论文部分内容阅读
【摘 要】针对湿法烟气脱硫浆液管道的介质特点，在设计浆液管道时既要满足普通低压流体管道设计的规定及要求，同时又要考虑到浆液管道的特殊性。本文就烟气脱硫浆液管道设计要求、管径计算及设计中容易出现的问题进行分析。
【关键词】烟气脱硫；管道设计；易错点
石灰石-石膏湿法烟气脱硫是目前国内使用十分成熟的技术，它具有脱硫效率高、适应煤种广、脱硫剂价格便宜且易采购、技术成熟及运行稳定等特点，该湿法工艺适用于不同类型、不同规格的火电厂锅炉及其它燃煤锅炉，也是目前应用最广泛的脱硫工艺。湿法烟气脱硫浆液管道，具有普通流体管道几乎所有特性，同时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的混合物，并夹杂着部分氯离子（20000ppm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。特别是在管道启动、运行、停止等状态时，如果设计得不合理，就会造成沉积甚至堵塞。
一、烟气脱硫浆液管道设计
1、设计要求
（1）浆液管道流程设计时的一般要求：应充分注意采用先进技术，合理利用装置内的能量，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，对再利用用户的系统材质和产品会造成不良影响，所以脱硫废水最好用作锅炉捞渣、冲灰、冲渣的补充水或煤场洒水等）；必须满足正常生产、开停工、安全和事故处理的要求，并应考虑维修要求和一定的操作灵活性；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，应有将装置内物料全部排出至事故浆罐的措施。
（2）浆液管道布置设计时的一般要求：应符合工艺设计要求；尽量布置成“步步高”或“步步低”，以避免液袋或“盲肠”，否则需要设置导淋点，或至少通过人工清除；先难后易，如先布置重要的、大管径的、浆液的管道，后布置细小的、次要的、轻的管道；管道布置应整齐有序，横平竖直，成组成排，便于支撑；纵向与横向的标高应错开，一般在改变方向的同时改变标高；管道最好架空或地上敷设，浆液管一般不允许地沟敷设或直埋；不妨碍设备、机泵、仪表和阀门的操作及维修；满足流量计、密度计及PH计等对管道的特殊要求；变径管件应紧靠需要变径的位置，以节约管材；管道应妥善支撑；人通行处管底标高不宜小于2.2m，车通行处管底标高不宜小于4.5m；并排布置管道法兰外缘之间的净距不宜小于25mm（无法兰管道为50mm），或保温层之间的净距不宜小于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；法兰的位置设置要满足安装螺栓的操作空间；管道一般应设坡度（坡度要求后面会详细展开说明）；浆液管道应远离电气设备及电缆桥架，无法避免的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的气蚀余量，一般至少为泵所需气蚀余量的1.2倍，泵吸入段应尽量短而直，泵入口的大小头应尽量靠近浆液泵。
2、管径计算
管道的设计应满足工艺对管道的要求，其流通能力应按正常生产条件下介质的最大流量考虑，其最大压力降应不超过工艺允许值，其流速应位于根据介质的特性所确定的安全流速范围内。
在以往普通流体管道（碳钢管）设计中，介质流速一般是0.6～4.0m/s，蒸汽流速最高可达90m/s。而浆液两相流管道的流速有特殊的要求（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）0.5
di——管内径，mm；
qv——体积流量，m3/h；
u——浆液流速，m/s。
由计算所得的di并按照典规或其它规范来选定公称直径DN。因为是低压流体，公称压力一般选为PN1.0或PN0.6（仅针对大管径，如DN≥400mm）。根据选定的DN再来计算管道压力降是否满足工艺要求，见下式：
ΔP=ΔPm+ΔPj+ΔPh
ΔP——管道总压降，KPa；
ΔPm——管道摩擦阻力，KPa；
ΔPj——管道局部阻力，KPa；
ΔPh——浆液水平高差阻力降，KPa
其中ΔPm、ΔPj和ΔPh的计算公式如下：
ΔPm=λLρu2/（2di）
ΔPj=Σξρu2/2000
ΔPh=ρgh/1000
λ——管道摩擦系数，无量纲；
L——直管长度，m；
ρ——浆液密度，Kg/m3；
Σξ——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；
如计算所得的管道压力降ΔP太大，超过了工艺系统所能承受的范围，则必须增大管径或缩小抬升高度以降低阻力（有些场合，管道浆液落差是作为势能处理的，则落差越高越有利）。
二、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，根据以往的脱硫工程设计，总结以下在浆液管道设计中出现的错误：
1、旋流器溢流是无压自流管道，新手往往为了节约管道材料，在满足流速的情况下，溢流口加大小头缩小管径让其溢流至吸收塔，造成溢流不畅；
2、旋流器溢流去吸收塔是无压自流，没有动力，布管时一定要“步步低”，否则旋流器会溢出；
3、密度计是一个比较“娇贵”的元件，要单独设置一路冲洗水，新手往往会遗漏；另外，浆液密度计宜布置在垂直管道上，以防堵；
4、吸收塔喷淋管进口不是吸收塔本身的予留口，而是从予留口中伸出的双法兰FRP口（喷淋管自带），有些新手往往接错接口；同样问题的还有除雾器冲洗水接口、氧化空气管接口等；
5、一般浆液管道公称压力选为PN1.0MPa，但是循环泵进口管与大蝶阀相配的法兰一般为PN0.6MPa，一定要引起注意，否则该大衬胶管作废，还要影响工期；
6、循环浆液立管限位支架在吸收塔壁予埋拉杆耳件时要注意相邻两循環浆液立管的拉杆不要打架，最好两相邻限位点上下错位；
7、在布置吸收塔液侧管道时，不要将吸收塔楼梯挡住，否则修改起来很麻烦；
8、小浆液泵出口大小头最好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，造成浆液流速很大，容易造成磨损；
9、箱罐及管道的排净口要45°顺流斜入地沟，以防止浆液冲刷地沟鳞片；
10、真空皮带机底盘排水管至少DN200，并设坡度，以防堵塞；
11、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；
12、真空泵排汽管在墙外排汽口要向上开，并加雨帽，否则将来凝结水会滴到马路上或墙上，影响美观和路人通行；
13、真空皮带脱水机汽液分离器的疏水管进入滤液水箱的深度必须低于滤液箱的最低液位，否则，真空将被破坏；
14、吸收塔高-高液位位于烟气入口烟道底部下300mm，溢流管的高点（即最高管道内底部）必须与吸收塔高-高液位持平。另外，溢流管的高点还应设置排空管以防止倒虹吸现象。
15、所有的浆液管道、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。避免管段成为死区无法冲洗到，形成堆积。
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普通流体管道的各种规范及通用要求，又要考虑到浆液管道的特殊性，以合理的布置来保证烟气脱硫系统的正常运行。
参考文献：
[1]《火电厂烟气脱硫工程技术规范·石灰石/石灰-石膏法》HJ/T179
[2]《火力发电厂烟气脱硫设计技术规程》DL/T5196
【关键词】烟气脱硫；管道设计；易错点
石灰石-石膏湿法烟气脱硫是目前国内使用十分成熟的技术，它具有脱硫效率高、适应煤种广、脱硫剂价格便宜且易采购、技术成熟及运行稳定等特点，该湿法工艺适用于不同类型、不同规格的火电厂锅炉及其它燃煤锅炉，也是目前应用最广泛的脱硫工艺。湿法烟气脱硫浆液管道，具有普通流体管道几乎所有特性，同时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的混合物，并夹杂着部分氯离子（20000ppm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。特别是在管道启动、运行、停止等状态时，如果设计得不合理，就会造成沉积甚至堵塞。
一、烟气脱硫浆液管道设计
1、设计要求
（1）浆液管道流程设计时的一般要求：应充分注意采用先进技术，合理利用装置内的能量，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，对再利用用户的系统材质和产品会造成不良影响，所以脱硫废水最好用作锅炉捞渣、冲灰、冲渣的补充水或煤场洒水等）；必须满足正常生产、开停工、安全和事故处理的要求，并应考虑维修要求和一定的操作灵活性；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，应有将装置内物料全部排出至事故浆罐的措施。
（2）浆液管道布置设计时的一般要求：应符合工艺设计要求；尽量布置成“步步高”或“步步低”，以避免液袋或“盲肠”，否则需要设置导淋点，或至少通过人工清除；先难后易，如先布置重要的、大管径的、浆液的管道，后布置细小的、次要的、轻的管道；管道布置应整齐有序，横平竖直，成组成排，便于支撑；纵向与横向的标高应错开，一般在改变方向的同时改变标高；管道最好架空或地上敷设，浆液管一般不允许地沟敷设或直埋；不妨碍设备、机泵、仪表和阀门的操作及维修；满足流量计、密度计及PH计等对管道的特殊要求；变径管件应紧靠需要变径的位置，以节约管材；管道应妥善支撑；人通行处管底标高不宜小于2.2m，车通行处管底标高不宜小于4.5m；并排布置管道法兰外缘之间的净距不宜小于25mm（无法兰管道为50mm），或保温层之间的净距不宜小于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；法兰的位置设置要满足安装螺栓的操作空间；管道一般应设坡度（坡度要求后面会详细展开说明）；浆液管道应远离电气设备及电缆桥架，无法避免的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的气蚀余量，一般至少为泵所需气蚀余量的1.2倍，泵吸入段应尽量短而直，泵入口的大小头应尽量靠近浆液泵。
2、管径计算
管道的设计应满足工艺对管道的要求，其流通能力应按正常生产条件下介质的最大流量考虑，其最大压力降应不超过工艺允许值，其流速应位于根据介质的特性所确定的安全流速范围内。
在以往普通流体管道（碳钢管）设计中，介质流速一般是0.6～4.0m/s，蒸汽流速最高可达90m/s。而浆液两相流管道的流速有特殊的要求（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）0.5
di——管内径，mm；
qv——体积流量，m3/h；
u——浆液流速，m/s。
由计算所得的di并按照典规或其它规范来选定公称直径DN。因为是低压流体，公称压力一般选为PN1.0或PN0.6（仅针对大管径，如DN≥400mm）。根据选定的DN再来计算管道压力降是否满足工艺要求，见下式：
ΔP=ΔPm+ΔPj+ΔPh
ΔP——管道总压降，KPa；
ΔPm——管道摩擦阻力，KPa；
ΔPj——管道局部阻力，KPa；
ΔPh——浆液水平高差阻力降，KPa
其中ΔPm、ΔPj和ΔPh的计算公式如下：
ΔPm=λLρu2/（2di）
ΔPj=Σξρu2/2000
ΔPh=ρgh/1000
λ——管道摩擦系数，无量纲；
L——直管长度，m；
ρ——浆液密度，Kg/m3；
Σξ——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；
如计算所得的管道压力降ΔP太大，超过了工艺系统所能承受的范围，则必须增大管径或缩小抬升高度以降低阻力（有些场合，管道浆液落差是作为势能处理的，则落差越高越有利）。
二、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，根据以往的脱硫工程设计，总结以下在浆液管道设计中出现的错误：
1、旋流器溢流是无压自流管道，新手往往为了节约管道材料，在满足流速的情况下，溢流口加大小头缩小管径让其溢流至吸收塔，造成溢流不畅；
2、旋流器溢流去吸收塔是无压自流，没有动力，布管时一定要“步步低”，否则旋流器会溢出；
3、密度计是一个比较“娇贵”的元件，要单独设置一路冲洗水，新手往往会遗漏；另外，浆液密度计宜布置在垂直管道上，以防堵；
4、吸收塔喷淋管进口不是吸收塔本身的予留口，而是从予留口中伸出的双法兰FRP口（喷淋管自带），有些新手往往接错接口；同样问题的还有除雾器冲洗水接口、氧化空气管接口等；
5、一般浆液管道公称压力选为PN1.0MPa，但是循环泵进口管与大蝶阀相配的法兰一般为PN0.6MPa，一定要引起注意，否则该大衬胶管作废，还要影响工期；
6、循环浆液立管限位支架在吸收塔壁予埋拉杆耳件时要注意相邻两循環浆液立管的拉杆不要打架，最好两相邻限位点上下错位；
7、在布置吸收塔液侧管道时，不要将吸收塔楼梯挡住，否则修改起来很麻烦；
8、小浆液泵出口大小头最好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，造成浆液流速很大，容易造成磨损；
9、箱罐及管道的排净口要45°顺流斜入地沟，以防止浆液冲刷地沟鳞片；
10、真空皮带机底盘排水管至少DN200，并设坡度，以防堵塞；
11、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；
12、真空泵排汽管在墙外排汽口要向上开，并加雨帽，否则将来凝结水会滴到马路上或墙上，影响美观和路人通行；
13、真空皮带脱水机汽液分离器的疏水管进入滤液水箱的深度必须低于滤液箱的最低液位，否则，真空将被破坏；
14、吸收塔高-高液位位于烟气入口烟道底部下300mm，溢流管的高点（即最高管道内底部）必须与吸收塔高-高液位持平。另外，溢流管的高点还应设置排空管以防止倒虹吸现象。
15、所有的浆液管道、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。避免管段成为死区无法冲洗到，形成堆积。
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普通流体管道的各种规范及通用要求，又要考虑到浆液管道的特殊性，以合理的布置来保证烟气脱硫系统的正常运行。
参考文献：
[1]《火电厂烟气脱硫工程技术规范·石灰石/石灰-石膏法》HJ/T179
[2]《火力发电厂烟气脱硫设计技术规程》DL/T5196