電廠煙氣脫硫漿液管道設(shè)計(jì)總結(jié)

電廠煙氣脫硫漿液管道設(shè)計(jì)總結(jié)[摘要]石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)非常成熟，同時(shí)國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)了很多脫硫總包公司及專業(yè)脫硫設(shè)計(jì)公司。漿液（石灰石漿液和石膏漿液）管道設(shè)計(jì)工作量在濕法煙氣脫硫工藝設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)，在管道選材及布置設(shè)計(jì)時(shí)既要滿足一般流體管道設(shè)計(jì)的各種規(guī)范及通用要求，同時(shí)更要考慮到漿液管道在流程設(shè)計(jì)、布置設(shè)計(jì)、選材、流速計(jì)算、坡度設(shè)計(jì)、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(diǎn)；設(shè)計(jì)；技巧

1前言

目前國(guó)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(jià)格便宜且采購(gòu)方便、技術(shù)成熟可靠及裝置運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，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(guó)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(jì)中所沒(méi)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(shí)又具有易磨損、易腐蝕及易堵塞等普通流體管道所沒(méi)有的特點(diǎn)，特別是在管道啟動(dòng)、運(yùn)行、停止等狀態(tài)時(shí)，如果設(shè)計(jì)得不合理，就會(huì)造成沉積甚至堵塞。正是由于后面的幾個(gè)特征決定了漿液管道在設(shè)計(jì)時(shí)與普通流體管道的巨大區(qū)別。

2漿液管道介質(zhì)特點(diǎn)

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(shí)由于漿液管道內(nèi)介質(zhì)為石灰石粉或石膏粉等細(xì)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(diǎn)。

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(duì)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(jì)公司設(shè)計(jì)的某電廠2×300MW機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)，這些顆粒會(huì)對(duì)管道內(nèi)壁產(chǎn)生嚴(yán)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(huì)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(duì)金屬管的腐蝕形式有：點(diǎn)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(diǎn)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(huì)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(zhǎng)期不清理會(huì)導(dǎo)致硬化結(jié)塊，最終整根管道報(bào)廢。

對(duì)于含有弱堿性（含Ca2-）的管道還有容易結(jié)垢的特點(diǎn)，不管流速如何，長(zhǎng)期運(yùn)行均會(huì)導(dǎo)致管道

對(duì)于10～30％含固量的漿液管，坡度為100mm/m；

對(duì)于30～50％含固量的漿液管，坡度為200mm/m；

對(duì)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(diǎn)，以利于漿液排空。

對(duì)于較長(zhǎng)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(shí)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(guò)3m；場(chǎng)地不夠時(shí)，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(shí)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(biāo)高不宜小于2.2m，車通行處管底標(biāo)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(duì)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(duì)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(jìn)出處通常布置有較多的閥門，應(yīng)設(shè)置操作平臺(tái)，平臺(tái)宜位于管道的上方；當(dāng)泵布置在管廊下方時(shí)，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?cái)嗔黧w通路、調(diào)節(jié)和節(jié)流、調(diào)節(jié)壓力及釋放過(guò)剩壓力和防止倒流等。

蝶閥具有尺寸小、重量輕及開(kāi)閉迅速的特點(diǎn)，并有一定的調(diào)節(jié)功能。由于蝶閥閥板的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度和總體高度較小，開(kāi)啟和關(guān)閉速度快，在完全開(kāi)啟時(shí)，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(duì)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(yán)格的場(chǎng)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(kāi)的一種閥門。隔膜閥具有密封性好、流阻小及價(jià)格比較低等優(yōu)點(diǎn)，但隔膜閥機(jī)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(lái)被廣泛采用的閥門，它具有流體阻力小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封可靠、適用范圍廣、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，球閥在全開(kāi)全閉時(shí)，球體和密封圈的密封面與介質(zhì)隔離，高速通過(guò)閥門的介質(zhì)不會(huì)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(jí)旋流器進(jìn)料管道上及石灰石漿液進(jìn)吸收塔管道上還要用到電動(dòng)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(jì)公司在給洛陽(yáng)伊川龍泉坑口自備發(fā)電有限公司2×300MW機(jī)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(jī)組煙氣脫硫項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(dòng)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所有閥門的安裝位置均應(yīng)便于操作、維護(hù)和檢修，安裝位置過(guò)高的閥門應(yīng)設(shè)置操作平臺(tái)；閥門相鄰布置時(shí)，手輪間的凈距不宜小于100mm；對(duì)于水平布置的閥門，執(zhí)行機(jī)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(shí)，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(kāi)啟時(shí)朝介質(zhì)流動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)。

3.7支吊架布置

一般認(rèn)為，一次應(yīng)力的大小是衡量管系能否穩(wěn)定安全運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)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(guò)大，則管系可能會(huì)被破壞。管道應(yīng)力和支架承受荷載的大小可以通過(guò)設(shè)置支架加以調(diào)整，支吊架的設(shè)置對(duì)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(dòng)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(diǎn)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(jì)時(shí)應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)一般用鋼管加鋼板墊高；當(dāng)管道在支承點(diǎn)處不得有位移時(shí)，應(yīng)選用固定支架；當(dāng)2根以上管道并排布置時(shí)，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(shí)，一般土建支架仍就統(tǒng)一標(biāo)高，以利于土建設(shè)計(jì)及土建施工，在管道安裝時(shí)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(shí)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)公司在安徽安慶皖江發(fā)電有限責(zé)任公司2×300MW機(jī)組煙氣脫硫項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)，支點(diǎn)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(diǎn)。

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(cè)查取，也可以按照下面的公式計(jì)算：

L1=0.22(Et?I/q)1/4；按剛度條件

L2=([σ]?W/q)1/2；按強(qiáng)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(qiáng)度條件決定的跨距，m；

Et——管材在設(shè)計(jì)溫度下的彈性模數(shù)，MPa；

I——管道扣除腐蝕裕度及負(fù)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(fù)偏差后的斷面抗彎模數(shù)，cm3；

[σ]——管材在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；

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

3.8漿液管道設(shè)計(jì)易錯(cuò)點(diǎn)

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫在國(guó)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(guó)華電、北京博奇、浙江天地、浙大網(wǎng)新、國(guó)電龍?jiān)吹鹊?，北高峰電力設(shè)計(jì)公司參與了上述很多公司的脫硫設(shè)計(jì)，積累了豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)以往的脫硫工程設(shè)計(jì)，接下來(lái)總結(jié)幾條新手容易在漿液管道設(shè)計(jì)中犯的錯(cuò)誤：

——旋流器溢流是無(wú)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(wú)壓自流，沒(méi)有動(dòng)力，布管時(shí)一定要“步步低”，否則旋流器會(huì)溢出；

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

——吸收塔噴淋管進(jìn)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(cuò)接口；同樣問(wèn)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(jìn)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(shí)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(diǎn)上下錯(cuò)位；

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

——小漿液泵出口大小頭最好用不銹鋼或加大一級(jí)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(jī)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(kāi)孔，開(kāi)孔大小要滿足管道法蘭進(jìn)出，否則給施工帶來(lái)麻煩；

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

——真空皮帶脫水機(jī)汽液分離器的疏水管進(jìn)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(diǎn)（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(diǎn)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(yùn)或切換后，應(yīng)執(zhí)行如下操作：先打開(kāi)排空閥，然后再打開(kāi)沖洗閥門進(jìn)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(yuǎn)。避免管段成為死區(qū)