丙烷脫氫裝置鍋爐設備的設計和建造

劉文佳

(江蘇力沃新能源科技股份有限公司，江陰 214444)

0 引 言

丙烯是石化工業中最重要的有機化工原料之一。目前，丙烯獲取工藝是通過石油催化裂解獲得的。但是在采用石油裂解工藝的主要產品是乙烯，若丙烯生產占比較高會影響裝置的經濟性和效率，同時還會隨著裂解石油的趨勢拖延導致丙烯收率急劇下降[1]。由于在丙烯的生產工藝中通常都是以成品油生產為代價同時丙烯收率較低，所以煉油廠會慎重選擇工藝配置。近年來，我國對丙烯的需求量大幅增加。用傳統工藝如石油裂解和催化裂化生產丙烯，很難跟上丙烯需求的快速增長。在此基礎上，為了保證丙烯生產能夠滿足需求，必須實施替代生產工藝[2]。綜合考慮成本、資源和技術成熟度等因素，比較了以丙烯生產為主的幾種生產工藝，丙烷脫氫裝置鍋爐已成為最具競爭力的丙烯生產工藝。近年來，丙烷脫氫裝置鍋爐工藝在我國發展迅速，生產能力以驚人的速度擴大，已逐漸成為丙烯的重要來源之一。

1 設備狀況

5萬噸/年丙烷脫氫裝置所需余熱鍋爐(B-501)采用無補燃余熱鍋爐；正壓運行；露天布置；占地緊湊布置形式。其性能特征是有一定的負荷適應性，能保證上述主要技術參數范圍內能保證連續、安全、穩定、可靠運行，相關技術參數如表1所示，其結構主要有鍋筒、蒸發器、過熱器、省煤器、激波吹灰器、閥門、鋼結構及平臺、扶梯等組成。在設計、建造、材料、試驗和檢驗以及安裝調試等都按《鍋爐安全技術監察規程》 TSG G0001；《水管鍋爐》 GB/T 16507；《鍋爐鍋筒內部裝置設計導則》JB/T 9618；《工業鍋爐水質》GB/T1576；《鍋爐安裝工程施工及驗收規范》GB50273等相關標準規范執行和按ASME、ASTM、NFPA及相應的引進公司標準規范進行設計、建造、檢驗[3]。

表1 丙烷脫氫裝置所需余熱鍋爐技術參數規范

2 設備的設計和建造技術規范

余熱鍋爐鋼結構采用成套鋼架結構，輔助設備材料規格見表2，主要設備包括鍋筒及其內部裝置和鍋筒支架；過熱器系統、蒸發器系統、與汽包相連的下集箱上升管、下降管和排污管座；省煤器系統；汽水管道；煙道及余熱鍋爐本體范圍內煙道金屬膨脹節；激波吹灰系統；各種人孔、檢查孔(觀察孔)、吹灰孔、試驗孔等雜件[4]。

表2 附屬設備材質規格

2.1 鍋筒

鍋筒原材料選用Q245R。在設計工藝上，汽包內采用先進成熟的分離裝置，保證汽水品質合格和出力有足夠裕度，鍋筒水室壁上可能有溫差的下降管孔、進水孔等管孔應采用合理的結構和配水方式，防止管孔附近出現熱疲勞裂紋。水位計設計有一套雙室平衡容器+差壓變送器和一套導波雷達液位計。鍋筒還設有酸洗、熱工測量、水壓試驗、加藥、連續定期排放、事故放水、超壓保護、安全閥、放空閥等管座及相應的閥門接口。

2.2 蒸發器

在余熱鍋爐的設計和建造過程中，蒸發器管內的質量流量是一個非常重要的參數。它主要反映單位時間內單位面積通過蒸發器的介質質量。在設計過程中要求滿足壓降的要求，所以蒸發器內的水流分配和受熱應均勻，允許鍋爐部件自由膨脹的中心裝置。蒸發器上設計必要的門和孔，以方便維修人員進入。門和孔的最大部分應能防止在操作過程中由于熱輻射而變形。建造方面，蒸發器換熱管的基管材質為20 g，壁厚不小于4 mm，翅片材質不小于08AL。還要求蒸發器的所有對接焊縫必須通過所有換熱管和蛇形管部件的100%射線探傷和水壓試驗。

2.3 過熱器

鍋爐過熱器的主要作用是將飽和蒸汽加熱到一定溫度，以提高熱效率。在布置通常采用分級布置達到減小熱偏差。過熱器的設計應保證過熱器各部分不發生過燒，并采取有效的保護措施，消除汽側和煙氣側的熱偏差。在設計方面，過熱器設有充氮管座和閥門；吹灰器噴嘴下方有效范圍內的管束設置防護板；過熱器應設有反洗設施和管道；過熱器在最高點設放空管座和閥門；過熱器出口集箱上設置安全閥、排氣閥和超壓保護設施。監理方面，過熱器換熱管母管材質選取為12Cr1MoVG，壁厚不小于4 mm，翅片材質不小于409 L。過熱器管及其他部件出廠前必須進行100%焊縫無損檢測，安裝后對過熱器管及蛇形管部件進行水壓試驗。

2.4 省煤器

省煤器主要安裝在鍋爐尾部煙道內，用于加熱給水，減少熱源損失。由于鍋爐尾部煙氣中含有大量的飛灰顆粒，在設計省煤器時應考慮灰粒磨損的防護措施。如在省煤器管束與周圍墻體之間設置擋板，防止煙氣偏流，管束上還有可靠的抗磨裝置。在建造方面，省煤器管束及聯箱材質采用20 G，省煤器換熱管座材質為20 G，壁厚不小于4 mm，翅片材質不小于08AL。同時省煤器焊縫必須100%無損檢測。在設計方面，省煤器等受熱面管組之間應留有足夠的空間進行維護和清洗；省煤器設有中間固定裝置，控制受熱面管排間距；省煤器應配有充氮和排氣的管座和閥門；省煤器吹灰器噴嘴下方有效范圍內應設置防護板。

2.5 閥門

余熱鍋爐本體范圍內的主要閥門及附件(如過熱器出口、省煤器出口彈簧安全閥，所有手動閥門、氣動閥門、消聲器等)應具有良好的調節性能，安全閥不允許出現拒動和拒回座，起跳高度應符合設計值，此外，鍋爐過熱器出口集箱上的排汽管路應設有消聲器，避免安全閥動作時產生噪音污染。

2.6 鋼結構及平臺、扶梯

余熱鍋爐鋼結構的主要構件應為耐腐蝕性好、剛度足夠的優質碳素結構鋼；柱與基礎采用埋地螺栓連接，應能承受各種應力條件的綜合應力。余熱鍋爐主扶梯應布置在鍋爐前部兩側，方向應一致，傾斜角度為 45°，門孔、測量孔、吹灰器、閥門、操作臺等處應有操作維護平臺。在建造方面，余熱鍋爐范圍內爐墻、煙道外護板采用1 mm厚梯形波紋金屬板和防銹緊固件。同時，余熱鍋爐鋼結構的設計、建造和質量應滿足GB50017《鋼結構設計規范》的要求[5]。

3 結束語

余熱鍋爐采用自動控制系統，具有可靠的自動控制和保護裝置。鍋爐設備及其系統的設計應滿足各種工況下安全合理的運行方式；設備和材料的建造、檢驗、實驗都按相關標準執行。但余熱鍋爐正常運行后，應進行性能驗收試驗，以保證鍋爐的安全。