水煤浆气化装置布置和管道设计探究

王成志

【摘  要】科学技术的快速发展推动了我国水煤浆气化等化工行业的飞快发展，与以前相比，这些化工行业的装置设备都有了很大的进步。先进的设备装置又提高了水煤浆气化等化工生产的效率。但是在看到这些好处的同时，我们也不能忽略其带来的问题。随着水煤浆气化等化工生产装置设备逐渐宏大复杂，其生产装置和管廊配管设计也变的繁琐，成为设计过程中必须要考虑的重点。因此本文从水煤浆气化生产工艺和其技术特点出发，就水煤浆气化装置布置和管道设计问题进行探讨。

【关键词】水煤浆气化;装置布置;管道设计;要点

1 概述

我国是世界上对煤炭使用比较早的国家，煤炭的使用从古代就已经开始了。早期古人对煤炭的使用是针对露天煤矿的开采，主要用于冶炼、照明、加热、取暖、以及其它工业方面的应用。但是这种粗放式的应用不仅煤炭的使用效率比较低，还是对环境的一种污染。我国的能源问题结构特点是富煤、少气、缺油，自二十世纪三十年代以来，就逐渐发展成为一种以煤炭、石油、天然气的消耗为主，再加上太阳能、风能、核能，等其它能源的综合利用为辅的崭新格局。但是尽管我国煤炭的储量比较丰富，占世界总储量的11%，但我国人口总数世界第一，煤炭人均占有量不足。再加上我国煤炭地域分布不均匀、石油和天然气的储量也不丰富、风能与太阳能的使用局限性比较大、以及核能的开发利用手段还不成熟等因素的影响。总的来说，我国还是以煤炭消耗为主的煤炭大国。

为了充分利用煤炭资源，以应对煤炭、石油、天然气等日益枯竭的能源问题，也为了减少环境污染，响应我国可持续发展和工业转型的基本国策。近年来，我国在能源多元化的发展上面持续投入，在煤炭的焦化、气化、液化等各方面的技术都取得了连续突破。尤其是水煤浆气化等煤炭气化技术上的突破，不仅大大提升了煤炭的利用效率，还减少了废气等污染物的排放。对我国绿色、健康、环保的可持续发展新策略起到了不可估量的作用。

2 水煤浆气化技术的生产工艺

煤炭的气化是指在特定的设备和条件下，通过一定的压力和温度等生产工艺，使煤中有机质和氧气等气化剂在设备内部发生剧烈的化学反应。将固体煤转化为含有一氧化碳、氢气等可燃气体，以及二氧化碳、氮气等非可燃气体的特殊工艺。作为煤炭气化技术中最重要的技术工艺之一。水煤浆的气化是指通过磨煤机等生产装备，使固体煤与石灰石和水形成水煤浆，然后通过煤浆泵送入汽化炉，与炉中氧气等气化剂发生一系列气化反应形成水煤气。再通过洗涤系统将水煤气洗涤成粗煤气，渣水分离后细渣送入渣池，废水送入废水池进行处理。

3 水煤浆气化装置布置和管道设计原则

对于水煤浆气化装置的布置和管廊管道设计，因为其设备的特点以及生产工艺的要求，在设备安装和管道设计时，根据相关文件的操作规范以及相关设计标准，必须要求符合以下几个原则：

1）安全性原则。因为水煤浆气化装置通常框架较高，在对其装置和管道进行设计时，首先必须考虑安全上的问题，避免安全事故的发生。

2）规范性原则。管道设计和设备安装必须符合有关标准和技术规范的规定，避免原则性上低级错误的发生。

3）统筹性原则。在对水煤浆气化装置的设备布局和管道分布设计之前，必须先做好统筹规划，然后在统筹规划的基础上进行总体设计和各分部设计的工作。力求使水煤浆气化装置布置和管道设计科学、规范、合理以及美观。

4）科学性原则。水煤浆气化装置布置和管道设计必须要具有一定的科学性，比如使大直径管道靠近廊柱，小直径管道、公用工程管道放在中间，工艺管道宜布置在与管廊连接的一侧等。

5）技术性原则。管廊管道的设计和分布必须符合最基本的技术要求，同时要注意冷热管之间的间距，冷管、液化石油气管道和热管两者之间不宜靠的太近。

6）实用性原则。管道的设计和布置必须要能够满足日常生产、操作和维护等各方面工作的需求。

4 水煤浆气化装置布置和管道设计要点

4.1 氧气管道的设计

氧气管道的设计要求支管要从管道上端接入，在氧气管道和可燃气体共架敷设时，应将其置于下层或管架的外侧。同时因为氧气管道的材质为不锈钢，价格比较昂贵，所以氧气管道架设时要尽量要求简单、直接，并减少弯头的设计。同时氧气管道与其他管道的间距要控制在500mm以上，并将其置于管廊的最下层，并且还要对其进行防静电处理，通常采用 ≥6mm 铜芯软绞线与管廊立柱相连的方法将静电导入地下。

4.2 黑/灰水管道设计

作为运送含有一定量水煤浆细渣的黑/灰水管道，在进行管道设计时，必须要充分考虑堵塞的问题，因此黑/灰水管道宜置于总管上方。同时在靠近总管的一侧设有切断阀，以便于以后完成切断水流工作，清理管内污垢。另外对于黑/灰水管道的弯头，可以考虑使用三通加法兰和法兰盲板的形式代替，以减少堵塞及后期损坏管道的更换。

4.3 易磨损管道的设计

考虑到在水煤浆气化生产中管道正常工作时，流经管道的水流介质成分复杂、水流压力大、流速过快的问题，使管道极易发生磨损。因此对于闪蒸过滤后等含有汽、固、液三相介质的部分管道，因为水流流速过快，必须适当的安装减压阀，以控制水流流速，降低管道磨损。同時在管道的整体规划时，要尽量减少弯道的设置，如果根据实际需要必须设置弯道时，也要尽量增大弯道半径，以降低冲刷的产生。另外，对于水流流速过大，不易控制，极易产生腐蚀、磨损的部位，还可以考虑采用一些耐腐蚀较强材质的管道。

4.4 蒸汽管道的设计

因为水煤浆气化生产中所需要的蒸汽管道种类多、管径大且长度一般较长，因此对于蒸汽管道的布置通常必须设置固定点。固定点通常都是采用集中设置，且同一管道的两个固定点之间的距离不宜设置太远，否则管道无法支撑，极易发生断折。一般情况下，两个固定点之间的间距应控制在40-50米为宜，且同一种蒸汽管道之间固定点间距应保持相同。同时，考虑到蒸汽管道输送的蒸汽温度较高的问题，在蒸汽管道安装时，还要采用补偿器来补偿蒸汽管道产生的热位移。

结束语

总之，综上所述，水煤浆气化装置布置和管道设计首先要遵循安全性原则，根据相关标准和技术规范，在统筹全局的基础上进行总体设计和各分部工作的设计。同时还要充分考虑技术性原则和科学性原则，降低管道磨损，延长设备使用寿命。只有这样，才能使水煤浆气化装置布置和管道设计科学、合理，而又兼且实用、美观、规范。以达到降低生产成本，节能降耗的目的。这不仅是企业面对竞争环境日益激烈的化工行业市场发展的必然需求，还是我国日益枯竭的能源问题，以及绿色、环保、健康的可持续发展战略对水煤浆气化行业提出的必然要求。

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（作者单位：中石化南京工程有限公司）