壳牌煤气化关键设备设计探讨

丁砚斌

天津渤化永利化工股份有限公司 天津 300452

　　摘要：分析了关键设备安装特点；介绍了壳牌煤气化装置关键设备-输气管、气化炉和合成气冷却器的基本情况；简述了变换合成气系统管道腐蚀频繁泄漏问题分析与解决，以及变换装置开车导气过程合成气频繁泄漏问题分析与解决。

　　关键词：壳牌煤气化装置;关键设备;气化炉;输气管;合成气冷却器;安装技术；制氢变换装置

　　一、关键设备概况

　　均为国外进口设备的3台壳牌煤气化装置关键设备，分别是输气管、气化炉和合成气冷却器。3台壳牌煤气化装置的关键设备以某碱厂搬迁改造工程为例，其中合成气冷却器净重490t，长度40500mm，直径3400mm; 气化炉488t净重，上部直径3020mm，下部直径4630mm，长度30900mm;输气管与气化炉连接部分的直径3020 mm，净重296 t，直径3400mm与合成气冷却器连接部分，长度18400 mm。输气管把气化炉和合成气冷却器有机连接起来，在煤气化装置框架上3台关键设备呈“门字形”连成一体。

　　二、关键设备安装特点

　　（一）、运输困难，结构复杂

　　共有200多个管口的3台关键设备，设备受力情况和结构复杂，对外壳接管方位及标高内件组装要求极为严格。目前由壳牌公司认证的2家国外企业生产的3台关键设备制造，分别是印度的LT公司和西班牙的BBE公司。在国外制造，再运输至国内，故成本花费较大且运输困难，但其安装比较方便，为整体吊装。

　　（二）、到货时间相对集中

　　气化炉-合成气冷却器-输气管为3台关键设备的吊装顺序。因此应依据吊装顺序来安排到货时间。吊装超大型设备为节省费用，3台设备到货后采取集中吊装的方式。因此3台设备的到货的时间又不可以相隔时间太长。由于设备影响现场施工作业，占据场地时间长，因此最合理的选择是到货后立即安排吊装。

　　（三）、场地要求严格

　　吊装吊车的行走路线和3台设备的运输路线以及摆放设备的位置要综合考虑，提前进行规划吊装场地和摆放场地，提前做好场地的处理及平整工作。

　　（四）、连接形式复杂，设备重量大

　　3台设备与框架的连接形式复杂，其中通过40个小80mm的双头螺栓将气化炉在3m厚的混凝土楼面上固定，通过24个恒力吊将合成气冷却器吊挂在1.8m高度的58m框架的箱型梁上。在合成气冷却器和气化炉安装后进行输气管的安装。对输气管的组对焊接质量受到合成气冷却器和气化炉的安装质量直接影响。

　　（五）、框架结构预留及恢复复杂

　　煤气化框架高度大于90m，为钢结构和钢筋混凝土混合结构。进行预留影响设备吊装就位的箱型柱及钢结构梁必须关键设备吊装之前，待吊装完毕3台关键设备后再予以恢复。结构安装恢复不仅有很大的影响吊车占用的吊装时间，而且对框架结构稳定性有一定的影响，因此提出了很高的要求对结构恢复的时间。

　　三、关键设备安装技术要点

　　（一）、气化炉安装

　　(1)垫铁的放置及基础处理、复测。气化炉安装前对合成气冷却器和气化炉两设备的中心距要测量，并做好测量记录。3m长度地脚螺栓通孔气化炉基础需要清理，要保证孔内无杂物。将表面平整的放置垫铁以外基础凿出麻面，放置垫铁处应铲平，在气化炉安装前垫铁的标高每组垫铁的标高值用水平仪测出，偏差不能>±2mm。

　　(2)结构预留要求。气化炉安装区域的结构梁混凝土楼面以上都需要进行预留。

　　(3) 就位设备吊装后，吊车不能松钩，首先核对设备的中心线与基础位置0°、90°、180°、270°4个方位的中心线是否一致，设备调整一致后，方可就位。此时应逐渐递减吊车钩头受力，并3-5t的承载力最终保持，同时对设备的相邻方位线作为垂直线用2台经纬仪进行测量，由于设备较重，此时用吊车来调整设备垂直度。垂直度偏差不能±10mm。吊车方可松钩，待垂直度调整合格后。

　　（二）、合成气冷却器安装

　　(1)结构预留要求。合成气冷却器裙座就位最外侧的1根层箱型梁不能安装，均不能安装合成气冷却器布置区域外侧的型钢梁，设备吊装以便于进行。

　　(2)恒力吊螺杆孔及承重箱型梁标高的复测。可以通过混凝土楼层标高向上进行测量箱型梁的标高，不能>15 mm的箱型梁标高误差。应保证在一个圆上恒力吊螺栓孔，其间距应同合成气冷却器的螺栓孔间距一致。

　　(3)恒力吊组装要求。恒力吊成箱到货，每个恒力吊配备2个拉杆，弧形垫片、平垫片、弹簧筒等，组装时，要控制在2mm之内上拉杆至弹簧筒上表面的长度尺寸误差，下拉杆旋入弹簧筒的丝扣数目要一致。每个恒力吊组装完毕后进行尺寸复测，并填写复测记录。

　　(4)恒力吊螺杆孔测量后，可以进行安装并提前安装好的箱型梁上布置的恒力吊。恒力吊安装后，受力拉杆方向应朝向设备筒体。

　　(5)设备吊装到空中后，设备裙座应低于恒力吊下方500mm左右，然后恢复钢结构箱形梁，此时吊车需要一直吊着设备进行箱形梁的恢复及焊接，箱型梁恢复完毕后，安装余下的恒力吊。

　　(6)吊车钩头保持5t承载力，此时应检查设备裙座的标高尺寸及恒力吊弧形板的朝向，标高误差不能>±5mm，弧形板弧形应朝向设备中心位置。

　　四、变换合成气系统管道腐蚀频繁泄漏问题分析与解决

　　变换装置第一淬冷器出口合成气管线至后续第三变换炉出口及中间设备、管线，频繁发生合成气管道泄漏事件，泄漏部位多集中与管道低点，或开停车后已产生冷凝液积聚的管道及设备低点，并多次造成系统被迫停车，装置运行安全受到极大威胁。初步分析导致该问题产生的原因主要包括以下几点:

　　(一)、变换装置频繁开停工时，造成上述管道应力腐蚀与露点腐蚀发生条件情况的大量存在，加之管道工艺伴热及保温效果差，最终造成露点腐蚀情况在上述部位大量发生。

　　(二)、在当时管道选材(304)及工作介质及工艺条件下，上述管道应力腐蚀情况大量发生，造成管道开裂合成气泄漏。特别是在当时系统氯离子含量无法正常控制降低的情况下，对锈钢材质管道，实际发生氯离子腐蚀的几率相对较大。

　　最终确定了变换合成气管道的升级更换改造计划，并提出了以下建议改造措施，主要内容如下:

　　(1) 将原有第一淬冷器出口至第三变换炉出口管道，由原来的304材质材料，统一更换为厚壁的15CrMo材质管道。

　　(2) 将低压废热锅炉进出后换线材料由原料的304材料升级更换为316L材料。

　　(3) 增设配套的汽提处理装置对变换工艺冷凝液进行汽提处理，加强监控冷凝液中氯离子和氰根离子的含量。

　　五、变换装置开车导气过程合成气频繁泄漏问题分析与解决

　　变换装置运行前期，特别是在装置开车导气过程中，时常发生合成气泄漏事件，为此我们重点针对变换装置开车导气方案进行了优化和调整，确立了系统开车导气“先升温后升压，大气量一次通过”的导气原则，优化调整后的系统开车导气方案，主体内容如下:

　　(1)为尽量避免导气过程中，极易产生的变换炉超温情况发生，特别是为避免甲烷化副反应Cal导致变换炉催化剂床层超温情况，确定变换系统开车导气压力控制1.3-1.5MPa，水/气控制为1.8左右。

　　(2)确定变换炉导气合成气气量55000-65000 Nm3/h，同时根据上述水/气比控制要求，调整水蒸气配入量，待变换炉引入合成气后，水/气比逐渐恢复正常控制要求。

　　(3)确定采取配加部分惰性氮气措施，降低合成气中的CO含量。

　　(4)合成气引入后，各反应器温度基本调整正常后，依据前述导气原则，逐渐提高各反应器温度及系统压力。

　　总之，通过对壳牌煤气化关键设备的分析，了解其关键设备安装的注意事项，为石油化工的生产提供一定的基础保证，从而为现代化的经济发展带来更丰厚的社会效益以及经济效益。

　　参考文献

　　[1] 宫经德.壳牌煤气化技术及其工程应用[J].化肥设计，2007(06).

　　[2] S1L3524-1999，石油化工钢制塔、容器现场组焊施工工艺标准[S].