石灰石—石膏湿法脱硫系统管道的选取要点

2020-09-02

能源与环境 2020年4期

（航天环境工程有限公司天津 300450）

自火电厂烟气脱硫措施实施以来，湿法烟气脱硫工艺就在国内火电厂中得到广泛的应用。其中石灰石—石膏湿法脱硫工艺技术凭借其高适应性、高脱硫效率［1］、吸收剂来源广泛及技术成熟等优点，成为目前应用最广泛的工艺［2］，在国内燃煤电厂中占95%以上［1］。国内脱硫市场竞争激烈，除从吸收塔设计、液气比等方面优化以节省投资外［3］，如何在保证工程质量、满足脱硫系统正常稳定运行情况下，优化管道的选材也越来越受到设计单位的关注。但在设计过程中，由于针对管道、管件等的规范众多，设计人员往往难以把握，造成管道选材错误或者管道壁厚、法兰压力等级等选取偏大或偏小的事情时有发生。

本文针对石灰石—石膏湿法脱硫工艺管道选取存在的问题，通过查阅大量标准、规范条文，整理出一份适用于大多数湿法脱硫项目的管道选取指南，以期对设计工作者起到一定的指导作用。

1 管道设计压力及温度

根据 GB 51284—2018《烟气脱硫工艺设计标准》［4］，管道材质应根据输送介质以及介质的浓度、温度、压力进行选择。SH/T 3059—2012《石油化工管道设计器材选用规范》［5］对管道组成件的设计压力、设计温度以及法兰许用工作压力做了如下规定：管道组成件设计压力/温度，不应低于操作过程中，由内压或外压与温度构成的最苛刻工况下的压力/温度。法兰许用工作压力应根据法兰标准中所列的压力—温度额定值确定。

对于石灰石—石膏湿法脱硫工艺，通常循环泵流量大，对应的管径最大，占管道部分工程投资比例也相对较大，将循环泵出入口管道单独分析。由于循环泵用于将吸收塔底部浆液输送到吸收段喷淋层，循环泵扬程大多在15～30 m之间，对应的管道压力大多在0.5 MPa以下，设计压力取0.6 MPa即可满足要求。

其他脱硫用泵设备，扬程最大的一般为用于吸收塔顶部除雾器冲洗的除雾器冲洗水泵，扬程一般在70 m以下，对应的管道压力在0.7 MPa以下，设计压力取0.8 MPa即可。

脱硫系统输送的介质中，一般氧化空气温度最高，通常在110℃以内，对应的设计压力通常在0.15 MPa以下；其他管道介质温度一般不超过60℃。

根据以上分析，同时考虑工程项目设计时标准的统一性以避免出错的问题，建议除了循环泵出入口管道的法兰压力等级选用PN6外，其他法兰压力等级选取PN10，详见表1。

2 管道材质

对于石灰石—石膏湿法脱硫工艺，脱硫浆液成分复杂，含有的Cl-、SO32-等离子对金属管道会造成一定程度的腐蚀，其中的固体颗粒又会对管道内壁造成冲刷［6］。所有接触浆液的管道均要求管道既耐腐蚀又耐冲刷磨蚀，同时还要求管道水力性能优良，保证内部不结垢［7］。通常接触浆液的管道大多采用碳钢衬胶管道或玻璃钢（FRP）管［4］。对于烟道排水管来说，由于原烟道烟温较高，需要耐受最高180℃的高温冲击，又需考虑烟气中SO2等污染物凝结后可能对管道造成的腐蚀，原烟道排水管选用耐高温的玻璃钢管；净烟道烟气温度一般在50～60℃之间，选择碳钢衬胶或玻璃钢管均可。对于输送氧化空气的管道，为防止氧化风机停机时，吸收塔浆液通过氧化空气管道返流至氧化风机，对设备造成破坏，氧化风管道最高点需高出吸收塔最高液位，但入塔位置一般在液位较低位置。因此，自氧化风机至吸收塔最高液位以上管道采用碳钢管，最高液位至塔入口部分由于可能受到浆液腐蚀采用玻璃钢管道。由于氧化风温度较高，建议在最高液位至塔入口段设置减温水对氧化风喷淋降温，一方面有效避免塔内氧化风管结垢，一方面延长塔外玻璃钢管道寿命。若不设减温水，玻璃钢管需选用耐高温材质。输送工艺水、杂用压缩空气的管道采用碳钢管；输送仪用压缩空气管道采用304不锈钢管。

对于碳钢管，目前较多采用的为无缝钢管［8-9］和焊接钢管［10］。由于湿法脱硫系统管道承压普遍小于1.0 MPa，属于D类流体范畴［11］，两种类型的钢管均能满足使用要求。为了平衡节省工程投资与尽可能提高项目可靠性之间的矛盾，在业主方无特殊要求的情况下，建议脱硫碳钢管口径DN≤300的采用20#无缝钢管，DN＞300为Q235A焊接钢管。焊接钢管多为直焊缝电焊钢管或螺旋缝电焊钢管。浆液管道采用衬胶钢管或FRP，DN＞300为Q235A焊接钢管，内壁衬胶；衬胶钢管宜选用直缝电焊钢管。除了循环泵管道口径DN＞300，其他浆液管道一般口径DN≤300。详见表1。

表1 脱硫管道材质及法兰压力等级

3 管径及壁厚

3.1 管道外径系列

外径系列参照HG/T 20553—2011《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列》［12］及GB/T9119—2010《板式平焊钢制管法兰》［13］的规定，分为Ⅰ、Ⅱ系列。Ⅰ系列为大外径系列，部分外径含小数，未圆整。Ⅱ系列为小外径系列。Ⅰ系列为推荐系列，Ⅱ系列为国内沿用系列。Ⅰ作为优选系列，有特殊要求或考虑与原厂一致时也可选用Ⅱ系列。需要注意的是在选用外径系列时要与所选用的管件、法兰、阀门配套。HG/T 20592～20635—2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》［14］中大外径系列称为A系列，小外径系列称为B系列。

3.2 管道壁厚选取

根据石灰石—石膏湿法脱硫工程常用工况，利用SH/T 3059—2012《石油化工管道设计器材选用规范》［5］规定的壁厚计算公式可计算出不同压力、不同温度、不同材质下的碳钢及不锈钢管道系列壁厚，供设计时选取。其中，脱硫循环泵管道按压力0.6 MPa选取管道，其他管道选取压力均小于1.0 MPa，详见表2。

玻璃钢管（长丝缠绕型）管道壁厚选取以HG/T21633—1991《玻璃钢管和管件》［15］PN10 管道壁厚为基础壁厚，在此基础上附加耐磨层厚度作为管道壁厚，见表2。

表2根据脱硫系统常用工况计算，无缝钢管材质为20#钢，适用于 P≤1.0 MPa，t≤150 ℃或 P≤0.6 MPa，t≤425 ℃的工况；焊接钢管材质为Q235A，常用于循环泵出入口管道，适用于P≤0.6 MPa，t≤150℃的工况；玻璃钢管道为长丝缠绕成型，适用于P≤1.0 MPa的工况。表中数据供设计人员参考，如遇特殊工况，可根据壁厚计算方法自行选取。

选用PP塑料管道时材料表中标注压力等级即可，不必单独注明壁厚。