丙烷脱氢装置锅炉设备的设计和建造

刘文佳

(江苏力沃新能源科技股份有限公司，江阴 214444)

0 引 言

丙烯是石化工业中最重要的有机化工原料之一。目前，丙烯获取工艺是通过石油催化裂解获得的。但是在采用石油裂解工艺的主要产品是乙烯，若丙烯生产占比较高会影响装置的经济性和效率，同时还会随着裂解石油的趋势拖延导致丙烯收率急剧下降[1]。由于在丙烯的生产工艺中通常都是以成品油生产为代价同时丙烯收率较低，所以炼油厂会慎重选择工艺配置。近年来，我国对丙烯的需求量大幅增加。用传统工艺如石油裂解和催化裂化生产丙烯，很难跟上丙烯需求的快速增长。在此基础上，为了保证丙烯生产能够满足需求，必须实施替代生产工艺[2]。综合考虑成本、资源和技术成熟度等因素，比较了以丙烯生产为主的几种生产工艺，丙烷脱氢装置锅炉已成为最具竞争力的丙烯生产工艺。近年来，丙烷脱氢装置锅炉工艺在我国发展迅速，生产能力以惊人的速度扩大，已逐渐成为丙烯的重要来源之一。

1 设备状况

5万吨/年丙烷脱氢装置所需余热锅炉(B-501)采用无补燃余热锅炉；正压运行；露天布置；占地紧凑布置形式。其性能特征是有一定的负荷适应性，能保证上述主要技术参数范围内能保证连续、安全、稳定、可靠运行，相关技术参数如表1所示，其结构主要有锅筒、蒸发器、过热器、省煤器、激波吹灰器、阀门、钢结构及平台、扶梯等组成。在设计、建造、材料、试验和检验以及安装调试等都按《锅炉安全技术监察规程》 TSG G0001；《水管锅炉》 GB/T 16507；《锅炉锅筒内部装置设计导则》JB/T 9618；《工业锅炉水质》GB/T1576；《锅炉安装工程施工及验收规范》GB50273等相关标准规范执行和按ASME、ASTM、NFPA及相应的引进公司标准规范进行设计、建造、检验[3]。

表1 丙烷脱氢装置所需余热锅炉技术参数规范

2 设备的设计和建造技术规范

余热锅炉钢结构采用成套钢架结构，辅助设备材料规格见表2，主要设备包括锅筒及其内部装置和锅筒支架；过热器系统、蒸发器系统、与汽包相连的下集箱上升管、下降管和排污管座；省煤器系统；汽水管道；烟道及余热锅炉本体范围内烟道金属膨胀节；激波吹灰系统；各种人孔、检查孔(观察孔)、吹灰孔、试验孔等杂件[4]。

表2 附属设备材质规格

2.1 锅筒

锅筒原材料选用Q245R。在设计工艺上，汽包内采用先进成熟的分离装置，保证汽水品质合格和出力有足够裕度，锅筒水室壁上可能有温差的下降管孔、进水孔等管孔应采用合理的结构和配水方式，防止管孔附近出现热疲劳裂纹。水位计设计有一套双室平衡容器+差压变送器和一套导波雷达液位计。锅筒还设有酸洗、热工测量、水压试验、加药、连续定期排放、事故放水、超压保护、安全阀、放空阀等管座及相应的阀门接口。

2.2 蒸发器

在余热锅炉的设计和建造过程中，蒸发器管内的质量流量是一个非常重要的参数。它主要反映单位时间内单位面积通过蒸发器的介质质量。在设计过程中要求满足压降的要求，所以蒸发器内的水流分配和受热应均匀，允许锅炉部件自由膨胀的中心装置。蒸发器上设计必要的门和孔，以方便维修人员进入。门和孔的最大部分应能防止在操作过程中由于热辐射而变形。建造方面，蒸发器换热管的基管材质为20 g，壁厚不小于4 mm，翅片材质不小于08AL。还要求蒸发器的所有对接焊缝必须通过所有换热管和蛇形管部件的100%射线探伤和水压试验。

2.3 过热器

锅炉过热器的主要作用是将饱和蒸汽加热到一定温度，以提高热效率。在布置通常采用分级布置达到减小热偏差。过热器的设计应保证过热器各部分不发生过烧，并采取有效的保护措施，消除汽侧和烟气侧的热偏差。在设计方面，过热器设有充氮管座和阀门；吹灰器喷嘴下方有效范围内的管束设置防护板；过热器应设有反洗设施和管道；过热器在最高点设放空管座和阀门；过热器出口集箱上设置安全阀、排气阀和超压保护设施。监理方面，过热器换热管母管材质选取为12Cr1MoVG，壁厚不小于4 mm，翅片材质不小于409 L。过热器管及其他部件出厂前必须进行100%焊缝无损检测，安装后对过热器管及蛇形管部件进行水压试验。

2.4 省煤器

省煤器主要安装在锅炉尾部烟道内，用于加热给水，减少热源损失。由于锅炉尾部烟气中含有大量的飞灰颗粒，在设计省煤器时应考虑灰粒磨损的防护措施。如在省煤器管束与周围墙体之间设置挡板，防止烟气偏流，管束上还有可靠的抗磨装置。在建造方面，省煤器管束及联箱材质采用20 G，省煤器换热管座材质为20 G，壁厚不小于4 mm，翅片材质不小于08AL。同时省煤器焊缝必须100%无损检测。在设计方面，省煤器等受热面管组之间应留有足够的空间进行维护和清洗；省煤器设有中间固定装置，控制受热面管排间距；省煤器应配有充氮和排气的管座和阀门；省煤器吹灰器喷嘴下方有效范围内应设置防护板。

2.5 阀门

余热锅炉本体范围内的主要阀门及附件(如过热器出口、省煤器出口弹簧安全阀，所有手动阀门、气动阀门、消声器等)应具有良好的调节性能，安全阀不允许出现拒动和拒回座，起跳高度应符合设计值，此外，锅炉过热器出口集箱上的排汽管路应设有消声器，避免安全阀动作时产生噪音污染。

2.6 钢结构及平台、扶梯

余热锅炉钢结构的主要构件应为耐腐蚀性好、刚度足够的优质碳素结构钢；柱与基础采用埋地螺栓连接，应能承受各种应力条件的综合应力。余热锅炉主扶梯应布置在锅炉前部两侧，方向应一致，倾斜角度为 45°，门孔、测量孔、吹灰器、阀门、操作台等处应有操作维护平台。在建造方面，余热锅炉范围内炉墙、烟道外护板采用1 mm厚梯形波纹金属板和防锈紧固件。同时，余热锅炉钢结构的设计、建造和质量应满足GB50017《钢结构设计规范》的要求[5]。

3 结束语

余热锅炉采用自动控制系统，具有可靠的自动控制和保护装置。锅炉设备及其系统的设计应满足各种工况下安全合理的运行方式；设备和材料的建造、检验、实验都按相关标准执行。但余热锅炉正常运行后，应进行性能验收试验，以保证锅炉的安全。