng)扳手強(qiáng)行開閉，以避免閥門損壞甚至安全事故發(fā)生。

5 破真空閥的應(yīng)用及安裝

裝置中設(shè)置了氣氨排放回收稀釋罐，使用水來吸收排放的氣氨或液相氨，由于氨極易溶解與水，一體積水可溶解700體積氨氣，如果事故狀態(tài)氨排放安全閥開啟，安全閥出口直接接入水中,氨在極短的時(shí)間內(nèi)溶解于水，管道形成負(fù)壓，會(huì)將稀釋罐的水回吸至管道，如果增加止回閥來防止倒流，系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)壓會(huì)導(dǎo)致管道稀釋罐發(fā)生形變，進(jìn)而導(dǎo)致安全事故。在進(jìn)入稀釋罐之前管道上安裝破真空閥可以很好的解決此問題。破真空閥原理是當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)壓時(shí),通過大氣壓跟系統(tǒng)壓力的壓差作用在密封件上,推動(dòng)破真空閥密封件,打開密封面把外界大氣引入系統(tǒng),讓系統(tǒng)壓強(qiáng)升高破壞負(fù)壓,直到破真空閥密封件重新下墜密封,外界大氣不再進(jìn)入系統(tǒng).在系統(tǒng)正壓時(shí)候，工作介質(zhì)進(jìn)入密封件上部，向下壓緊密封件，系統(tǒng)壓力越大，密封越緊，保證正壓時(shí)破真空閥密封良好。破真空閥的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 破真空閥

破真空閥必須豎直向上安裝，如果水平安裝，正壓時(shí)密封件不能在自重的作用下密封住密封面，就會(huì)從吸氣口泄漏，如果倒置安裝，正壓時(shí)反而在密封件自重作用下打開吸氣口，相當(dāng)于正壓時(shí)為常開狀態(tài)，管道內(nèi)氨介質(zhì)將持續(xù)泄漏。破真空閥安裝方式見圖2。

圖2 破真空閥安裝方式

6 管道檢驗(yàn)試壓

SCR技術(shù)中使用液氨一般為-33℃無水氨，依據(jù)其介質(zhì)特性在管道檢驗(yàn)試壓時(shí)應(yīng)注意以下要求

(1)按照石油化工管道分級(jí)，-33℃液氨管線屬于SHA1類管道，應(yīng)采用無損檢測(cè)，須按100%比例進(jìn)行無損檢測(cè)，檢測(cè)手段為射線檢測(cè)或超聲波檢測(cè)，其中承插焊焊縫及支管連接的焊縫可采用磁粉或液體滲透法檢測(cè)，或按工程設(shè)計(jì)文件的規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)。

(2) 氣密性試驗(yàn)：高壓側(cè)應(yīng)進(jìn)行1.8 MPa(表壓)。低壓側(cè)應(yīng)進(jìn)行1.2 MPa(表壓)的氣密性試驗(yàn)。應(yīng)采用干燥空氣或氮?dú)膺M(jìn)行，并應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《制冷設(shè)備、空氣分離設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

(3) 抽真空試驗(yàn):當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)剩余壓力小于5.333kPa(絕壓)時(shí)，保持24 h，系統(tǒng)內(nèi)壓力無變化為合格。

(4) 充氨試驗(yàn):充氨試驗(yàn)壓力為0.2 MPa(表壓)，系統(tǒng)應(yīng)無泄漏。

(5)對(duì)于項(xiàng)目所在地有地方監(jiān)管法規(guī)的，須比較國家標(biāo)準(zhǔn)與地方法規(guī)，按要求較高的執(zhí)行。

7 保溫保冷

SCR技術(shù)中，根據(jù)工藝流程，氨有不同的相態(tài)及儲(chǔ)存、使用地點(diǎn)，對(duì)于不同工況，氨管道需要不同的防止冷量損失措施。

7．1 下列情況需要保冷

液氨、氣氨管道介質(zhì)溫度一般低于環(huán)境溫度，保冷目的是為了減少內(nèi)部介質(zhì)溫度的升高導(dǎo)致管道內(nèi)部壓力增大，產(chǎn)生安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。但是否保冷主要取決于管道內(nèi)液氨的溫度，如果是-33℃液氨，則一定要保冷；液氨外送管道也需要保冷；如果是20℃左右的液氨，就不需要保冷。

7.2 下列情況需要保溫

SCR技術(shù)所用的液氨管道一般不需要做保溫。在常溫下，不管是卸氨管道還是液氨輸送管道，壓力都比較高，環(huán)境溫度越低越有利于液氨的穩(wěn)定與輸送。需要注意的是液氨管道溫度不能太高，太高液氨氣化會(huì)導(dǎo)致管道壓力急劇上升，導(dǎo)致管道的破損。

氣氨管道應(yīng)根據(jù)介質(zhì)溫度和環(huán)境溫度判斷是否需要保溫，從液氨蒸發(fā)器出口的氣氨管道由于介質(zhì)溫度超過100℃，這段氣氨管道需要保溫。經(jīng)過減溫減壓閥的氣氨管道，溫度已經(jīng)降至常溫，如果環(huán)境溫度常年在零度以上，可以不考慮做保溫。如果環(huán)境溫度很低，低于工作壓力下的氨的液化溫度，就需要做保溫，保證氣氨不液化。如果需要加伴熱，應(yīng)該做蒸汽伴熱，不用電伴熱。氣氨屬于可燃易爆介質(zhì)，不宜用電伴熱，平時(shí)還要注意消除靜電。

8 結(jié)束語

知“氨”善用，了解氨的介質(zhì)屬性，合理規(guī)范的設(shè)計(jì)氨介質(zhì)管道，對(duì)避免氨泄漏、氨腐蝕等事故隱患，更好的為生產(chǎn)服務(wù)有極其重要的意義。

[1] 國家標(biāo)準(zhǔn)局. GB536-1988 液體無水氨〔S〕.[出版地不祥]：[出版社不祥],1988.

[2] 于 士 淋.氨管道在工程設(shè)計(jì)中預(yù)防應(yīng)力腐蝕的研究[J] . 當(dāng) 代 化 工, 2011,40 (9 ):970-971.

[3] 翟俊紅.淺談選擇液氨管道與閥門材質(zhì)的安全問題[J]. 氮肥技術(shù),2015 ,36(2 ):46-47.

(本文文獻(xiàn)格式：胡俊生.淺析SCR脫硝技術(shù)中氨管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].山東化工，2016，45(12)：142-143，145.)

2016-04-18

胡俊生，甘肅人，大學(xué)本科，2004年至今一直從事化工管道設(shè)計(jì)工作。

TQ055.8

A

1008-021X(2016)12-0142-02