簡述堿廠排渣管線的設(shè)計改造

朱加寶

(中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司，山東濟南 250101)

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簡述堿廠排渣管線的設(shè)計改造

朱加寶

(中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司，山東濟南 250101)

簡單介紹了排渣管線輸送工藝流程，簡述排渣管線各個階段設(shè)計所采用的材料和技術(shù)，指出排渣管線設(shè)計合理的重要性。

蒸氨廢液；排渣管線；補償器；改造

采用氨堿法生產(chǎn)的純堿具有產(chǎn)品純度好、生產(chǎn)成本低、勞動效率高等優(yōu)點，但該方法缺點是副產(chǎn)大量的蒸氨廢液。目前國內(nèi)對蒸氨廢液的治理及綜合利用的研究進展不大，主要還是渣場堆存的方式。

某堿廠是國內(nèi)最大的氨堿法生產(chǎn)企業(yè)之一，每年副產(chǎn)的蒸氨廢液約為2 800萬m3，計劃在距離廠區(qū)6 000 m的地方新建一排渣場。由于新建排渣管線長，穿越地形復(fù)雜，如果排渣管線設(shè)計不合理，排渣不暢或發(fā)生泄漏，將會制約企業(yè)的生產(chǎn)，給穿越地的生態(tài)環(huán)境造成破壞，影響企業(yè)的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

1 排渣管線輸送工藝流程

某堿廠蒸氨裝置有七臺蒸氨塔，蒸氨廢液自流至廢液集中池(5 m×12 m×4 m)，并插入液下2 m進行水封。蒸氨廢液在集中池集中后，用液下渣漿泵輸送至廠區(qū)新建的緩沖池(4 m×22 m×4.5 m)。經(jīng)過緩沖后再利用廢液輸送泵加壓輸送至新建渣場進行沉淀處理，沉淀后的堿渣在新渣場堆存。響應(yīng)國家循環(huán)經(jīng)濟的政策，廢液進入澄清池進一步進行固液分離，分離后的清液送氯化鈣復(fù)曬場曬鹽，回收后作為氯化鈣廠的原料。典型流程如圖1。

圖1 典型的流程圖

2 排渣管線設(shè)計優(yōu)化

至新建排渣場排渣管線分為三段，分別為蒸氨塔至廢液集中池段、廢液集中池至廢液緩沖池段和廢液緩沖池至新建排渣場段。

2.1 蒸氨塔至廢液集中池段

此段管線采用自流的方式，為了減少流體摩擦阻力及局部阻力損失，廢液集中池宜靠近蒸氨裝置布置。蒸氨塔長周期在高負荷運行后，容易引起塔內(nèi)及管線內(nèi)結(jié)疤現(xiàn)象，使塔負荷降低，能耗增大，造成管線局部堵塞，導(dǎo)致排液困難，影響到蒸氨塔的平穩(wěn)運行，此時需要進行停塔清渣檢修，對應(yīng)的排渣管線此時也要進行清渣檢修[1]。此段管線在設(shè)計上每隔4 m設(shè)置一對檢修法蘭，管線上所有90°彎頭用等徑三通代替，等徑三通無連接的一端加設(shè)盲板法蘭，管道閥門采用排渣閘閥，管線從蒸氨塔一直坡向廢液集中池。

2.2 廢液集中池至廢液緩沖池段

蒸氨廢液具有腐蝕性，為了延長管線的使用壽命，此段采用厚壁鋼管。因蒸氨廢液固體含量高達20%，為降低輸送中廢渣引起的摩擦腐蝕，管線上部分管道和管件材質(zhì)采用耐磨性能較好的16Mn。16Mn鋼經(jīng)過不同熱處理后的磨損性能試驗結(jié)果,并

用汽車防滑鏈條進行了實際跑車試驗結(jié)果表明,經(jīng)低碳馬氏體處理的具有較高的耐磨性。通過顯微組織分析,認為其耐磨性是由強度、硬度、塑性、韌性及組織狀態(tài)等多種因素綜合作用的結(jié)果[2]。此段管線自液下渣漿泵出口開始50 m范圍內(nèi)的管道材質(zhì)選用16Mn，50 m范圍以外至廢液緩沖池的管線材質(zhì)選用20鋼，此段管線上所有的彎頭材質(zhì)選用16Mn，此舉可使管線的使用壽命延長約5年。

此段管線操作溫度92～95 ℃，管道的軸向推力大，設(shè)計中采用降低原有管廊承受管道的軸向推力和固定支架設(shè)置在新建的管架上的措施，使原有管廊全部為滑動架，承受軸向推力僅為摩擦力。再進一步對管道的滑動管座進行改進，采用配帶四氟摩擦副滑動管座，此管座與碳鋼滑動管座相比，摩擦阻力僅為碳鋼管座摩擦阻力的1/3，大大降低了摩擦阻力，確保了原有管廊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。四氟摩擦副式管座簡圖如圖2。

圖2 四氟摩擦副式管座結(jié)構(gòu)簡圖

2.3 廢液緩沖池至新建排渣場段

此段管線長約6000 m，操作壓力為1.1 MPa，采用一次加壓方式將蒸氨廢液輸送至新建渣場，管線材質(zhì)碳鋼，彎頭采用8D彎頭。此段管線設(shè)計難點是管線溫度高、直線距離長、熱位移大、軸向推力大、穿越地形復(fù)雜。本次某堿廠先上3條管線，預(yù)留1條管線的位置。固定支架的間距按150 m一個計算，安裝環(huán)境溫度20 ℃，運行后管線膨脹量為117.896 mm，固定支架承受單根管線的軸向推力約為14.345 t，如果按4條管線同時運行計算，固定支架承受4根管線的累加軸向推力高達57.38 t，固定支架的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)需要設(shè)計的非常大，而且支架數(shù)量多大約需要550多個支架，土建結(jié)構(gòu)投資大。通過對國內(nèi)堿廠運行中管線的調(diào)研，雖然考慮到未來的發(fā)展按4條管線設(shè)計，但國內(nèi)堿廠正常生產(chǎn)時多為開2備1，實際運行中也僅有2條管線同時運行。據(jù)此對管線進行優(yōu)化設(shè)計，支架的垂直承載力按4條管線材料自身重量加上3條管線的廢液重量累計進行計算荷載，管架承受的推力按2條管線同時運行的推力進行計算荷載，經(jīng)過優(yōu)化土建結(jié)構(gòu)投資降低約35%。排渣管線設(shè)計簡圖如圖3所示。

1.固定支架 2.導(dǎo)向支架 3.滑動支架 4.補償器 5.固定支架圖3 排渣管線設(shè)計簡圖

2.4 排渣管線上補償器的優(yōu)化

因管線熱位移量大，補償器的設(shè)計是排渣管線重要一環(huán)。國內(nèi)堿廠排渣管線上應(yīng)用過的補償器有：膠管式補償器、卡箍式柔性接頭和套筒式補償器。

膠管式補償器具有施工簡便、補償性能優(yōu)越，但是其耐高溫的性能、承受壓力的性能差，不適于長距離的排渣管線，而且膠管容易老化。

卡箍式柔性接頭具有體積小、重量輕、密封性能良好、拆卸方便、熱脹冷縮軸向推力小等優(yōu)點。蒸氨廢液溫度高，卡箍式柔性連接受力小，運行過程管線需要經(jīng)常的開停切換，隨著開停切換頻率增加易造成管口間膠墊破壞，造成管道接口處漏液，污染環(huán)境[3]。此外，卡箍內(nèi)部易淤積廢渣使卡箍失去補償能力，管道受熱膨脹時產(chǎn)生極大的軸向推力將管道頂彎，致使管線系統(tǒng)失穩(wěn)破壞[4]。

套筒式補償器因其補償量大、強度高、維修方便、價格低等特點成為國內(nèi)排渣管線上應(yīng)用最多的補償器。因管線切換頻率高，套筒補償器在使用過程中也同樣存在泄漏，補償器套筒被拉脫，導(dǎo)致廢液外泄問題，目前國內(nèi)堿廠解決此問題的方法典型是對套筒式補償器填料或結(jié)構(gòu)進行改造。通過改進填料的方式，將填料更換成石棉纖維浸四氟乙烯填料，此填料具有耐熱性好、柔軟、化學(xué)穩(wěn)定性好的特點，適用于壓力大于1 MPa的場合。但是此種填料價格高，用量大，為降低成本，可以采用里層更換成石棉纖維浸四氟乙烯，而外層仍使用普通的填料[5]。通過改進結(jié)構(gòu)的方式如圖4所示，在填料外側(cè)再增設(shè)套管膨脹節(jié)的方式，這樣即使發(fā)生泄漏，也先泄漏到外側(cè)的套管內(nèi)，不會直接泄漏出污染環(huán)境。另外，加強對排渣管線巡邏檢查，發(fā)現(xiàn)管線泄漏立即采取措施，例如采取緊固填料壓蓋螺栓的方法。

圖4 改進結(jié)構(gòu)的補償器結(jié)構(gòu)簡圖

3 結(jié) 語

近年我國對高污染高能耗的項目實行準(zhǔn)入政策，已經(jīng)建成的項目如果廢水廢渣治理不達標(biāo)也將實行淘汰。因此排渣管線設(shè)計技術(shù)的先進性、可靠性、經(jīng)濟性也成為制約純堿工業(yè)發(fā)展的一環(huán)。從目前國內(nèi)堿廠排渣管線運行的情況看，還存在管線泄漏等問題，建議企業(yè)慎重選擇成熟可靠技術(shù)，在生產(chǎn)運行過程要不斷總結(jié)經(jīng)驗，創(chuàng)新技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計。

[1] 阿曼古麗.蒸氨塔廢液管線改造[J].純堿工業(yè)，2013(3)：33-34

[2] 杜樹昌，張如謨，等.16Mn鋼低碳馬氏體的耐磨性[J].金屬熱處理，1987(4)：40-42

[3] 商金軍，李守平，等.我廠排渣管線的改造[J].純堿工業(yè)，2000(3)：35

[4] 李宏剛，李雅軒，等.堿渣輸送管線的改造[J].河北化工，1997(4)：46-47

[5] 王偉.我公司廢液輸送管線的技術(shù)改造[J].純堿工業(yè)，2007(4)：34-35

TQ114.15

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1005-8370(2016)04-40-03

2016-05-12

朱加寶(1981—)，男，注冊咨詢工程師，學(xué)士，從事設(shè)計工作。