壳牌煤气化装置管道布置的优化设计

李 丽

（大庆石油化工工程公司，黑龙江大庆 163000）

壳牌煤气化装置管道布置的优化设计

李 丽

（大庆石油化工工程公司，黑龙江大庆 163000）

针对目前壳牌煤气化装置管道布置设计应用过程中存在的问题，分析了壳牌煤气化装置管道布置的特点，并提出了壳牌煤气化装置与管道布置的设计控制要点，其目的是为相关建设者提供一些理论依据。结果表明，要想提高壳牌煤气化装置管道布置设计的合理性，应将现有的设计科学技术成果充分利用起来，以提高装置管道的应用效率。

壳牌煤气化；磨煤；烧嘴气化炉；管道布置

1 壳牌煤气化装置管道布置特点

研究表明，壳牌煤气化装置管道是由原材料煤通过粗生产而合成的气体能源。据统计，其装置管道的生产工艺是由磨煤干燥、煤气化生产、除渣处理以及湿洗操作等组成公共工程系统。其在装置设备布置方面，特点主要体现在煤气化装置的主框架上以及重力流输送。其中前者的总高度主要集中在100~120m，即装置运行过程中均是处在钢结构以及混凝土结构的组合结构中。值得注意的是，由于壳牌煤气化装置气化炉的总体量较大，因此，混凝土结构的作用稳定性效果要更为理想。由此，在进行壳牌煤气化装置管道布置时，应利用砼结构进行气化炉支撑楼面及其下部结构的建设，而上部结构，则应采用钢结构。此外，在布置设备过程中，相关建设人员应按照规范的工艺流程，以自上而下的方式进行布置。对于返算设备装置的高度布置，因其受设备高度定位要求的限制，应按照自下而上的顺序进行设备外形设置。由于壳牌煤气化装置设备的集成度较高，因此，在空间区域上，不同工序设备并不能完全分开，且存在相互交叉的问题[1]。

在管道布置方面其作用特点主要体现在重力流管线、平衡管线、烟风煤粉管道、煤粉输送及返回管线、氧气管线、水汽系统管线以及渣水灰管道。对于水汽系统管线布置来说，该管道大多以密集状态作用汽包与气化炉的周围，因其易受气化炉管口方位的限制，因此管道布置人员应对其进行对称布置。此外，水汽系统管线还会受到气化炉运行热膨胀的影响，这就意味着其在设备支撑的管口处容易出现管线位移。针对这一问题，相关建设人员应在出现位移较大接口管线的管口较近位置，设置弹簧支架，并保证其具有较大的作业空间。此过程，要想保证壳牌煤气化水汽系统配管关系的合理性，须提高气化炉水冷壁水通道流量的分配合理性。同时，还要控制袋形、流量计以及限流孔板不能出现在管道设计中，以完成上下楼的设计操作。

2 壳牌煤气化装置布置优化设计控制

2.1 磨煤及干燥

对于壳牌煤气化装置管道布置中的磨煤及干燥进行工序设计时，除了要将原材料运输采用重力输送设备运至磨机装置作业现场，还要保证重力流管线与水平面的角度为70°以上，以提高作业质量。配管设计，要求设计人员要尽可能将煤粉材料以垂直方式送至磨机，以优化碎煤仓中的原料煤处理效果。这里的处理效果是指，能够与壳牌煤气化热风炉装置作用，成功通过燃烧而生成热烟气混合，以进入过滤器等下一道装置工序。此过程，设计人员在进行烟风煤粉管道的配管工作时，要注重管道磨损、积灰过量以及防止赌粉问题的存在影响。即通过配管设计按照倾斜布置设计，即要求其与水平面倾斜角不能小于45°，管线弯头采用弯曲半径3DN，来实现这一设计控制目标。此外，在实际设计过程中，相关人员还要遵循国家相关管理部门制定的规范标准，将烟风煤粉管道采用加固筋，来提升其作用效果。值得注意的是，管线布置设计，要充分考虑吊车轨道的避让问题，以成功为检修壳牌煤气化装置设备吊装提供相应的空间。

2.2 烧嘴气化炉

据相关数据统计，烧嘴气化炉应用于壳牌煤气化装置过程中，其烧嘴头极易出现损坏问题，这就严重影响了设备运行的速度与检修频率控制效果。为此，在对其进行布置设计过程中，可采用油独立物化设计。即要求油源提供一个较小油压，就能使壳牌煤气化喷出的烧嘴处于完全雾化状态。这一设计应用下，一旦有有氧喷出，两种介质就能通过混合来实现燃烧，从而解决了烧嘴气化炉中油必须通过氧气高速冲击才能雾化的问题。此外，还可采用流体自冷却设计，提高其自身稳焰方式改进效果。该设计使得油与氧两种流体在各自流出独立通道后，以单一方向状态向下游流动，即在离开喷口一定位置后，就能形成混合并起燃。此时，流出的流体就会烧嘴头部形成自身的冷却作用。随着烧嘴气化炉设备的使用时间越长，其冷却效果越好。由此，该设计应用彻底改变了原有烧嘴气化炉会因火焰贴壁燃烧而产生高温，从而导致烧嘴头部损坏问题的出现。如表1所示，为优化设计前后烧嘴气化炉设备的使用效果对比。

表1 优化设计前后烧嘴气化炉装置使用效果对比

3 壳牌煤气化管道布置优化设计策略

3.1 煤粉输送及返回管线设计

针对壳牌煤气化管道运行中煤粉会对线路造成的磨损问题，设计人员应结合管材、管道设置以及其他实际情况采用R为50DN的弯头来进行控制。例如，在设计返回管线时，因其工作频率要低于煤粉管线的输送管道，因而，设计人员可采用R为30DN的弯头，来避免管线磨损问题的出现。对于煤粉输送气化炉管口的接入设计，应通过两个系列来进行设计控制，即煤粉的加压量与实际输送工序。如图1所示，为煤粉输送至气化炉管口的对口接入过程，应将管口夹角控制在180°。

图1 烧嘴气化炉煤粉管线入口设计

3.2 氧气管线配管设计

由于管线氧气本身并无毒性，但其具有助燃特性，使其设计要严格按照相关的规范标准进行设计控制。此外，壳牌煤气化装置设计开发商要求其氧气管线配管设计要按照欧洲标准（EIGG），来提高管道设计的科学合理性。首先，为避免氧气管线末端出现袋形现象，设计人员应将其主管高度设置在烧嘴以上。当氧气管线中的氧气运行作用时，为保证管内无残渣存在，应采取相关措施方法来避免撞击问题出现。这里措施方法指的是，将主管设置在烧嘴以下，并将上支管从主管顶部拔出。此过程，管线内部的氧气介质弯头均要在1.5DN以上。如果管道缩径，那么设计人员可通过加工规格控制在下一格，以保持两异径管之间的直管段长度始终处在10DN。

3.3 重力流管线及平衡管线设计

壳牌煤气化装置管道布置设计中，重力流输送的作用对象众多，即煤加压、磨煤及干燥以及除渣及除灰工序等。为保证上述管线中流体的流动顺畅，设计人员应将重力流管线与水平面夹角设置在70°。值得注意的是，因管线系统中的平衡管线是以气固混合的状态存在的，为避免堵塞问题的出现，设计人员应将其与水平面之间的夹角设置在60°以上。

3.4 渣水灰水管道设计

清除管道中渣水灰水，就是将因气化炉燃烧而产生的高温熔渣处理掉，以提高管线运行的畅通[2]。研究表明，渣水与灰水的处理工序为，先清除渣水混合物中的大颗粒熔渣，后去除渣水混合物中小颗粒灰渣。对于小颗粒灰渣的清除，设计人员应将其设置在进入初步水处理工序进行，以提高作业质量。如图2所示：

由于部分管线设置处于气固混合状态存在，这就意味着其介质会含有固体颗粒，这就会增加煤粉管道冲刷的磨损，从而降低壳牌煤气化装置管道运行的安全性。为此，设计人员应利用半径较长的弯头。值得注意的是，由于管线管道内部的流速不高，使其为管道设施的磨损提供了有利环境，因而，设计人员应在设计中体现对泵进口处配管的拆卸与定期检修要求，以提高管线介质流速。如图3所示：

图2 渣水管路优化布置方案示意图

图3 典型煤气化管道除渣工序泵进出口管道布置

此外，对于壳牌煤气化装置管道公用系统组成十分复杂，即具有框架较高且层数多的问题，因此，为提高管道布置设计的科学合理性，相关人员应在每层框架楼面上设置内管廊，以条电缆以及公用管线的布置效率。如，内管道廊下可作为每层框架楼面的检修操作通道。

4 结束语

综上所述，壳牌煤气化布置设计的难点在于装置和管道。要想提升其作用于所处行业的价值效果，在明确不同装置与管道布置特点的情况下，找出具有适用性的设计控制策略。这是提高磨煤与烧嘴气化炉装置、煤粉输送及返回管线设计、氧气管线配管设计、重力流管线及平衡管线设计以及渣水灰水管道设计应用合理性的关键，相关建设人员应将上述研究成果作用于实践，从而进一步推动现代化经济建设发展进程。

[1] 姜华，李霖，陈毅烈.壳牌煤气化装置管道布置特点分析[J].化工设计，2014，（1）：17-19.

[2] 林静，方纲.壳牌煤气化管道布置专业设计策划[J].化工设计，2014，（6）：24-29..

Optimum Design of Pipeline Arrangement for Shell Coal Gasifier

Li Li

In view of the defects in the design and application of the pipeline design of Shell coal gasif i cation plant，this paper analyzes the characteristics of the pipeline layout of Shell coal gasification plant and puts forward the design and control points of Shell coal gasification plant and pipeline arrangement.Related builders to provide some theoretical basis.The results show that，in order to improve the rationality of the piping layout design of Shell coal gasif i cation plant，the existing design science and technology achievements should be fully utilized to improve the application eff i ciency of the pipeline.

shell coal gasif i cation；pulverized coal；burner gasif i er；pipe arrangement

TQ545

B

1003–6490（2017）03–0068–02

2017–03–06

李丽（1966—），女，河北吴桥人，工程师，主要研究方向压力管道的布置。