某大型煤化工项目除盐水及凝液精制站设计总结

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：某大型煤化工基地配套新建一大型除盐水及凝液精制站为各装置及动力站提供除盐水。文章介绍了该除盐水及凝液精制站工艺流程，主要设计原则及优化设计措施等，并根据工程建设及运行中的问题，总结了相关设计经验。
　　关键词：除盐水站;凝液精制;水处理;设计总结
　　Abstract： A new large demineralized water and condensate polishing station was built in a large coal chemical project base to provide demineralized water for each chemical unit and power station. This article introduces the process flow， main design principles and optimum design measures of the demineralized water and condensate polishing treatment station， and summarizes the relevant design experience according to the problems in the construction and operation of the project.
　　1 工程概况
　　某大型煤化工项目主要由空分、煤气化、CO变换、酸性气体脱除、硫回收、油品合成、油品加工、甲醇合成等工艺装置以及与工艺装置配套的储运工程、公用工程、辅助工程、服务性工程和厂外工程组成。
　　动力站是CTL项目重要的公用工程之一，主要承担工厂高压蒸汽生产、蒸汽系统运行调节、主蒸汽发电、余热发电、除盐水制备、冷凝液精制、锅炉给水除氧及供给等重要职能。其主要由热电站、余热发电站、除盐水及凝液精制站三套主装置及其它辅助设施、配套公用工程等组成。热电站共设置10台超高压煤粉锅炉。
　　除盐水及凝液精制站为整个CTL项目（包括动力站）提供除盐水，包括除盐水制备、透平冷凝液精制和工艺冷凝液精制三个系统，其设计规模为4000t/h除盐水制备系统+5500t/h透平冷凝液精制系统+1000t/h工艺冷凝液精制系统。其系统庞大，工艺复杂，在世界同类装置中规模属较大型。
　　2 主要设计特点
　　该项目除盐水制备系统采用纤维过滤器+超滤+反渗透+一级除盐+混床的处理工艺，透平凝液精制系统采用除铁过滤器+混床的处理工艺，工艺凝液精制系统采用除铁过滤器+活性炭过滤器+混床的处理工艺，系统按分段母管制设置，便于运行调整和维护管理，整个除盐水及凝液精制系统均采用全自动化程控设计，降低操作难度和强度，各级工艺设备出水均设有在线仪表实时监测，确保系统出水水质达标，以对外提供连续、稳定、可靠的除盐水。
　　其中除盐水制备系统设置4套浓水反渗透，单套出力175m3/h，回收率60%，有效减少反渗透浓水的外排;超滤反洗废水外供脱硫装置，同时可回用于原水箱。该项目处于缺水地区，通过采用高回收率的纤维过滤器、系统设置浓水反渗透装置、反洗废水部分回用、采用大流量不反洗滤芯等多项节水措施，整个除盐水及凝液精制站的综合回收率≥90%。
　　除盐水及凝液精制站布置于动力站装置的西南区域，总占地约40000m2，分为两个部分，东面为预脱盐水站，主要包括预脱盐膜处理厂房、反渗透水泵间和室外水箱等构筑物;西面为除盐水站，主要包括水处理间、换热器间、纤维过滤器间和室外水箱等构筑物。
　　其中预脱盐膜处理厂房为三层布置，底层为水泵间、加药间和其他功能间，二层为管道夹层，三层布置超滤、反渗透等膜装置。通过管道夹层的设置，有效的避免了三层管道的混乱，为膜装置留出操作、检修空间，设备布置也更为美观。
　　换热器间和地下的废水池错位布置，为两根DN1600的循环水管埋地布置留出了空间，使得换热器进出管道的布置更规整、美观，便于设备维护、检修，同时有效地减少占地面积，节约土地资源。
　　3 工程建设及运行中存在问题及经验总结
　　 该项目于2015年初完成全部施工图设计，2016年8月至2017年11月除盐水及凝液精制系统相继建成投产，由于煤化工项目的特殊性且该项目制水量较大，国内鲜有类似规模，在项目建设及运行初期，出现了一些未可预见的情况，本文选取以下几个较典型的问题进行详细分析。
　　3.1 除盐水泵出口金属波纹管选用
　　该项目除盐水泵Ⅰ流量2000m3/h，扬程180m，泵出口管径DN600，软接头选用的是不锈钢波紋管，出口母管管径DN1000。现场首次启泵时，发生金属膨胀节拉坏变形，下方支架损坏，支管向外推出的情况。经过专题会讨论，判断由于此泵压力较高，启泵瞬间的盲板力粗略估算达到100吨以上，而波纹管无限位防拉脱的功能，导致了上述问题的发生。最终处理方案为，由膨胀节厂家将金属波纹管全部更换为带限位的金属伸缩器，同时在所有双吸泵出口管道弯头处增加支架加固。方案实施后，除盐水泵Ⅰ运行正常。
　　柔性接头主要用于膨胀补偿，而一般水处理系统均为常温介质，不存在热膨胀。而上述高压除盐水泵的不锈钢波纹管更换为限位金属伸缩器后，仅能在平行于轴线的方向位移，减震、降噪的作用都失去了，与硬管连接无异。故建议大流量、低扬程的情况下，可以考虑水泵进出口设置橡胶挠性接头，其他扬程较高的工况下直接硬管连接。
　　3.2 高压力法兰垫片选用
　　该项目除盐水泵Ⅰ扬程为180m，出口管阀件压力选用2.5MPa，垫片为RPTFE聚四氟乙烯;除盐水泵Ⅱ扬程110m，出口管阀件压力选用1.6MPa，垫片为NBR橡胶垫片，均符合规范要求。但实际安装中，除盐水泵Ⅰ出口多功能阀前后法兰处频繁漏水，施工单位多次拆装均无法消缺，且拆卸后垫片基本损坏无法二次使用，最后通过将垫片更换为不锈钢石墨缠绕垫片处理。 　　鉴于非金属垫片对安装要求较高，管阀件压力≥1.6MPa时宜优先选用金属石墨缠绕垫片。
　　3.3 反渗透装置膜安装空间
　　该项目设计时反渗透装置虽然已考虑预留抽膜空间，但未充分考虑结构管廊立柱的宽度，导致其中两套反渗透的一列膜壳被管廊立柱挡住约100mm，最后通过松动膜壳完成装膜。
　　反渗透膜导则上要求从进水端装膜，常规的反渗透为一级两段设计，一段膜壳和二段膜壳的进水端是相反的，故反渗透装置的两侧均要预留出装膜空间。常规的8英寸膜元件的长度为40英寸（1016mm），反渗透装置两侧均要留出2米以上的间距，且要注意核对是否会被周边钢结构管架、管道等阻挡。
　　3.4 膜装置高层布置时地漏设置
　　该项目超滤、反渗透均布置于预脱盐厂房三层，每套膜装置边上均设置一个地漏，用于地面及在线仪表排水，由于施工等多重原因导致现场漏点较多，使用效果不佳，且给排水专业接管复杂，故膜设备为二层或三层布置时，排水可参考以下设计思路：（1）膜设备反洗水、冲洗水等通过管道接至废水池或一层排水沟。（2）膜设备周围设置围堰浅排水沟，在线仪表排水排至围堰沟内，各设备围堰连通，视排水规模设置适宜数量地漏。（3）二层或三层地面按区域设置2～4个地漏。
　　3.5 室外水箱进出口管道
　　该项目前期建设时由于工期紧张，衬塑管无法做到组装后再衬塑，均为厂家工厂预制，直接发成品至现场，由于土建误差、水箱本体制作管口角度偏差等原因，大量衬塑管道与水箱管口无法严密对接，涉及的管道直径较大，现场调整制作的周期较长，对项目进度产生了一定的影响。
　　水箱接口接管为衬塑管且管径较大时，需严格执行组装后再衬塑的要求或直接采用不锈钢管道等代替，且宜设置挠性接头，降低施工难度。
　　3.6 除盐水再循环管设置
　　该项目除盐水外送系统由5台额定流量2000m3/h的大泵和3台200m3/h的小泵组成，额定扬程180m，根据资料，其中大泵最低连续稳定运行流量为1100m3/h。在初期启动吹管阶段及两台炉低负荷运行的工况下，无法达到600～1100m3/h的流量范围。项目运行初期，通过在除盐水泵出口母管上新增DN400的再循环管至#1除盐水箱，设气动调节阀，满足了临时工况下的流量调节。
　　外供水流量较大需要大小泵搭配使用时，可参照如下原则配置，以避免非设计工况下的流量盲区。
　　（1）设置的单台小泵的额定流量乘以小泵数量等于单台大泵流量。（2）设置适宜管径的再循环管，回流至水泵进口母管或水箱，并设置气动调节阀。
　　3.7 增设备用酸碱再生系统
　　该项目除盐系统设有浮动床阳离子交换器20台，浮动床阴离子交换器20台，除盐水混床12台，凝液混床20台。阳床、阴床、凝液混床、除盐水混床各设有再生装置一套。根据前期工艺计算，由于设置有超滤、二级反渗透的预处理系统，各离子交换床的设计再生周期较长。项目建成初期运行中，预处理出水常达不到设计值，导致后续离子交换精除盐再生周期缩短，再生系统使用频繁，再生系统检修频繁、老化严重。根据最新版《发电厂化学设计规范》[1]，母管制系统中，同类离子交换器数量达到6台及以上时，应根据除盐设备的运行周期及再生频次分组，并按组配置再生设备。
　　3.8 酸碱储存及再生房间酸雾腐蚀
　　该项目原设计再生剂为化工厂区来硫酸，酸碱设备均为室内布置，设置机械通风。项目建成初期，由于厂区硫酸无法同步供应，临时改为外购盐酸作为阳床、混床的再生剂。使用操作过程中房间墙壁，支架、管道等均发生一定程度的酸雾腐蚀。浓盐酸由于具有强挥发性，故不宜采用室内布置，可采用雨棚结构半露天布置，并设置酸雾吸收器等，北方寒冷地区应做好保温伴热措施。
　　3.9 离子交换排水沟防腐
　　 该项目离子交换系统排水沟防腐均采用“四布六胶”环氧玻璃钢防腐，运行一段时间后，排水沟发生部分防腐层脱落。鉴于凝液系统混床区域发生防腐层脱落严重，初步考慮为凝液系统初期曾短期超温运行，后因全厂负荷高，不能完全停运修复，导致防腐层在排水沟水力冲刷下加重脱落。后续技改阶段对原地沟破损基层修复，并重新更换花岗岩防腐处理，对离子交换床原45°弯头排水管，全部更换为90°弯头排水，减少对地沟的水力冲刷。针对有可能超温且排水量较大的凝液系统，排水沟宜采用衬花岗岩或耐酸砖防腐，同时排水管宜采用90°弯头形式。
　　4 结束语
　　我国水处理事业经过几十年的发展，工艺已经日渐成熟完善，水处理规模也越来越大，本文总结的设计经验，希望能为今后大型水处理项目提供借鉴与参考，避免出现类似问题，提高设计效率与质量。
　　参考文献：
　　[1]DL5068-2014.发电厂化学设计规范[S].北京：中国计划出版社.
　　[2]丁桓如，吴春华，龚云峰，等.工业用水处理工程[M].北京：清华大学出版社，2005.
　　[3]王永华，赵科.超滤-反渗透用于煤化工回用水处理的工程设计[J].工业水处理，2015，35（2）：97-99.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15193280.htm