电厂烟气脱硫浆液管道设计总结资料.doc

电厂烟气脱硫浆液管道设计总结摘要 石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺在国内外已经非常成熟，同步国内也涌现了诸多脱硫总包企业及专业脱硫设计企业。浆液（石灰石浆液和石膏浆液）管道设计工作量在湿法烟气脱硫工艺设计中至少占60%比例，重要性不言而喻。浆液管道与火电厂一般汽水管道设计有很大区别。浆液管道具有易磨损、易腐蚀及易堵塞等特点，在管道选材及布置设计时既要满足一般流体管道设计多种规范及通用规定，同步更要考虑到浆液管道在流程设计、布置设计、选材、流速计算、坡度设计、阀门及管件选型、支吊架选型等方面特殊性。 关键词 浆液管道；介质特点；设计；技巧 1 序言目前国内使用十提成熟石灰石-石膏湿法烟气脱硫具有脱硫效率高、适应煤种广、脱硫剂价格廉价且采购以便、技术成熟可靠及装置运行稳定等特点，该湿法工艺合用于不一样类型、不一样规格火电厂锅炉及其他燃煤锅炉，也是目前国内外应用最广泛脱硫工艺（占所有脱硫工艺80%左右）。湿法工艺波及到管道重要分为如下几类：烟道、浆液管道、汽水管道、空气管道。其中浆液管道是以往电力工程设计中所没有，它是水和固体颗粒物两种介质流管道，它具有一般流体管道几乎所有特性，同步又具有易磨损、易腐蚀及易堵塞等一般流体管道所没有特点，尤其是在管道启动、运行、停止等状态时，假如设计得不合理，就会导致沉积甚至堵塞。正是由于背面几种特性决定了浆液管道在设计时与一般流体管道巨大区别。2 浆液管道介质特点 湿法烟气脱硫浆液管道，具有一般流体管道几乎所有特性，同步由于浆液管道内介质为石灰石粉或石膏粉等细小颗粒同水混合物，并夹杂着部分氯离子（0ppm以内）和重金属离子，使得浆液管道具有易磨损、易腐蚀及易堵塞等特点。 2.1 磨损性 浆液磨损性是指浆液中固体颗粒（尤其是硅酸盐类）对被磨损材料撞击及破坏。湿法烟气脱硫浆液介质重要由石灰石（CaCO3）颗粒（具有少许SiO2）、石膏（CaSO42H2O）颗粒和水构成，表3-1为北高峰电力工程设计企业设计某电厂2300MW机组烟气脱硫工程中部分浆液成分：从表2-1可以看出，浆液含固量一般为4.0%50%。石灰石浆液颗粒直径取决于石灰石粉目数，按照低原则250目规定衡量，则石灰石浆液颗粒直径一般不不小于60m，而石膏颗粒粒径也大多不不小于100m。在较高流速(3m/s以上)时，这些颗粒会对管道内壁产生严重磨损或冲蚀。2.2 腐蚀性因浆液具有弱酸性，并且还夹杂着部分氯离子和氟离子，这些物质会与碳钢管壁发生化学反应而使钢管腐蚀，直至烂穿，影响脱硫装置使用寿命。重要反应式为：4FeSO42-4H2O = FeS3Fe(OH)22OH-此外，Cl-比氧更轻易吸附在金属表面，并把氧排挤掉，从而使金属钝化状态遭到局部破坏而发生孔蚀，某些不锈钢材料也难以防止。浆液对金属管腐蚀形式有：点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀、电化腐蚀等等。防止腐蚀最佳措施是制止浆液与金属面接触，如衬胶（目前应用较广泛为丁基橡胶）或衬塑。2.3 易堵塞性湿法烟气脱硫浆液管道为两相流。两相流特点是流速一定要控制在合适范围之内。流速高了易产生磨损并大大增长管道阻力，而流速低了则会产生沉积，缩小管道流通面，直至堵塞整根管道。浆液管道易堵塞还表目前沉积物长期不清理会导致硬化结块，最终整根管道报废。对于具有弱碱性（含Ca2-）管道尚有轻易结垢特点，不管流速怎样，长期运行均会导致管道结垢堵塞。这也是湿法烟气脱硫吸取塔浆液PH保持56（弱酸性）重要原因之一。3 浆液管道设计针对湿法烟气脱硫浆液管道介质特点，在设计浆液管道时既要满足一般低压流体管道设计规定及规定，同步又要考虑到浆液管道特殊性。下面从浆液管道设计时一般规定、管道选材、管径计算、坡度规定、管廊布置、阀门选型及布置、支吊架布置等几种方面简介：3.1 一般规定浆液管道流程设计时一般规定：应充足注意采用先进技术，合理运用装置内能量，妥善地处理废气和废液（由于脱硫废水中可溶性盐类和氯离子含量非常高，对再运用顾客系统材质和产品会导致不良影响，因此脱硫废水最佳用作锅炉捞渣、冲灰、冲渣补充水或煤场洒水等）；必须满足正常生产、开停工、安全和事故处理规定，并应考虑维修规定和一定操作灵活性；管道进出装置处应设置切断阀；装置因事故或定期停工要进行大修时，应有将装置内物料所有排出至事故浆罐措施。浆液管道布置设计时一般规定：应符合工艺设计规定；尽量布置成“步步高”或“步步低”，以防止液袋或“盲肠”，否则需要设置导淋点，或至少通过人工清除；先难后易，如先布置重要、大管径、浆液管道，后布置细小、次要、轻管道；管道布置应整洁有序，横平竖直，成构成排，便于支撑；纵向与横向标高应错开，一般在变化方向同步变化标高；管道最佳架空或地上敷设，浆液管一般不容许地沟敷设或直埋；不阻碍设备、机泵、仪表和阀门操作及维修；满足流量计、密度计及PH计等对管道特殊规定；变径管件应紧靠需要变径位置，以节省管材；管道应妥善支撑；人通行处管底标高不适宜不不小于2.2m，车通行处管底标高不适宜不不小于4.5m；并排布置管道法兰外缘之间净距不适宜不不小于25mm（无法兰管道为50mm），或保温层之间净距不适宜不不小于50mm；穿楼板时予留孔应设挡水沿，孔径应满足法兰进出；无压流管道孔板应布置在立管上，以利于排净；法兰位置设置要满足安装螺栓操作空间；管道一般应设坡度（坡度规定背面会详细展开阐明）；浆液管道应远离电气设备及电缆桥架，无法防止则管道尽量在下面走，以防止滴液腐蚀电气设备；泵吸入段应留有有效气蚀余量，一般至少为泵所需气蚀余量1.2倍，泵吸入段应尽量短而直，泵入口大小头应尽量靠近浆液泵。3.2 管道选材目前，国内浆液管道一般采用材料有：衬胶碳钢管（RL）、衬塑碳钢管（PL）、玻璃钢管（FRP）、聚丙烯（PPR、PPH）管、不锈钢（304、316）管等。衬胶碳钢管（RL）以一般碳钢管（Q235-A）或优质钢管（20#）作为钢架材料，以橡胶（一般是丁基橡胶）作为衬里层，将金属特性和橡胶特性合二为一。衬胶碳钢管具有耐磨、抗渗防腐、耐热（120）等性能，管与管之间采使用办法兰连接。碳钢衬胶管是目前应用最广泛烟气脱硫浆液管道。碳钢衬胶要彻底，不仅要对所有管道内壁进行衬胶，还要对所有也许接触浆液部件如法兰面（衬胶要覆盖法兰面而无需垫片）、管内件、阀门、浆液泵等进行衬胶。否则，只要有一处被腐蚀，烂点就会蔓延，直至影响整个部件。目前，我国国内衬胶管道厂家也比较多，如：济南长虹、靖江王子、郑州力威、杭州顺豪等。衬塑钢管（PL）是一般碳钢管或优质钢管内衬塑料而成管材。衬塑钢管（PL）分钢衬聚丙烯（PP）、钢衬聚乙烯（PE）、 钢衬聚氯乙烯（PVC）、钢衬聚四氟乙烯（PTFE）等几种，管与管之间也采使用办法兰连接。由于价格比衬胶钢管贵，在烟气脱硫工程中衬塑钢管（PL）一般只用在细小口径浆液管中。玻璃钢管（FRP）是一种由基体材料和增强材料两个基本组分并添加多种辅助剂而制成复合材料。常用基体为多种树脂，常用增强材料重要有碳纤维、玻璃纤维、有机纤维等。玻璃钢管（FRP）具有耐腐蚀性、耐热性、耐磨性、重量轻等特点。玻璃钢管道接头方式有多种，重要包括：承插胶接、平端对接、法兰连接等，公称压力从常压至4.0MPa不等，温度范围为-40l00。缺陷是相比金属管强度低、刚性差，长期受紫外线照射易老化，在湿法烟气脱硫工程少部分会采用，如喷淋管、氧化空气管等。聚丙烯（PPR、PPH）管是采用无规共聚聚丙烯经挤出而成管材（注塑成为管件），是欧洲90年代初开发应用新型塑料管道产品。PPR（PPH）管除了具有一般塑料管重量轻、耐腐蚀、不易结垢等特性外，尚有很好耐热性，PPR（PPH）管最高工作温度可达95。PPR（PPH）管材、管件可采用热熔和电熔连接，安装以便。PPR（PPH）管缺陷是相比金属管强度低、刚性差， 5如下存在一定低温脆性，PPR（PPH）管长期受紫外线照射易老化降解；此外，PPR（PPH）管线膨胀系数较大(0.15mm/m)，在布置设计时要有吸取热膨胀措施。少数湿法脱硫工程采用PPR（PPH）管作浆液管道，重要还是看中它价格廉价、安装以便。如北高峰电力设计企业设计某电厂1320MW燃煤机组烟气脱硫工程就采用了PPH管作室内浆液管道。不锈钢（304、316）管具有防腐、耐热、强度高及美观等性能，缺陷是价格高，并且碰到氯离子时也会生锈。不锈钢（304、316）管一般用在细小而无法衬胶浆液管道中，如DN10DN40等。3.3 管径计算管道设计应满足工艺对管道规定，其流通能力应按正常生产条件下介质最大流量考虑，其最大压力降应不超过工艺容许值，其流速应位于根据介质特性所确定安全流速范围内。在以往一般流体管道（碳钢管）设计中，介质流速一般是0.64.0m/s，蒸汽流速最高可达90 m/s。而浆液两相流管道流速有特殊规定（防磨、防沉积、防振动）：带压浆液管道流速宜选择在1.2-3.0m/s范围内，自流管道流速宜不超过1.2m/s。这样，初选管径可由下式求得：di=18.8(qv/u)0.5di管内径，mm；qv体积流量，m3/h；u浆液流速，m/s。由计算所得di并按照典规或其他规范来选定公称直径DN。由于是低压流体，公称压力一般选为PN1.0或PN0.6（仅针对大管径，如DN400mm）。根据选定DN再来计算管道压力降与否满足工艺规定，见下式：P=PmPjPhP管道总压降，KPa；Pm管道摩擦阻力，KPa；Pj管道局部阻力，KPa；Ph浆液水平高差阻力降，KPa其中Pm、Pj和Ph计算公式如下：Pm=Lu2/（2di）Pj=u2/Ph=gh/1000管道摩擦系数，无量纲；L直管长度，m；浆液密度，Kg/m3；局部阻力系数（包括弯头、三通、阀门、孔板、膨胀节及设备进出口等）之和，无量纲；h浆液水平高差，m；g重力加速度，9.8m/s2；如计算所得管道压力降P太大，超过了工艺系统所能承受范围，则必须增大管径或缩小抬升高度以减少阻力（有些场所，管道浆液落差是作为势能处理，则落差越高越有利）。3.4 坡度规定泵管线（带压）系统中管线坡度推荐按如下规定执行：对于不不小于30含固量浆液管，坡度为50mm/m；对于3050含固量浆液管，坡度为100mm/m；对于不小于50含固量浆液管，坡度为200mm/m。重力流（无压）管线坡度推荐按如下规定执行：对于不不小于10含固量浆液管，坡度为50mm/m；对于1030含固量浆液管，坡度为100mm/m；对于3050含固量浆液管，坡度为200mm/m；对于不小于50含固量浆液管，坡度为300mm/m。一般管道坡度均由高处一路向下坡至最底点，以利于浆液排空。对于较长距离管线输送（如综合管廊等），考虑到布置困难，在设置管道冲洗和人工清理（如导淋）条件下可以减少坡度规定，如23等。3.5 管廊布置确定管廊基本方案原因诸多：首先是吸取塔及公用系统所处位置，一般状况下管廊由公用系统出发，到吸取塔结束；另一方面是管廊周围地形地貌，如厂区道路、周围建构筑物位置、厂区地平面坡向及电厂原有管廊布置等等。管廊布置原则以能联络尽量多设备（或箱罐）为宜，并且布置时管廊尽量地短而直。一般状况下，管廊平行或垂直于马路，管廊土建立柱外缘离道路边至少1米。管廊一般由L形、T形、U形和形等构成。管廊宽度重要由管道数量及管径大小确定，并考虑一定予留宽度（2025%），管廊布置还要给电缆桥架予留位置，管廊宽度一般不超过3m；场地不够时，管廊可以考虑多层布置，如双层或3层布置；管廊一般在首尾段管道密度减少，必要时可以减少首尾段管廊宽度或层数；管廊柱距是由敷设在其上管道因垂直荷载所产生弯曲应力和挠度决定，一般为57m，特殊状况（如跨马路）则可设置挑架以减少跨距；管廊最底层管道在人通行处管底标高不适宜不不小于2.2m，车通行处管底标高不适宜不不小于4.5m；管廊坡度规定一般选为23，特殊状况可不设坡度，但浆液管道必须设置冲洗水；对于双层管廊，上下层之间距离一般为5001200mm，上下层高差重要取决于管道直径、支架形式（如直接用抱箍固定在横梁上并统一坡向则可以大大缩小两层间高差）及管道坡度；管架可以就地运用既有建构筑物，如建筑物立柱、横梁、烟道支架等。对于多层管廊，一般气体管道、热管道布置在上层，浆液管道、粗重管道布置在下层，电缆一般布置在最上层，尽量做到条理清晰并且增长管廊稳定性；管廊在T形交叉处或设备进出处一般布置有较多阀门，应设置操作平台，平台宜位于管道上方；当泵布置在管廊下方时，管廊下层应留有供管道穿越所需空隙。3.6 阀门选型及布置阀门重要功能是接通或截断流体通路、调整和节流、调整压力及释放过剩压力和防止倒流等。蝶阀具有尺寸小、重量轻及开闭迅速特点，并有一定调整功能。由于蝶阀阀板运动带有擦拭性，故大多数蝶阀可用于带悬浮固体颗粒介质，用在浆液管道中蝶阀有衬胶蝶阀和合金钢蝶阀等。蝶阀构造长度和总体高度较小，启动和关闭速度快，在完全启动时，具有较小流体阻力，比较合用脱硫浆液（低压流体）系统。按连接型式蝶阀可分为法兰连接和对夹式连接。此外，蝶阀密封性较差，使用压力和工作温度范围小，有些规定严格场所不推荐使用蝶阀。隔阂阀（在浆液系统中最佳使用直通型阀门）是阀体内装有能产生挠性橡胶或塑料制成隔阂作为关闭件，并把阀体内腔与阀盖内膜隔开一种阀门。隔阂阀具有密封性好、流阻小及价格比较低等长处，但隔阂阀机械寿命较短。隔阂阀能使用于有腐蚀性、含硬质悬浮物介质，且可以安装在浆液管道任何位置。球阀是近年来被广泛采用阀门，它具有流体阻力小、构造简朴、密封可靠、合用范围广、操作灵活等长处。同步，球阀在全开全闭时，球体和密封圈密封面与介质隔离，高速通过阀门介质不会浸蚀密封面，增长了球阀使用寿命。球阀可以使用在浆液管道中。 在石膏排出去一级旋流器进料管道上及石灰石浆液进吸取塔管道上还要用到电动调整阀，该调整阀必须有防腐功能。止回阀仅用在水和空气管道中，止回阀不应使用在浆液系统中。北高峰电力设计企业在给洛阳伊川龙泉坑口自备发电有限企业2300MW机组烟气脱硫工程及安徽安庆皖江发电有限责任企业2300MW机组烟气脱硫项目设计中所有接触浆液管道基本上选用隔阂阀和蝶阀两种阀门。冲洗和排放阀门和浆液环路给料/隔离阀门应尽量靠近主管道以防止堵塞；一般状况下，在人难以操作到地方或常常要使用阀门最佳采用电动或气动执行机构；所有阀门安装位置均应便于操作、维护和检修，安装位置过高阀门应设置操作平台；阀门相邻布置时，手轮间净距不适宜不不小于100mm；对于水平布置阀门，执行机构及阀杆不应低于水平管道，阀门阀杆不应朝下；立管上阀门手轮安装高度宜为1.21.5m；蝶阀在安装时，阀瓣要停在关闭位置上，并应注意使阀板下部在阀门在启动时朝介质流动方向旋转。3.7 支吊架布置一般认为，一次应力大小是衡量管系能否稳定安全运行原则之一。一次应力是由管道内压和持续外载（包括自重）作用产生应力，一次应力过大，则管系也许会被破坏。管道应力和支架承受荷载大小可以通过设置支架加以调整，支吊架设置对管系一次应力大小有着直接关系。二次应力是由管系热变形和其他位移受约束而引起，也就是二次应力是由固定支架及限位支架引起，由于浆液管道均为常温（4050）管道，浆液管道二次应力一般不予考虑。浆液管道中常用支架形式有：固定支架、滑动支架、导向支架、刚性吊架及限位支架五种。浆液管道支吊架选用原则：按照支承点所承受荷载大小和方向、管道位移状况、与否保温、管道材质等条件选用合适支吊架；为便于成批生产，设计时应尽量选用原则管卡、管托和管吊；浆液管道因严禁焊接规定，与管道直接接触面一般使用卡箍（焊接型支架必须先焊接再返厂内衬胶）；当管道底部与支撑面有高差时一般用钢管加钢板垫高；当管道在支承点处不得有位移时，应选用固定支架；当2根以上管道并排布置时，推荐共用横旦并各自用卡箍固定。综合管架在管道有坡度时，一般土建支架仍就统一标高，以利于土建设计及土建施工，在管道安装时运用钢管加钢板垫高措施设置坡度；也可以采用在土建立柱侧予埋钢板，在管道安装时现场设置槽钢横旦，所有管道直接搁在横旦上并用卡箍固定。北高峰电力设计企业在安徽安庆皖江发电有限责任企业2300MW机组烟气脱硫项目设计中管廊就是采用背面措施，它好处是管廊整洁美观、节省支吊架材料、管道层与层之间高差小，缺陷是管道有诸多液袋，需增设诸多导淋。浆液管道支吊架布点原则：首先要满足管道最大容许跨距规定；在有集中载荷时，支点要尽量靠近集中载荷，以减少偏心荷载和弯曲应力；在敏感设备（泵、膨胀节等）附近，应设置支架以防止管道荷载作用于设备；尽量运用既有建构筑物梁柱作为生根点。 支架跨距应根据管径大小及流体密度按照有关规范或手册查取，也可以按照下面公式计算：L1=0.22(EtI/q)1/4 ；按刚度条件L2=(W/q)1/2 ；按强度条件Lmax=min(L1, L2) ；容许跨距Lmax容许跨距，m；L1由刚度条件决定跨距，m；L2由强度条件决定跨距，m；Et管材在设计温度下弹性模数，MPa；I管道扣除腐蚀裕度及负偏差后断面惯性距，cm4；q每米管道质量（包括裸管、保温层及介质），Kg/m；W管道扣除腐蚀裕度及负偏差后断面抗弯模数，cm3；管材在设计温度下许用应力，MPa；对于末端直管容许跨距应为计算值0.70.8倍；对于水平管道弯管部分，其两支架间管道展开长度应为水平直管跨距计算值0.60.7倍。3.8 浆液管道设计易错点石灰石-石膏湿法烟气脱硫在国内已经非常成熟，也涌现了诸多大脱硫企业，如武汉凯迪、中国华电、北京博奇、浙江天地、浙大网新、国电龙源等等，北高峰电力设计企业参与了上述诸多企业脱硫设计，积累了丰富设计经验。根据以往脱硫工程设计，接下来总结几条新手轻易在浆液管道设计中犯错误：旋流器溢流是无压自流管道，新手往往为了节省管道材料，在满足流速状况下，溢流口加大小头缩小管径让其溢流至吸取塔，导致溢流不畅；旋流器溢流去吸取塔是无压自流，没有动力，布管时一定要“步步低”，否则旋流器会溢出；密度计是一种比较“娇贵”元件，要单独设置一路冲洗水，新手往往会遗漏；此外，浆液密度计宜布置在垂直管道上，以防堵；吸取塔喷淋管进口不是吸取塔自身予留口，而是从予留口中伸出双法兰FRP口（喷淋管自带），有些新手往往接错接口；同样问题尚有除雾器冲洗水接口、氧化空气管接口等； 一般浆液管道公称压力选为PN1.0MPa，不过循环泵进口管与大蝶阀相配法兰一般为PN0.6 MPa，一定要引起注意，否则该大衬胶管作废，还要影响工期；循环浆液立管限位支架在吸取塔壁予埋拉杆耳件时要注意相邻两循环浆液立管拉杆不要打架，最佳两相邻限位点上下错位；在布置吸取塔液侧管道时，不要将吸取塔楼梯挡住，否则修改起来很麻烦；小浆液泵出口大小头最佳用不锈钢或加大一级尺寸，否则大小头小口去掉衬胶厚度后尺寸很小，导致浆液流速很大，轻易导致磨损； 箱罐及管道排净口要45顺流斜入地沟，以防止浆液冲刷地沟鳞片；真空皮带机底盘排水管至少DN200，并设坡度，以防堵塞；管道穿楼板处一定要予留开孔，开孔大小要满足管道法兰进出，否则给施工带来麻烦；真空泵排汽管在墙外排汽口要向上开，并加雨帽，否则未来凝结水会滴到马路上或墙上，影响美观和路人通行；真空皮带脱水机汽液分离器疏水管进入滤液水箱深度必须低于滤液箱最低液位，否则，真空将被破坏；吸取塔高高液位位于烟气入口烟道底部下300mm，溢流管高点（即最高管道内底部）必须与吸取塔高高液位持平。此外，溢流管高点还应设置排空管以防止倒虹吸现象。所有浆液管道、浆液泵在停运或切换后，应执行如下操作：先打开排空阀，然后再打开冲洗阀门进行冲洗。为保证冲洗效果，排空阀应尽量靠近箱体，离冲洗阀门尽量远。防止管段成为死区无法冲洗到，形成堆积。4 浆液管道设计规范及手册浆液管道设计时所要应用到规范如下：火电厂烟气脱硫工程技术规范石灰石/石灰-石膏法HJ/T179火力发电厂烟气脱硫设计技术规程DL/T5196火力发电厂汽水管道设计技术规定DL/T5054火力发电厂保温油漆设计规程DL/T5072工业金属管道设计规范GB50316钢制对焊无缝钢管GB12459电力工程制图原则DL5028浆液管道设计时所要应用到手册如下：火力发电厂汽水管道零件及部件经典设计石油化工装置工艺管道安装设计手册简要管道支架计算及构造手册火力发电厂汽水管道支吊架设计手册5 结论总之，烟气脱硫浆液管道具有易磨损、易腐蚀及易堵塞等特点（在寒冷地区浆液管道还要设置保温或伴热措施，在此不作详细讨论），在管道选材及布置设计时既要考虑到一般流体管道多种规范及通用规定，又要考虑到浆液管道特殊性，以合理布置来保证烟气脱硫系统正常运行。此外，浆液管道及其管件在详细施工图设计之初要有基本对数量记录，而浆液阀门更要有精确规格及数量记录，以供招标之用。又由于浆液管道在工厂制作需要较长施工周期（制造厂家施工图分解、管道采购、分段及防腐加工等），因此，浆液管道图一定要提前设计、提前供图，以满足施工工期规定。