脫硫脫硝系統(tǒng)管道液氨球閥設(shè)計(jì)分析
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，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。石灰漿調(diào)節(jié)閥選型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)致管道結(jié)垢堵塞。這也是濕法煙氣脫硫吸收塔漿液PH保持5~6(弱酸性)的重要因素之一。
3、漿液管道的設(shè)計(jì)
針對(duì)濕法煙氣脫硫漿液管道的介質(zhì)特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)漿液管道時(shí)既要滿足普通低壓流體管道設(shè)計(jì)的規(guī)定及要求，同時(shí)又要考慮到漿液管道的特殊性。下面從漿液管道設(shè)計(jì)時(shí)的一般要求、管道選材、管徑計(jì)算、坡度要求、管廊布置、閥門選型及布置、支吊架布置等幾個(gè)方面介紹：
3.1 一般要求
漿液管道流程設(shè)計(jì)時(shí)的一般要求：應(yīng)充分注意采用先進(jìn)技術(shù)，合理利用裝置內(nèi)的能量，妥善地處理廢氣和廢液(由于脫硫廢水中可溶性鹽類和氯離子含量非常高，對(duì)再利用用戶的系統(tǒng)材質(zhì)和產(chǎn)品會(huì)造成不良影響，所以脫硫廢水最好用作鍋爐撈渣、沖灰、沖渣的補(bǔ)充水或煤場(chǎng)灑水等);必須滿足正常生產(chǎn)、開停工、安全和事故處理的要求，并應(yīng)考慮維修要求和一定的操作靈活性;
管道進(jìn)出裝置處應(yīng)設(shè)置切斷閥;裝置因事故或定期停工要進(jìn)行大修時(shí)，應(yīng)有將裝置內(nèi)物料全部排出至事故漿罐的措施。
漿液管道布置設(shè)計(jì)時(shí)的一般要求：應(yīng)符合工藝設(shè)計(jì)要求;盡量布置成“步步高”或“步步低”，以避免液袋或“盲腸”，否則需要設(shè)置導(dǎo)淋點(diǎn)，或至少通過(guò)人工清除;先難后易，如先布置重要的、大管徑的、漿液的管道，后布置細(xì)小的、次要的、輕的管道;管道布置應(yīng)整齊有序，橫平豎直，成組成排，便于支撐;縱向與橫向的標(biāo)高應(yīng)錯(cuò)開，一般在改變方向的同時(shí)改變標(biāo)高;管道最好架空或地上敷設(shè)，漿液管一般不允許地溝敷設(shè)或直埋;不妨礙設(shè)備、機(jī)泵、儀表和閥門的操作及維修;滿足流量計(jì)、密度計(jì)及PH計(jì)等對(duì)管道的特殊要求;變徑管件應(yīng)緊靠需要變徑的位置，以節(jié)約管材;管道應(yīng)妥善支撐;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;并排布置管道法蘭外緣之間的凈距不宜小于25mm(無(wú)法蘭管道為50mm)，或保溫層之間的凈距不宜小于50mm;穿樓板時(shí)予留孔應(yīng)設(shè)擋水沿，孔徑應(yīng)滿足法蘭進(jìn)出;無(wú)壓流管道孔板應(yīng)布置在立管上，以利于排凈;法蘭的位置設(shè)置要滿足安裝螺栓的操作空間;管道一般應(yīng)設(shè)坡度(坡度要求后面會(huì)詳細(xì)展開說(shuō)明);漿液管道應(yīng)遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電纜橋架，無(wú)法避免的則管道盡量在下面走，以防止滴液腐蝕電氣設(shè)備;泵吸入段應(yīng)留有有效的氣蝕余量，一般至少為泵所需氣蝕余量的1.2倍，泵吸入段應(yīng)盡量短而直，泵入口的大小頭應(yīng)盡量靠近漿液泵。
3.2 管道選材
目前，國(guó)內(nèi)漿液管道一般采用的材料有：襯膠碳鋼管(RL)、襯塑碳鋼管(PL)、玻璃鋼管(FRP)、聚丙烯(PPR、PPH)管、不銹鋼(304、316)管等。 襯膠碳鋼管(RL)以普通碳鋼管(Q235-A)或優(yōu)質(zhì)鋼管(20#)作為鋼架材料，以橡膠(一般是丁基橡膠)作為襯里層，將金屬特性和橡膠特性合二為一。襯膠碳鋼管具有耐磨、抗?jié)B防腐、耐熱(120℃)等性能，管與管之間采用法蘭連接。碳鋼襯膠管是目前應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硫漿液管道。碳鋼襯膠要徹底，不僅要對(duì)所有管道內(nèi)壁進(jìn)行襯膠，還要對(duì)所有可能接觸漿液的部件如法蘭面(襯膠要覆蓋法蘭面而無(wú)需墊片)、管內(nèi)件、閥門、漿液泵等進(jìn)行襯膠。否則，只要有一處被腐蝕，爛點(diǎn)就會(huì)蔓延，直至影響整個(gè)部件。
襯塑鋼管(PL)是普通碳鋼管或優(yōu)質(zhì)鋼管內(nèi)襯塑料而成的管材。襯塑鋼管(PL)分鋼襯聚丙烯(PP)、鋼襯聚乙烯(PE)、鋼襯聚氯乙烯(PVC)、鋼襯聚四氟乙烯(PTFE)等幾種，管與管之間也采用法蘭連接。由于價(jià)格比襯膠鋼管貴，在煙氣脫硫工程中襯塑鋼管(PL)一般只用在細(xì)小口徑的漿液管中。
玻璃鋼管(FRP)是一種由基體材料和增強(qiáng)材料兩個(gè)基本組分并添加各種輔助劑而制成的復(fù)合材料。常用的基體為各種樹脂，常用的增強(qiáng)材料主要有碳纖維、玻璃纖維、有機(jī)纖維等。玻璃鋼管(FRP)具有耐腐蝕性、耐熱性、耐磨性、重量輕等特點(diǎn)。玻璃鋼管道的接頭方式有多種，主要包括：承插膠接、平端對(duì)接、法蘭連接等，公稱壓力從常壓至4.0MPa不等，溫度范圍為-40～l00℃。缺點(diǎn)是相比金屬管強(qiáng)度低、剛性差，長(zhǎng)期受紫外線照射易老化，在濕法煙氣脫硫工程少部分會(huì)采用，如噴淋管、氧化空氣管等。
聚丙烯(PPR、PPH)管是采用無(wú)規(guī)共聚聚丙烯經(jīng)擠出而成的管材(注塑成為管件)，是歐洲90年代初開發(fā)應(yīng)用的新型塑料管道產(chǎn)品。PPR(PPH)管除了具有一般塑料管重量輕、耐腐蝕、不易結(jié)垢等特性外，還有較好的耐熱性，PPR(PPH)管的最高工作溫度可達(dá)95℃。PPR(PPH)管材、管件可采用熱熔和電熔連接，安裝方便。PPR(PPH)管的缺點(diǎn)是相比金屬管強(qiáng)度低、剛性差，5℃以下存在一定低溫脆性，PPR(PPH)管長(zhǎng)期受紫外線照射易老化降解;另外，PPR(PPH)管的線膨脹系數(shù)較大(0.15mm/m℃)，在布置設(shè)計(jì)時(shí)要有吸收熱膨脹的措施。少數(shù)濕法脫硫工程采用PPR(PPH)管作漿液管道，主要還是看中它的價(jià)格便宜、安裝方便。
不銹鋼(304、316)管具有防腐、耐熱、強(qiáng)度高及美觀等性能，缺點(diǎn)是價(jià)格高，并且碰到氯離子時(shí)也會(huì)生銹。不銹鋼(304、316)管一般用在細(xì)小而無(wú)法襯膠的漿液管道中，如DN10~DN40等。
3.3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，開啟和關(guān)閉速度快，在完全開啟時(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。
不銹鋼氨用球閥、不銹鋼液氨球閥，不銹鋼氨氣球閥是近年來(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。
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啟時(shí)朝介質(zhì)流動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)。