淺談氨法脫硫技改項目的安全性設計

李碧云 蔡遠飛

（西安航天源動力工程有限公司 陜西西安 710100）

引言

隨著國內燃煤鍋爐排放提標改造工作的不斷深入，越來越多的企業加入到脫硫項目技術改造的浪潮中，與此同時，氨法脫硫因為其占地面積小、脫硫效率高和符合循環經濟理念等優勢得以大面積應用。但是與石灰石-石膏法相比，氨法脫硫脫硫塔高度更高，多級吸收工藝的脫硫塔塔高可達48-54m，脫硫劑氨水或者液氨的危險系數更高。這些年氨法脫硫工藝在應用中消防減災、工藝安全等方面的事故時有發生，本文試圖從設計角度探討氨法脫硫技改項目的安全性設計。

1 裝置系統的安全性設計

1.1 煙氣系統設置安全性隔離措施

按目前現行的《GB50660-2011大中型火力發電廠設計規范》對煙氣系統是否需要有效隔離沒有做出明確規定，隨著去旁路工作的不斷推進，相當一部分煙氣脫硫工藝設計都減少甚至直接取消了煙道上的擋板門，當脫硫塔內發生火災事故時，進出口煙道不能及時得到關閉，煙筒效應也使得火災從發展期到轟燃期的時間變短，降低了初期火災撲滅的可能性。譬如新疆某電廠脫硫設備安裝施工中不慎發生火災，幸好當時擋板門能迅速關閉，在減緩火勢蔓延的同時保住了塔頂直排煙筒，減少了事故損失。

1.2 入口煙道增設事故噴淋系統

在脫硫系統正常運行中，鍋爐排煙系統溫度異常升高或者事故斷電導致脫硫循環泵跳閘，可以通過入口煙道事故噴淋系統噴水來降低脫硫塔入口煙氣溫度，使煙氣溫度控制在設計范圍內，進而能有效地保護脫硫塔內部的防腐層、噴淋管和除霧器。采用相變冷凝煙氣再熱技術在入口煙道設置煙氣冷卻器的，應在煙氣冷卻器前增置一路事故噴淋系統，并應與煙氣冷卻器的沖洗水進行聯鎖，以防止事故斷電相變冷凝水泵停運后煙氣冷卻器高溫受損。

1.3 采取多冗余的安全控制系統

測量儀表應選用質量可靠的產品，關系到重要安全保護作用的儀表應采取冗余配置，如原煙氣溫度、煙氣壓力、脫硫塔液位、除霧器壓差、脫硫塔循環泵的軸承溫度等。加強脫硫與主機控制系統之間的信號聯系，相互協調控制，優化脫硫塔和鍋爐MFT動作之間的聯鎖邏輯關系，對于涉及到聯鎖保護的重要監控信號應通過硬接線方式進行信號交換，以降低脫硫系統故障對鍋爐的影響。

1.4 優化供配電系統的安全性

脫硫系統整體應按照二級負荷設計，脫硫系統的供電應采取將循環泵分接在兩段高壓母線上，當任意一段高壓母線失電時，脫硫塔在短時間內可安全運行。應擴大脫硫系統UPS容量，系統內的控制系統、火災報警、擋板門、事故噴淋系統和煙氣冷卻器沖洗水等設備應全部列入保安電源。應盡可能提高除霧器沖洗水泵供電等級或者增加備用電源，使其可在事故情況下充當高位消防水系統使用。

2 脫硫塔消防減災的安全性設計

從以往發生的諸多脫硫塔火災事故案例來看，煙氣脫硫系統火災具有蔓延迅速、初期撲救難、過火面積大、撲救時間長、經濟損失大等特點，事故原因中施工管理的責任不言而喻，但是也往往暴露出設計中消防通道不暢、煙氣系統消防設計對高位構筑物及設備的保護考慮不周等諸多不足。

2.1 應重視煙氣脫硫系統技改后最不利情況下的消防要求

目前脫硫系統消防設計一般遵循《GB50229-2006火力發電廠與變電所設計防火規范》及《GB50016-2006建筑設計防火規范》要求設計，一般脫硫系統地面消防給水形成環網或枝狀布置；室外消防栓敷設在設備或者道路附近，消防栓之間間距≤60m。這種設計雖然符合規范要求，但是現行氨法脫硫技術脫硫塔的高度都達到50m左右，加上直排煙筒可達到90m，老系統一般消防系統設計壓力0.6-0.8MPa，地面消防栓出水壓力為0.5-0.6MPa，而技改系統一般都不會涉及到新建高等級的消防水源及管網，廠區原有的消防系統地面消防栓向上噴射最高不超過40m，這顯然在發生初期火災后根本不能及時控制態勢惡化，只能等專業消防隊伍攜帶消防云梯到來，以往的諸多案例也暴露出了這一問題。

2.2 增設高位消防管道和高位水箱等應急消防設備。

應該在脫硫塔除霧器平臺、煙氣脫白換熱器平臺等較高部位增設應急消防水帶，或者利用除霧器沖洗水泵和除霧器四級沖洗水管增設帶有保安電源的旁路應急消防水系統，也可在脫硫塔附近有利位置架設消防水炮。對于改造后現場設備較為擁擠的項目，還應該適當提高消防栓設計密度。

2.3 增強脫硫塔的防火減災設計。

可以提高脫硫塔進出口煙道上擋板門的防火隔熱性能，與脫硫塔相連接的FRP管道、軟連接等部位應涂刷足夠的防火涂料，塔上電纜橋架蓋板應配置齊全，封堵應嚴密，防止電纜接線短路著火引發火災事故。對于塔頂直排煙筒式系統，可在塔頂直排煙筒錐段增設易于關閉的消防擋板，進而在脫硫塔發生火災時有效的削弱煙筒效應，為事故救援贏得時間，減少事故損失。

3 氨區危險源的安全性設計

氨法脫硫中脫硫劑液氨或者氨水是項目中最大的潛在危險源，2016年11月8日發生的淄博嘉周熱力氨水儲罐爆炸就是一起圍繞氨水操作不當所引發的較大安全事故。在項目設計中要針對液氨或者氨水的運輸、卸車、儲存、稀釋等環節可能發生的泄漏、爆炸和中毒等現象，將安全性設計從項目伊始就擺在重要位置。

3.1 嚴格按規范進行工藝設計

根據《GB18218-2009危險化學品重大危險源辨識》液氨儲量超過10t即為重大危險源，在總體設計中，對超過10t儲量的氨區應該嚴格按照重大危險源的管控規范進行設計，對不超過臨界量的氨區由于液氨本身的特性應該提高安全防范等級；氨區應按照第Ⅱ類防爆區域進行設計，防爆區域內所有的設備、電氣和監測測量儀表、元件應符合安全等級；氨區的防雷接地系統應可靠，并應按照第二類構筑物采取防雷措施[1]；氨區內的氨泄漏報警儀應該可靠，并采取聲光報警的方式；氨區的壓力管道應按規定向特種設備管理部門辦理相關手續，并做好向施工單位的交底工作。

3.2 提高氨區設備使用的安全性

液氨儲罐應按照規范要求設置可靠的液位、溫度和壓力等測量儀表，并設置高液位、高高液位連鎖，并將測量信號以可靠的方式送至脫硫或者主機中央控制室；液氨運輸槽車要采用鶴管卸車，卸車泵采用屏蔽泵，并應在安全區域設計事故緊急切斷閥，以便進一步控制災害事態發展；應在液氨儲罐設置水噴淋裝置，以便夏季或者事故狀態下降低球罐溫度；從液氨儲罐和氨氣緩沖罐呼吸閥通過管道匯總的氨氣可由事故罐進行吸收，但要注意事故罐中的氨含量富集。

結語

氨法脫硫是一項契合循環經濟需求的環保技術，節能減排效果明顯，是一項符合我國國情的鍋爐煙氣脫硫技術，應用前景好。隨著氨法脫硫技術的進一步迭代更新，在氨法脫硫項目設計中，要認真識別項目潛在的危險性，采取可靠的防范措施，進一步提高項目設計的安全性。