電廠煙氣脫硫漿液管道設(shè)計總結(jié)

電廠煙氣脫硫漿液管道設(shè)計總結(jié)[摘要]石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝在國內(nèi)外已經(jīng)非常成熟，同時國內(nèi)也涌現(xiàn)了很多脫硫總包公司及專業(yè)脫硫設(shè)計公司。漿液（石灰石漿液和石膏漿液）管道設(shè)計工作量在濕法煙氣脫硫工藝設(shè)計中至少占60%的比例，重要性不言而喻。漿液管道與火電廠一般汽水管道的設(shè)計有很大的區(qū)別。漿液管道具有易磨損、易腐蝕及易堵塞等特點，在管道選材及布置設(shè)計時既要滿足一般流體管道設(shè)計的各種規(guī)范及通用要求，同時更要考慮到漿液管道在流程設(shè)計、布置設(shè)計、選材、流速計算、坡度設(shè)計、閥門及管件選型、支吊架選型等方面的特殊性。

[關(guān)鍵詞]漿液管道；介質(zhì)特點；設(shè)計；技巧

1前言

目前國內(nèi)使用十分成熟的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫具有脫硫效率高、適應(yīng)煤種廣、脫硫劑價格便宜且采購方便、技術(shù)成熟可靠及裝置運行穩(wěn)定等特點，該濕法工藝適用于不同類型、不同規(guī)格的火電廠鍋爐及其它燃煤鍋爐，也是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝（占所有脫硫工藝的80%左右）。濕法工藝涉及到的管道主要分為以下幾類：煙道、漿液管道、汽水管道、空氣管道。其中的漿液管道是以往電力工程設(shè)計中所沒有的，它是水和固體顆粒物兩種介質(zhì)流的管道，它具有普通流體管道幾乎所有特性，同時又具有易磨損、易腐蝕及易堵塞等普通流體管道所沒有的特點，特別是在管道啟動、運行、停止等狀態(tài)時，如果設(shè)計得不合理，就會造成沉積甚至堵塞。正是由于后面的幾個特征決定了漿液管道在設(shè)計時與普通流體管道的巨大區(qū)別。

2漿液管道介質(zhì)特點

濕法煙氣脫硫漿液管道，具有普通流體管道幾乎所有特性，同時由于漿液管道內(nèi)介質(zhì)為石灰石粉或石膏粉等細小顆粒同水的混合物，并夾雜著部分氯離子（20000ppm以內(nèi)）和重金屬離子，使得漿液管道具有易磨損、易腐蝕及易堵塞等特點。

2.1磨損性

漿液的磨損性是指漿液中固體顆粒（特別是硅酸鹽類）對被磨損材料的撞擊及破壞。濕法煙氣脫硫漿液介質(zhì)主要由石灰石（CaCO3）顆粒（含有少量SiO2）、石膏（CaSO4?2H2O）顆粒和水組成，表3-1為北高峰電力工程設(shè)計公司設(shè)計的某電廠2×300MW機組煙氣脫硫工程中部分漿液的成分：

從表2-1可以看出，漿液的含固量一般為4.0%~50%。石灰石漿液顆粒直徑取決于石灰石粉的目數(shù)，按照低標準250目的要求衡量，則石灰石漿液顆粒的直徑一般小于60μm，而石膏顆粒粒徑也大多小于100μm。在較高的流速(3m/s以上)時，這些顆粒會對管道內(nèi)壁產(chǎn)生嚴重的磨損或沖蝕。

2.2腐蝕性

因漿液具有弱酸性，并且還夾雜著部分氯離子和氟離子，這些物質(zhì)會與碳鋼管壁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使鋼管腐蝕，直至爛穿，影響脫硫裝置的使用壽命。主要反應(yīng)式為：4Fe＋SO42-＋4H2O=FeS＋3Fe(OH)2＋2OH-

另外，Cl-比氧更容易吸附在金屬表面，并把氧排擠掉，從而使金屬的鈍化狀態(tài)遭到局部破壞而發(fā)生孔蝕，某些不銹鋼材料也難以避免。漿液對金屬管的腐蝕形式有：點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕、電化腐蝕等等。

防止腐蝕的最佳方法是阻止?jié){液與金屬面接觸，如襯膠（目前應(yīng)用較廣泛的為丁基橡膠）或襯塑。

2.3易堵塞性

濕法煙氣脫硫漿液管道為兩相流。兩相流的特點是流速一定要控制在合適的范圍之內(nèi)。流速高了易產(chǎn)生磨損并大大增加管道阻力，而流速低了則會產(chǎn)生沉積，縮小管道的流通面，直至堵塞整根管道。漿液管道的易堵塞還表現(xiàn)在沉積物長期不清理會導(dǎo)致硬化結(jié)塊，最終整根管道報廢。

對于含有弱堿性（含Ca2-）的管道還有容易結(jié)垢的特點，不管流速如何，長期運行均會導(dǎo)致管道

對于10～30％含固量的漿液管，坡度為100mm/m；

對于30～50％含固量的漿液管，坡度為200mm/m；

對于大于50％含固量的漿液管，坡度為300mm/m。

一般管道坡度均由高處一路向下坡至最底點，以利于漿液排空。

對于較長距離管線輸送（如綜合管廊等），考慮到布置困難，在設(shè)置管道沖洗和人工清理（如導(dǎo)淋）的條件下可以降低坡度要求，如2~3‰等。

3.5管廊布置

確定管廊基本方案的因素很多：首先是吸收塔及公用系統(tǒng)所處的位置，一般情況下管廊由公用系統(tǒng)出發(fā)，到吸收塔結(jié)束；其次是管廊周圍的地形地貌，如廠區(qū)道路、周圍建構(gòu)筑物的位置、廠區(qū)地平面的坡向及電廠原有管廊的布置等等。

管廊的布置原則以能聯(lián)系盡量多的設(shè)備（或箱罐）為宜，并且布置時管廊盡量地短而直。一般情況下，管廊平行或垂直于馬路，管廊土建立柱的外緣離道路邊至少1米。管廊一般由L形、T形、U形和π形等組成。

管廊的寬度主要由管道的數(shù)量及管徑大小確定，并考慮一定的予留寬度（20~25%），管廊布置還要給電纜橋架予留位置，管廊的寬度一般不超過3m；場地不夠時，管廊可以考慮多層布置，如雙層或3層布置；管廊一般在首尾段管道密度減少，必要時可以減少首尾段管廊的寬度或?qū)訑?shù)；管廊的柱距是由敷設(shè)在其上的管道因垂直荷載所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和撓度決定的，通常為5~7m，特殊情況（如跨馬路）則可設(shè)置挑架以減少跨距；管廊最底層管道在人通行處管底標高不宜小于2.2m，車通行處管底標高不宜小于4.5m；管廊的坡度要求一般選為2~3‰，特殊情況可不設(shè)坡度，但漿液管道必須設(shè)置沖洗水；對于雙層管廊，上下層之間的距離一般為500~1200mm，上下層高差主要取決于管道直徑、支架形式（如直接用抱箍固定在橫梁上并統(tǒng)一坡向則可以大大縮小兩層間的高差）及管道坡度；管架可以就地利用現(xiàn)有建構(gòu)筑物，如建筑物的立柱、橫梁、煙道支架等。

對于多層管廊，通常氣體管道、熱的管道布置在上層，漿液管道、粗重的管道布置在下層，電纜一般布置在最上層，盡量做到條理清楚并且增加管廊的穩(wěn)定性；管廊在T形交叉處或設(shè)備進出處通常布置有較多的閥門，應(yīng)設(shè)置操作平臺，平臺宜位于管道的上方；當(dāng)泵布置在管廊下方時，管廊的下層應(yīng)留有供管道穿越所需的空隙。

3.6閥門選型及布置

閥門的主要功能是接通或截斷流體通路、調(diào)節(jié)和節(jié)流、調(diào)節(jié)壓力及釋放過剩壓力和防止倒流等。

蝶閥具有尺寸小、重量輕及開閉迅速的特點，并有一定的調(diào)節(jié)功能。由于蝶閥閥板的運動帶有擦拭性，故大多數(shù)蝶閥可用于帶懸浮固體顆粒的介質(zhì)，用在漿液管道中的蝶閥有襯膠蝶閥和合金鋼蝶閥等。蝶閥的結(jié)構(gòu)長度和總體高度較小，開啟和關(guān)閉速度快，在完全開啟時，具有較小的流體阻力，比較適用脫硫漿液（低壓流體）系統(tǒng)。按連接型式蝶閥可分為法蘭連接和對夾式連接。另外，蝶閥密封性較差，使用壓力和工作溫度范圍小，有些要求嚴格的場合不推薦使用蝶閥。

隔膜閥（在漿液系統(tǒng)中最好使用直通型閥門）是閥體內(nèi)裝有能產(chǎn)生撓性的橡膠或塑料制成的隔膜作為關(guān)閉件，并把閥體內(nèi)腔與閥蓋內(nèi)膜隔開的一種閥門。隔膜閥具有密封性好、流阻小及價格比較低等優(yōu)點，但隔膜閥機械壽命較短。隔膜閥能使用于有腐蝕性的、含硬質(zhì)懸浮物的介質(zhì)，且可以安裝在漿液管道的任何位置。

球閥是近年來被廣泛采用的閥門，它具有流體阻力小、結(jié)構(gòu)簡單、密封可靠、適用范圍廣、操作靈活等優(yōu)點。同時，球閥在全開全閉時，球體和密封圈的密封面與介質(zhì)隔離，高速通過閥門的介質(zhì)不會浸蝕密封面，增加了球閥的使用壽命。球閥可以使用在漿液管道中。

在石膏排出去一級旋流器進料管道上及石灰石漿液進吸收塔管道上還要用到電動調(diào)節(jié)閥，該調(diào)節(jié)閥必須有防腐功能。

止回閥僅用在水和空氣管道中，止回閥不應(yīng)使用在漿液系統(tǒng)中。

北高峰電力設(shè)計公司在給洛陽伊川龍泉坑口自備發(fā)電有限公司2×300MW機組煙氣脫硫工程及安徽安慶皖江發(fā)電有限責(zé)任公司2×300MW機組煙氣脫硫項目設(shè)計中所有接觸漿液的管道基本上選用隔膜閥和蝶閥兩種閥門。

沖洗和排放的閥門和漿液環(huán)路的給料/隔離的閥門應(yīng)盡可能靠近主管道以避免堵塞；一般情況下，在人難以操作到的地方或經(jīng)常要使用的閥門最好采用電動或氣動執(zhí)行機構(gòu)；所有閥門的安裝位置均應(yīng)便于操作、維護和檢修，安裝位置過高的閥門應(yīng)設(shè)置操作平臺；閥門相鄰布置時，手輪間的凈距不宜小于100mm；對于水平布置的閥門，執(zhí)行機構(gòu)及閥桿不應(yīng)低于水平管道，閥門的閥桿不應(yīng)朝下；立管上閥門手輪的安裝高度宜為1.2~1.5m；蝶閥在安裝時，閥瓣要停在關(guān)閉的位置上，并應(yīng)注意使閥板下部在閥門在開啟時朝介質(zhì)流動方向旋轉(zhuǎn)。

3.7支吊架布置

一般認為，一次應(yīng)力的大小是衡量管系能否穩(wěn)定安全運行的標準之一。一次應(yīng)力是由管道內(nèi)壓和持續(xù)外載（包括自重）作用產(chǎn)生的應(yīng)力，一次應(yīng)力過大，則管系可能會被破壞。管道應(yīng)力和支架承受荷載的大小可以通過設(shè)置支架加以調(diào)整，支吊架的設(shè)置對管系一次應(yīng)力的大小有著直接的關(guān)系。二次應(yīng)力是由管系熱變形和其它位移受約束而引起的，也就是二次應(yīng)力是由固定支架及限位支架引起的，由于漿液管道均為常溫（40℃~50℃）管道，漿液管道二次應(yīng)力一般不予考慮。漿液管道中常用的支架形式有：固定支架、滑動支架、導(dǎo)向支架、剛性吊架及限位支架五種。

漿液管道支吊架選用原則：按照支承點所承受的荷載大小和方向、管道的位移情況、是否保溫、管道的材質(zhì)等條件選用合適的支吊架；為便于成批生產(chǎn)，設(shè)計時應(yīng)盡量選用標準管卡、管托和管吊；漿液管道因禁止焊接的要求，與管道直接接觸面一般使用卡箍（焊接型支架必須先焊接再返廠內(nèi)襯膠）；當(dāng)管道底部與支撐面有高差時一般用鋼管加鋼板墊高；當(dāng)管道在支承點處不得有位移時，應(yīng)選用固定支架；當(dāng)2根以上管道并排布置時，推薦共用橫旦并各自用卡箍固定。

綜合管架在管道有坡度時，一般土建支架仍就統(tǒng)一標高，以利于土建設(shè)計及土建施工，在管道安裝時利用鋼管加鋼板墊高的方法設(shè)置坡度；也可以采用在土建立柱側(cè)予埋鋼板，在管道安裝時現(xiàn)場設(shè)置槽鋼橫旦，所有管道直接擱在橫旦上并用卡箍固定。北高峰電力設(shè)計公司在安徽安慶皖江發(fā)電有限責(zé)任公司2×300MW機組煙氣脫硫項目設(shè)計中的管廊就是采用后面的方法，它的好處是管廊整齊美觀、節(jié)省支吊架材料、管道層與層之間的高差小，缺點是管道有很多液袋，需增設(shè)很多導(dǎo)淋。

漿液管道支吊架布點原則：首先要滿足管道最大允許跨距的要求；在有集中載荷時，支點要盡量靠近集中載荷，以減少偏心荷載和彎曲應(yīng)力；在敏感設(shè)備（泵、膨脹節(jié)等）附近，應(yīng)設(shè)置支架以防止管道荷載作用于設(shè)備；盡可能利用現(xiàn)有建構(gòu)筑物的梁柱作為生根點。

支架跨距應(yīng)根據(jù)管徑大小及流體密度按照有關(guān)規(guī)范或手冊查取，也可以按照下面的公式計算：

L1=0.22(Et?I/q)1/4；按剛度條件

L2=([σ]?W/q)1/2；按強度條件

Lmax=min(L1,L2)；允許跨距

Lmax——允許跨距，m；

L1——由剛度條件決定的跨距，m；

L2——由強度條件決定的跨距，m；

Et——管材在設(shè)計溫度下的彈性模數(shù)，MPa；

I——管道扣除腐蝕裕度及負偏差后的斷面慣性距，cm4；

q——每米管道的質(zhì)量（包括裸管、保溫層及介質(zhì)），Kg/m；

W——管道扣除腐蝕裕度及負偏差后的斷面抗彎模數(shù)，cm3；

[σ]——管材在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa；

對于末端直管的允許跨距應(yīng)為計算值的0.7~0.8倍；對于水平管道的彎管部分，其兩支架間的管道展開長度應(yīng)為水平直管跨距計算值的0.6~0.7倍。

3.8漿液管道設(shè)計易錯點

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫在國內(nèi)已經(jīng)非常成熟，也涌現(xiàn)了很多大的脫硫公司，如武漢凱迪、中國華電、北京博奇、浙江天地、浙大網(wǎng)新、國電龍源等等，北高峰電力設(shè)計公司參與了上述很多公司的脫硫設(shè)計，積累了豐富的設(shè)計經(jīng)驗。根據(jù)以往的脫硫工程設(shè)計，接下來總結(jié)幾條新手容易在漿液管道設(shè)計中犯的錯誤：

——旋流器溢流是無壓自流管道，新手往往為了節(jié)約管道材料，在滿足流速的情況下，溢流口加大小頭縮小管徑讓其溢流至吸收塔，造成溢流不暢；

——旋流器溢流去吸收塔是無壓自流，沒有動力，布管時一定要“步步低”，否則旋流器會溢出；

——密度計是一個比較“嬌貴”的元件，要單獨設(shè)置一路沖洗水，新手往往會遺漏；另外，漿液密度計宜布置在垂直管道上，以防堵；

——吸收塔噴淋管進口不是吸收塔本身的予留口，而是從予留口中伸出的雙法蘭FRP口（噴淋管自帶），有些新手往往接錯接口；同樣問題的還有除霧器沖洗水接口、氧化空氣管接口等；

——一般漿液管道公稱壓力選為PN1.0MPa，但是循環(huán)泵進口管與大蝶閥相配的法蘭一般為PN0.6MPa，一定要引起注意，否則該大襯膠管作廢，還要影響工期；

——循環(huán)漿液立管限位支架在吸收塔壁予埋拉桿耳件時要注意相鄰兩循環(huán)漿液立管的拉桿不要打架，最好兩相鄰限位點上下錯位；

——在布置吸收塔液側(cè)管道時，不要將吸收塔樓梯擋住，否則修改起來很麻煩；

——小漿液泵出口大小頭最好用不銹鋼或加大一級尺寸，否則大小頭小口去掉襯膠厚度后尺寸很小，造成漿液流速很大，容易造成磨損；——箱罐及管道的排凈口要45°順流斜入地溝，以防止?jié){液沖刷地溝鱗片；

——真空皮帶機底盤排水管至少DN200，并設(shè)坡度，以防堵塞；

——管道穿樓板處一定要予留開孔，開孔大小要滿足管道法蘭進出，否則給施工帶來麻煩；

——真空泵排汽管在墻外排汽口要向上開，并加雨帽，否則將來凝結(jié)水會滴到馬路上或墻上，影響美觀和路人通行；

——真空皮帶脫水機汽液分離器的疏水管進入濾液水箱的深度必須低于濾液箱的最低液位，否則，真空將被破壞；

——吸收塔高－高液位位于煙氣入口煙道底部下300mm，溢流管的高點（即最高管道內(nèi)底部）必須與吸收塔高－高液位持平。另外，溢流管的高點還應(yīng)設(shè)置排空管以防止倒虹吸現(xiàn)象。

——所有的漿液管道、漿液泵在停運或切換后，應(yīng)執(zhí)行如下操作：先打開排空閥，然后再打開沖洗閥門進行沖洗。為保證沖洗效果，排空閥應(yīng)盡量靠近箱體，離沖洗閥門盡量遠。避免管段成為死區(qū)