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80万t/a戴维甲醇工艺装置锅炉加药系统设计方案的优化与选择
发布时间：2013-08-23 08:19 来源：未知
中海石油化学股份有限公司新建的2 500 t/d甲醇项目于2010年10月投产，其主装置制甲醇工艺选用国际先进的英国DAVY专利工艺包，由国内某知名设计院进行工艺包具体转化、工程基础设计和详细设计工作，并由该公司负责相关的采办、安装和试车工作。主装置中锅炉化学品计量投加系统，由设计院根据DAVY工艺要求进行方案设计、中海油公司负责招标文件的编制和采办工作。由于各方对本锅炉化学品投加系统设计意图的理解差异较大，致使该化学品计量投加系统在招投标过程中进行了多次调整和细化。以下针对锅炉化学品计量投加系统设计方案的优化选择过程进行回顾和总结，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
1、DAVY工艺包中加药系统的相关要求
为保证锅炉稳定、安全、可靠运行，DAVY工艺要求在锅炉补给水和炉包中投加化学药剂，以保证锅炉补给水水质，防止锅炉管路系统腐蚀和结垢。在补给水中，定量投加氨液以调节其pH值，定量投加联胺进行除氧，以保证其溶解氧含量在规定的范围内。在锅炉炉包中投加磷酸盐以维持炉水磷酸根浓度，防止水垢生成。DAVY工艺包锅炉加药系统工艺投加点要求见图1。
根据DAVY工艺要求，结合图1对化学品投加点有如下要求。
(1)除氧剂（联胺）投加点：除氧器（位号D441）的投加点数量为1个。
(2)磷酸盐投加点：炉包(DlllA、DlllB、D123、D124、F≯41)投加点数量为高、低钠磷酸盐投加点分别4个。
(3)氨投加点：高压锅炉给水泵进口(J441A/B/C)、中压锅炉给水泵进口(J442A/B)、凝结水回输泵进口( J421A/B)的投加点数量为3个。
2、设计院方案设计特点
根据DAVY工艺，设计院为达到随流量和水质变化而引起药品投加量变化的要求，加药泵选择为往复式容积计量泵。计量泵使用要求为1个投加点对应1台计量泵，同时还考虑备用泵配置。本锅炉加药各系统配置设计组成如下。
(1)联氨加药系统由稀释槽D741 -1、搅拌器A741 -1、加药泵J741 - 1A/B组成。
(2)氨水加药系统由J741 -2和J741 -3组成，其包括公用的稀释槽D741 -2及搅拌器A741 -2、1#氨水加药泵J741 - 2A/B/C、2#氨水加药泵J741 -3 A/B。由J741 - 2A、J741 - 2B将氨水投送到不同加药点，J741 - 2C作为备用放置库房。
(3)磷酸盐加药系统由转化汽包磷酸盐加药系统J741 -4、第1合成汽包磷酸盐加药系统J741 -5、第2合成汽包磷酸盐加药系统J741 -6、开工锅炉磷酸盐加药系统J741 -7组成，包括公用的低钠磷酸盐溶解槽D741 -4A及搅拌设备A741 - 4A，公用的高钠磷酸盐溶解槽D741 - 4B及搅拌设备A741 - 4B，分别向转化汽包／第1合成汽包／第2合成汽包／开工加热炉投送磷酸盐的加药泵J741 -4 A/B/C、J741 - SA/B/C，J741 - 6A/B/C、J741 -7 A/B/C组成。其中加药泵A系列、B系列分别输送低钠磷酸盐和高钠磷酸盐，C系列泵作为备用放置库房。
此设计方案中关键设备计量泵采用单泵头设计，备用泵放置库房。以磷酸盐加药系统为例，共有8个药剂投加点，采用备用泵库存备用形式，计量泵数量8台，电机数量8个。8台计量泵形成橇装式加药系统，其就地电控箱体积巨大，电机故障点为8个。若采用计量泵在线备用形式，电机数量便增加到12个。经综合分析此方案具有如下缺点。
(1)计量泵数量过多，结构松散，系统管路布置复杂，占地面积大，运行可靠性低。
(2)加药泵采用库存备用形式，在工作泵发生故障必须停机更换时，无法保证设备工作的连续性。
3 最终优化设计方案的选择确定及配置特点
3.1 优化方案的确定
针对设计院设计方案存在的不足，我方在招采办过程中与多家加药系统生产设计厂家进行了交流比选，仔细研究了设备参数特点并结合国际先进设计理念，最终本系统关键设备采用多泵头单电机驱动形式设计。同时，为尽量减少系统设备占地面积，最大限度降低安装工作强度，保证计量投加系统的安全、可靠且易于操作和维护，选择了橇装式化学品计量投加装置结构形式。
为此，在招投标过程中，对受邀单位明确提出了按照工艺要求选择多泵头计量泵，且以撬装形式模块化设计。以磷酸盐加药系统为例，最终优化设计方案中四泵头泵组具体组合配置见表1。
优化方案以相同药剂投加计量泵组合为基础，高钠磷酸盐和低钠磷酸盐加药计量泵采用钠磷酸盐，每台泵只需要1台电机。由于2种药剂的相互对应的投加点流量、压力参数相同，可共用1台四泵头计量泵为在线备用泵。从结构上来说，由于四泵头计量泵的使用，将12台计量泵缩减少为3台计量泵，电机数量从12台驱动电机缩减少为3台电机，从根本上解决了装置占地面积过大，电机数量过多的问题。
四泵头计量泵结构紧凑，降低了计量泵系统管路布置的复杂程度，管路布置可以更加紧凑、清晰，便于操作和维护。
3.2 系统配置特点
3.2.1 系统管路及附件的连接
每台计量泵的使用都需要配置必要的管路附件，并通过管道的连接形成1个完整的计量泵投加系统。加药系统普遍存在的问题是管路及附件的连接方式，目前行业内比较常用的连接方式是焊接和法兰连接。这2种连接方式的优点是造价便宜，但在日常生产运行过程中有潜在的不利因素，如管路焊接质量难以控制，潜在运行维护费用高，特别是在防爆区域的运行设备，一旦因焊缝质量或其他原因发生泄漏，其维修过程有可能导致整个生产系统的停运。解决此问题的办法是对计量泵系统管路及其附件连接采用卡套式连接形式，一旦管路系统发生故障，可以非常快速地完成维修工作。实际运行效果表明，卡套式管路连接方式可以缩短维修时间，降低维修强度，避免因为在防爆区域进行焊接操作可能引起系统停运的可能。
另外，在进行卡套式管件的选择时，根据多年生产运行经验，压力小于4.0 MPa的管路系统选用国产品牌可以降低管件成本，压力在4.0MPa以上的管路系统的卡套连接附件应采用更高品质的进口产品，以保证质量。
3.2.2 脉动阻尼器的选择
根据工艺要求，在计量泵排出管路上必须配置1个脉动阻尼器，以平缓管路系统压力和流量波动。在计量泵运行过程中不可避免地会产生较大的压力和流量波动，通过脉动阻尼器，其波动值可以被有效地控制在±5 010的范围内。
目前计量泵有2种形式的脉动阻尼器，一种是被输送液体未与气体隔离空气室，这种阻尼器无法保证达到长期的阻尼作用，因其腔室内的气体在流体输送过程中会被逐渐带走而失去阻尼作用；另外一种是预压气囊式脉动阻尼器。这种阻尼器输送的流体均不与气体接触，在腔室内由1个气囊将气体与流体隔离。在主装置加药系统中采用的是预压气囊式脉动阻尼器，其阻尼效果稳定、可靠，残余脉动< +5%。
4 结语
通过对主装置锅炉加药系统加药工：艺和设备的深入理解，对工艺设备的全面了解，对加药装置技术方案作出了及时调整，充分保证了最终产品满足了工艺运行的需要，实现了系统设备占地面积少，安装工作强度低，计量投加系统安全、可靠、易于操作和维护要求。同时，对于工艺设备工程师来说，在进行系统设备方案优化设计及设备选型时，对工艺过程和设备特性深入和全面的理解是非常重要且必不可少的。
