水煤浆气化技术中水煤浆管道设计

水煤浆气化技术中水煤浆管道设计

左晶文

中石化宁波工程有限公司  浙江宁波  315103

摘要：针对水煤浆气化工艺中水煤浆介质特性，本文以某省煤炭深加工示范项目设计，对水煤浆管道设计中应考虑的一些主要问题进行分析。

关键词：水煤浆；管道；设计

（一）水煤浆管线工艺参数和配管要求

水煤浆制备与输送是水煤浆气化技术中重要组成部分，其性能的优劣直接关系到气化装置运行的好坏。涉及高压煤浆管线和低压煤浆管线，其中高压水煤浆管线是高压煤浆往复式泵出口到气化炉烧嘴入口输送高压水煤浆管线，输送介质为水煤浆，输送压力为9.8MPa，输送温度为68℃，介质密度为1265.08kg/m³；低压水煤浆主要管线是磨煤机出口到高压煤浆泵入口管线，输送介质为水煤浆输送压力为1.7MPa，输送温度为68℃，介质密度为1265.08kg/m³。由于水煤浆输送与其他流体输送存在差异，须注意其管径、流速、管道材料选择、管件的选用、配管走向及冲洗点设置等诸多问题，防止管道堵塞、磨蚀及振动；应该在保证水煤浆性能稳定基础上，配管做到便于操作和走向简洁美观。

（二）管道材质及管件的选择

     为了提高气化效率、降低能耗，水煤浆的固体含量一般在60%（wt）以上，但水煤浆属于煤粉悬浮体系，如此高浓度固体和比较宽的粒度分布的水煤浆介质还会严重的磨蚀管道。因此对于水煤浆管道材质的选择应该主要考虑磨蚀，气化装置的水煤浆管道采用碳钢管道，且磨蚀裕度+腐蚀裕度按6mm考虑；对于弯头优先选用5倍直径的弯头；对三通应尽量选择45°斜三通；对于阀门应选用全通径的球阀，并且阀芯应该喷涂硬质合金。

（三）配管设计应注意事项

（1）为了防止装置停车时，水煤浆在管道的低点产生不流动区，在此段管道会内脱水沉淀，若冲洗不及时此段管道将被堵塞，给下次开车造成诸多不便，处理不当时会严重影响正常生产。水煤浆管道在配管设计中禁止出现袋形，水煤浆回流管线必须设置坡度，其坡度不得小于千分之五。

（2）由于水煤浆特性，在配管设计时尽量减少不流动区的出现，所以尽量在其管道上不设置放空阀和排净阀。温度计和压力计的分支管道长度越短越好，且在水平官道上的温度计和压力计必须安装在管道顶部。

（3）水煤浆粘度受温度影响，低温将导致介质流体粘度增大，粘度变化影响工艺输送特性，因此需管线温度不能过低，有些煤化工项目地处北方，昼夜温差大、冬季极其寒冷等地域特点，水煤浆管线均需设置管道防冻伴热，来确保正常生产及运行。

（4）工艺阀门、仪表阀门、流量计和相连接管道直径应保持一致，避免直径忽然缩小，在缩径处产生较高流速，造成对阀门、管件和管道的磨蚀。

（5）为保证在停车时管线内的煤浆能全部进入气化炉，高压煤浆管线进烧嘴前的异径管采用平底偏心异径管。

（6）由于煤浆给料管线较长，水煤浆输送泵均采用柱塞隔膜泵，因此泵出口水煤浆管道均有不同程度的脉冲式振动现象尤其是高压煤浆泵出口管道振动比较严重，在配管设计时不仅要考虑管线柔性，还应考虑管线稳定性，在管线合适位置设置减振支架。管道支吊架在设置时应尽量不要与其它设备或管线共用支架，防止管线或设备由于振动频率相近而导致共振。所以对于高压水煤浆管道的支吊架必须认真设计、仔细施工。煤浆管线减振支架采用蝶形弹簧为减震元件，通过合理的刚性连接，以达到吸收管道振动、确保管系刚性、消除管系三维方向产生的振动应力和热应力。支架底部设置改性聚四氟乙烯-不锈钢摩擦副，从而降低滑动支架和导向支架的摩擦系数，最大程度避免支架热位移过程中因腐蚀、生锈带来摩擦推力增大而对管系安全产生不良影响的问题。高压煤浆管线减振支架形式见图1。

图1 水平槽钢压块减振架

（7）为防止气化装置开停车时水煤浆积聚在管道内，堵塞管道和阀件。应在水煤浆管线上设置冲洗点。冲洗点的连接形式宜采用临时连接，即在使用是冲洗水软管时通过快速接头连接到水煤浆管道上，不用时将冲洗水软管拆除。不宜采用永久连接，即硬管连接冲洗形式，如果工艺严格要求采用硬管连接冲洗，冲洗水管和水煤浆管连接处必须设置双切断阀+检查阀。其原因是：对于低压水煤浆管道，在正常生产时如果冲洗水管和水煤浆连接处的切断阀出现泄漏， 冲洗水将进入水煤浆管道内，稀释水煤浆使气化氧气耗量增加，严重时会造成氧碳失调，出现生产安全问题。反之，对于高压水煤浆管道，水煤浆会泄漏至冲洗水系统内，污染冲洗水，造成冲洗水系统无法正常使用。水煤浆气化工艺包中要求在水煤浆管道的高点和低点均应设置冲洗接头，对低压水煤浆管线每隔十米水煤浆管道就应设置一个冲洗水接头。该煤气化项目，在满足工艺要求基础上，结合实际配管情况，充分考虑冲洗管道上的阀门可操作性，合理设置冲洗水接头。

（四）结语

水煤浆加压气化技术自20世纪80年代引进以来，国内多套装置的正常运行离不开水煤浆管线的合理设计，因此在未来设计过程中需要不断总结现有工程的设计经验，也需要不断完善和提高工艺配管设计水平，确保水煤浆加压气化技术的长远发展。