殼牌煤氣化裝置管道布置的優化設計

李 麗

（大慶石油化工工程公司，黑龍江大慶 163000）

殼牌煤氣化裝置管道布置的優化設計

李 麗

（大慶石油化工工程公司，黑龍江大慶 163000）

針對目前殼牌煤氣化裝置管道布置設計應用過程中存在的問題，分析了殼牌煤氣化裝置管道布置的特點，并提出了殼牌煤氣化裝置與管道布置的設計控制要點，其目的是為相關建設者提供一些理論依據。結果表明，要想提高殼牌煤氣化裝置管道布置設計的合理性，應將現有的設計科學技術成果充分利用起來，以提高裝置管道的應用效率。

殼牌煤氣化；磨煤；燒嘴氣化爐；管道布置

1 殼牌煤氣化裝置管道布置特點

研究表明，殼牌煤氣化裝置管道是由原材料煤通過粗生產而合成的氣體能源。據統計，其裝置管道的生產工藝是由磨煤干燥、煤氣化生產、除渣處理以及濕洗操作等組成公共工程系統。其在裝置設備布置方面，特點主要體現在煤氣化裝置的主框架上以及重力流輸送。其中前者的總高度主要集中在100~120m，即裝置運行過程中均是處在鋼結構以及混凝土結構的組合結構中。值得注意的是，由于殼牌煤氣化裝置氣化爐的總體量較大，因此，混凝土結構的作用穩定性效果要更為理想。由此，在進行殼牌煤氣化裝置管道布置時，應利用砼結構進行氣化爐支撐樓面及其下部結構的建設，而上部結構，則應采用鋼結構。此外，在布置設備過程中，相關建設人員應按照規范的工藝流程，以自上而下的方式進行布置。對于返算設備裝置的高度布置，因其受設備高度定位要求的限制，應按照自下而上的順序進行設備外形設置。由于殼牌煤氣化裝置設備的集成度較高，因此，在空間區域上，不同工序設備并不能完全分開，且存在相互交叉的問題[1]。

在管道布置方面其作用特點主要體現在重力流管線、平衡管線、煙風煤粉管道、煤粉輸送及返回管線、氧氣管線、水汽系統管線以及渣水灰管道。對于水汽系統管線布置來說，該管道大多以密集狀態作用汽包與氣化爐的周圍，因其易受氣化爐管口方位的限制，因此管道布置人員應對其進行對稱布置。此外，水汽系統管線還會受到氣化爐運行熱膨脹的影響，這就意味著其在設備支撐的管口處容易出現管線位移。針對這一問題，相關建設人員應在出現位移較大接口管線的管口較近位置，設置彈簧支架，并保證其具有較大的作業空間。此過程，要想保證殼牌煤氣化水汽系統配管關系的合理性，須提高氣化爐水冷壁水通道流量的分配合理性。同時，還要控制袋形、流量計以及限流孔板不能出現在管道設計中，以完成上下樓的設計操作。

2 殼牌煤氣化裝置布置優化設計控制

2.1 磨煤及干燥

對于殼牌煤氣化裝置管道布置中的磨煤及干燥進行工序設計時，除了要將原材料運輸采用重力輸送設備運至磨機裝置作業現場，還要保證重力流管線與水平面的角度為70°以上，以提高作業質量。配管設計，要求設計人員要盡可能將煤粉材料以垂直方式送至磨機，以優化碎煤倉中的原料煤處理效果。這里的處理效果是指，能夠與殼牌煤氣化熱風爐裝置作用，成功通過燃燒而生成熱煙氣混合，以進入過濾器等下一道裝置工序。此過程，設計人員在進行煙風煤粉管道的配管工作時，要注重管道磨損、積灰過量以及防止賭粉問題的存在影響。即通過配管設計按照傾斜布置設計，即要求其與水平面傾斜角不能小于45°，管線彎頭采用彎曲半徑3DN，來實現這一設計控制目標。此外，在實際設計過程中，相關人員還要遵循國家相關管理部門制定的規范標準，將煙風煤粉管道采用加固筋，來提升其作用效果。值得注意的是，管線布置設計，要充分考慮吊車軌道的避讓問題，以成功為檢修殼牌煤氣化裝置設備吊裝提供相應的空間。

2.2 燒嘴氣化爐

據相關數據統計，燒嘴氣化爐應用于殼牌煤氣化裝置過程中，其燒嘴頭極易出現損壞問題，這就嚴重影響了設備運行的速度與檢修頻率控制效果。為此，在對其進行布置設計過程中，可采用油獨立物化設計。即要求油源提供一個較小油壓，就能使殼牌煤氣化噴出的燒嘴處于完全霧化狀態。這一設計應用下，一旦有有氧噴出，兩種介質就能通過混合來實現燃燒，從而解決了燒嘴氣化爐中油必須通過氧氣高速沖擊才能霧化的問題。此外，還可采用流體自冷卻設計，提高其自身穩焰方式改進效果。該設計使得油與氧兩種流體在各自流出獨立通道后，以單一方向狀態向下游流動，即在離開噴口一定位置后，就能形成混合并起燃。此時，流出的流體就會燒嘴頭部形成自身的冷卻作用。隨著燒嘴氣化爐設備的使用時間越長，其冷卻效果越好。由此，該設計應用徹底改變了原有燒嘴氣化爐會因火焰貼壁燃燒而產生高溫，從而導致燒嘴頭部損壞問題的出現。如表1所示，為優化設計前后燒嘴氣化爐設備的使用效果對比。

表1 優化設計前后燒嘴氣化爐裝置使用效果對比

3 殼牌煤氣化管道布置優化設計策略

3.1 煤粉輸送及返回管線設計

針對殼牌煤氣化管道運行中煤粉會對線路造成的磨損問題，設計人員應結合管材、管道設置以及其他實際情況采用R為50DN的彎頭來進行控制。例如，在設計返回管線時，因其工作頻率要低于煤粉管線的輸送管道，因而，設計人員可采用R為30DN的彎頭，來避免管線磨損問題的出現。對于煤粉輸送氣化爐管口的接入設計，應通過兩個系列來進行設計控制，即煤粉的加壓量與實際輸送工序。如圖1所示，為煤粉輸送至氣化爐管口的對口接入過程，應將管口夾角控制在180°。

圖1 燒嘴氣化爐煤粉管線入口設計

3.2 氧氣管線配管設計

由于管線氧氣本身并無毒性，但其具有助燃特性，使其設計要嚴格按照相關的規范標準進行設計控制。此外，殼牌煤氣化裝置設計開發商要求其氧氣管線配管設計要按照歐洲標準（EIGG），來提高管道設計的科學合理性。首先，為避免氧氣管線末端出現袋形現象，設計人員應將其主管高度設置在燒嘴以上。當氧氣管線中的氧氣運行作用時，為保證管內無殘渣存在，應采取相關措施方法來避免撞擊問題出現。這里措施方法指的是，將主管設置在燒嘴以下，并將上支管從主管頂部拔出。此過程，管線內部的氧氣介質彎頭均要在1.5DN以上。如果管道縮徑，那么設計人員可通過加工規格控制在下一格，以保持兩異徑管之間的直管段長度始終處在10DN。

3.3 重力流管線及平衡管線設計

殼牌煤氣化裝置管道布置設計中，重力流輸送的作用對象眾多，即煤加壓、磨煤及干燥以及除渣及除灰工序等。為保證上述管線中流體的流動順暢，設計人員應將重力流管線與水平面夾角設置在70°。值得注意的是，因管線系統中的平衡管線是以氣固混合的狀態存在的，為避免堵塞問題的出現，設計人員應將其與水平面之間的夾角設置在60°以上。

3.4 渣水灰水管道設計

清除管道中渣水灰水，就是將因氣化爐燃燒而產生的高溫熔渣處理掉，以提高管線運行的暢通[2]。研究表明，渣水與灰水的處理工序為，先清除渣水混合物中的大顆粒熔渣，后去除渣水混合物中小顆粒灰渣。對于小顆粒灰渣的清除，設計人員應將其設置在進入初步水處理工序進行，以提高作業質量。如圖2所示：

由于部分管線設置處于氣固混合狀態存在，這就意味著其介質會含有固體顆粒，這就會增加煤粉管道沖刷的磨損，從而降低殼牌煤氣化裝置管道運行的安全性。為此，設計人員應利用半徑較長的彎頭。值得注意的是，由于管線管道內部的流速不高，使其為管道設施的磨損提供了有利環境，因而，設計人員應在設計中體現對泵進口處配管的拆卸與定期檢修要求，以提高管線介質流速。如圖3所示：

圖2 渣水管路優化布置方案示意圖

圖3 典型煤氣化管道除渣工序泵進出口管道布置

此外，對于殼牌煤氣化裝置管道公用系統組成十分復雜，即具有框架較高且層數多的問題，因此，為提高管道布置設計的科學合理性，相關人員應在每層框架樓面上設置內管廊，以條電纜以及公用管線的布置效率。如，內管道廊下可作為每層框架樓面的檢修操作通道。

4 結束語

綜上所述，殼牌煤氣化布置設計的難點在于裝置和管道。要想提升其作用于所處行業的價值效果，在明確不同裝置與管道布置特點的情況下，找出具有適用性的設計控制策略。這是提高磨煤與燒嘴氣化爐裝置、煤粉輸送及返回管線設計、氧氣管線配管設計、重力流管線及平衡管線設計以及渣水灰水管道設計應用合理性的關鍵，相關建設人員應將上述研究成果作用于實踐，從而進一步推動現代化經濟建設發展進程。

[1] 姜華，李霖，陳毅烈.殼牌煤氣化裝置管道布置特點分析[J].化工設計，2014，（1）：17-19.

[2] 林靜，方綱.殼牌煤氣化管道布置專業設計策劃[J].化工設計，2014，（6）：24-29..

Optimum Design of Pipeline Arrangement for Shell Coal Gasifier

Li Li

In view of the defects in the design and application of the pipeline design of Shell coal gasif i cation plant，this paper analyzes the characteristics of the pipeline layout of Shell coal gasification plant and puts forward the design and control points of Shell coal gasification plant and pipeline arrangement.Related builders to provide some theoretical basis.The results show that，in order to improve the rationality of the piping layout design of Shell coal gasif i cation plant，the existing design science and technology achievements should be fully utilized to improve the application eff i ciency of the pipeline.

shell coal gasif i cation；pulverized coal；burner gasif i er；pipe arrangement

TQ545

B

1003–6490（2017）03–0068–02

2017–03–06

李麗（1966—），女，河北吳橋人，工程師，主要研究方向壓力管道的布置。