油改煤工艺的先进性及施工质量控制要点分析

来源:用户上传      作者: 李智明

　　摘要 中石化安庆化肥油改煤工程是用煤代替轻质油作为原料的化肥生产改造工程，该工程体量大，施工难度高，安庆化肥油改煤工程项目部通过积极开展技术进步和技术创新活动，取得了一批创新成果，为同类装置的施工提供了依据，为其他单位的化肥油改煤工程建设及开车提供了宝贵的经验。
　　关键词 油改煤工程；煤气化装置；空分装置；工艺先进；施工管控
　　中图分类号TE62 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）68-0078-03
　　中石化安庆化肥油改煤工程是用煤代替轻质油作为原料的化肥生产改造工程，选用英荷壳牌公司粉煤气化工艺技术，是国家“双高一优”重点项目和中国石化“十五”重点建设工程。中石化安庆化肥油改煤工程该工程主要由煤气化装置、净化装置、空分装置和公用系统等组成，生产出的粗合成气供给下游配套部分作为生产合成氨的原料。该工程由中石化安庆分公司承接煤气化装置、空分装置的安装工程施工，施工总产值达1.2亿元。
　　1 油改煤工艺的先进性
　　中国石油化工股份有限公司安庆分公司化肥原料结构调整及炼油化工资源优化工程，是以采用Shell（壳牌）粉煤气化工艺技术生产粗合成气为核心，进行原料结构和产品结构的调整。即将原料结构由轻油和炼厂干气改造为煤，将产品结构由“氨-尿素”拓展为“氨-尿素-工业氢气”。
　　1.1 装置系统整体布置及设计的先进性
　　整个油改煤装置布置及设计有如下优点：
　　1）装置内所有设备全部国产化，既降低了成本又加快了民族工业的发展；
　　2）装置所有设备均布置在界区内，满足有关标准规范的要求；
　　3）设备的布置与物料流向保持一致，既经济、安全，又便于操作和检修；
　　4）空压机空气吸入口布置在界区内的东北侧，该方向为全年最大风向的上风向，减少了原料空气被污染的可能性；
　　5）自动化水平高：全部新建和改造工艺装置的仪表及控制系统引入主控室后采用DCS控制系统对全部装置进行集中监控。装置中的常规控制、顺序控制和操作联锁由DCS完成，安全联锁由ESD完成。
　　1.2 煤气化装置系统布置及设计的先进性
　　根据煤气化工艺的特点及其特殊要求，在满足工艺生产要求的前提下，按照不同的功能区，对煤气化部分的设备进行了布置，尽量减少占地面积。装置布置符合工艺流程、安全生产和环境保护的要求，达到节省施工材料、便于施工的目的，最大限度地降低了工程投资。中间渣场位于整个装置西侧（下风向），比邻马路，方便运输且减小了对人口聚居地环境的污染。
　　Shell（壳牌）煤气化是以干煤粉为原料、纯氧作为气化剂、进料采用氮气加压输送、液态排渣的工艺，属加压气流床气化，具有以下优点：
　　1）煤种适应范围广；
　　2）碳转化率高（超过99%）；
　　3）冷煤气效率高（达80%~83%）；
　　4）有效气成份（CO+H2）高（接近90%）；
　　5）煤耗及蒸汽耗量低、氧耗低；
　　6）运行维护费用低，并且有利于环保。
　　1.3 空分装置系统布置及设计的先进性
　　该工程的空分属大型空分装置，采用全低压、透平膨胀、氮水预冷、分子筛吸附、内压缩(液氧)工艺流程。具有如下优点：
　　1）采用分子筛净化空气流程，空气损失少，氧气提取率高；
　　2）在水冷塔中利用污氮冷却循环水，降低了空气预冷系统所需要的冷量；
　　3）冷冻水循环使用，节约了能源；
　　4）利用污氮再生分子筛，充分利用了现有资源；
　　5）充分回收蒸汽冷凝液，降低了能耗。
　　2 安庆化肥油改煤工程施工质量控制要点分析
　　2.1 工程的主要特点
　　2.1.1 新工艺，无经验可循
　　煤气化装置采用壳牌粉煤气化技术，对施工单位而言，许多工艺设备和仪表设备尚属首次接触，没有施工经验可以借鉴。例如磨煤机的施工，磨煤机机组重达280t，高10m，需现场组装，要达到其技术精度十分困难，仪表的顺控调试系统太大，需要反复调试。
　　2.2.2 工程量大，施工难度大
　　1）油改煤工程煤气化装置的核心为磨煤框架和煤气化框架，该框架为混凝土与钢结构相混合的框架结构形式，截面尺寸不一，对接和安装难度大。框架内的大型设备、各类管线密集，部分设备重量特别重。其核心设备气化炉、废热锅炉和传导段总重1 200t，分四段到货，三段吊装，安装于煤气化框架EL35~EL82标高内，吊装空间狭窄，吊装难度大；
　　2）煤气化装置管道主要材质有碳钢、不锈钢、铬钼钢、双相钢、铝材、镍基合金等，钢材种类多，且特殊材质的焊接量较大，焊接难度大。装置中介质为氧气的管线较多，该部分管线焊接时其焊道内部要求平滑，全部管线管件要求进行脱脂，施工难度大；
　　3）空分装置主要包括冷箱及压缩机厂房区域。冷箱结构为箱型密封结构，冷箱内安装有分馏塔、粗氩塔、精氩塔、冷凝器等三台塔器设备，均需要现场组焊。其附属管线全部集中在冷箱内，各种管线和阀门均通过活动支架安装在冷箱内。施工空间狭小，各专业深度交叉，施工技术要求高，焊接难度大；
　　4）工艺管线内部清洁度要求极高，尤其是汽化炉的水汽系统管线，安装时要求先与汽化炉接管断开进行系统冲洗，系统管线冲洗合格后再与汽化炉接管进行焊接，最后再反复进行冲洗，直至汽化炉内换热管的流速达到设定要求为止。氮气反吹系统大，管道吹扫器多，如何保证管线内部清洁度是施工的重点和难点。
　　2.2 施工质量控制要点
　　2.2.1 实施全面质量管理，完善质量保证举措
　　1）施工前明确质量目标
　　开工之前，建设单位、监理单位及施工单位达成共识，根据工程特点，明确了项目质量目标。
　　2）确保全面质量管理落地实施
　　项目部建立健全了项目质量保证体系，明确岗位职责，严格落实质量责任制。根据工程实际情况编制了施工组织设计/质量计划、施工方案/作业指导书等针对性和操作性强的施工技术文件，制定并完善一系列项目质量管理制度，规范施工技术质量管理。加大图纸汇审、技术交底的力度，不断优化施工技术方案。做好施工现场材料及施工过程的标识管理，确保工程材料和施工过程的可追踪性。严格执行工序交接检查制度、质量控制点联合检查制度和隐蔽工程验收制度，加强过程监控，保证工程最终质量。通过采取这些措施，带动了整个工程质量的全面提高。

　　3）安全文明施工管控举措
　　项目成立伊始就树立了“安全第一”意识，建立健全了HSE管理体系，成立了HSE管理委员会，制定了安全生产规章制度并针对工程特点编制了《HSE实施程序》与《HSE管理规定》，在施工管理过程中，严格执行相关规定。
　　2.2.2 重视对关键工序、关键分部工程、关键分项工程的过程控制
　　在施工中，重视对关键工序、关键分部工程、关键分项工程的过程控制，主要对煤气化装置钢结构、设备的安装；工艺管线的焊接与安装；空分装置压缩机机组的安装；电气、仪表施工等四个重要过程进行重点管控。
　　1）煤气化装置钢结构、设备的安装
　　（1）钢结构安装
　　项目部提前做好技术准备，针对钢结构框架安装高度高、安装单件重量重、脚手架搭设难和安全风险大的特点，专门成立以项目经理为首的《安庆油改煤大件吊装》QA/QC领导小组，优化、采用钢结构深度预制成框整体吊装的施工方案，利用1 250t履带吊进行吊装，其最大单件吊装质量达280t。针对框架梁和立柱截面和厚度大，焊接难度高，焊接工作量大的特点，项目部采用CO2气体保护焊，用焊丝焊接，加快焊接速度，且施工质量完全符合设计要求，成型良好。
　　（2）设备安装
　　煤气化装置共包含动静设备463台，主要分布于煤气化框架EL0~EL82标高内，部分设备质量非常大、位置高，且所在区域设备、管线林立，吊装非常困难。针对这些难点，项目部编制大型设备吊装方案，确定大型设备的吊装顺序，以保证设备吊装施工有计划、安全而合理地进行；同时编排详细的大型吊车使用计划，减少吊车的进退场次数，达到合理利用大型吊车的目的。
　　（3）磨煤机的安装
　　煤气化装置中有两台ZGM123G型立式中速辊式磨煤机，磨煤机连同附件重210t，机体为散件到货，现场组装。由于该磨煤机是煤气化装置的主要动设备，也是施工单位首次现场组装及安装，装配精度要求高，施工难度大。为保证安装质量，项目部成立了磨煤机安装QC活动小组，就磨煤机的安装难点一一进行讨论、分析、汇总，形成初步方案交于磨煤机厂家代表及业主专业工程师共同探讨确定施工方案，并在施工过程中不断完善。
　　2）工艺管线的焊接与安装
　　（1）煤气化装置工艺管线焊接
　　针对煤气化装置工艺管线特殊材质多、焊接工作量大、焊接质量要求高、焊接难度大等特点，项目部施工前组织专业工程师进行探讨、研究并编制施工方案，对有特殊要求的管线安装编制相应的特殊施工措施（如氧气管线施工方案、氧气管线试压方案等），并在施工中不断完善。
　　（3）空分冷箱铝镁管线焊接
　　针对空分冷箱铝镁管线焊接难度大的特点，项目部积极开展技术攻关和QC小组活动，采用焊口内加衬圈的焊接工艺，并采用99.999%的氩气，同时配备上海威特力焊接设备制造有限公司的新型逆变式交直流方波脉冲氩弧焊机WSME-500，选用安庆石化厂的专用仓库作为铝管的预制场地，并先后派焊工到杭氧公司进行焊工技能培训与考核，取得铝材焊接上岗资质后进行焊接。
　　3）空分装置压缩机机组的安装
　　空分装置压缩机机组为空分装置的核心设备，是施工单位首次施工的最大压缩机组。由于机组主机重量大，辅机多，所有的设备及壳体、隔板、气封、转子、轴承等部件均为散件到货，现场装配复杂，施工周期长。而且机组制造工艺不很成熟，需要边安装边改进，给安装和试车带来了风险。针对这些难点，施工单位多次派专家从施工技术方案准备、各类专用胎具制作、安装条件的落实与实施等方面进行指导，制定了切实可行的施工方案。在施工中严格控制每道工序，按照技术文件的要求精心装配，并多次请专家到现场检查与指导，最终使机组安装质量达到预期的目标，试车一次成功。
　　4）电气、仪表施工
　　（1）施工质量管理
　　根据各装置电气、仪表的不同要求，项目部编制了煤气化装置电气、仪表施工方案，空分装置电气、仪表施工方案，仪表调试方案，调节阀试压及泄漏量试压方案，仪表脱脂方案，核料位计（密度）仪表安装方案和预案等针对性强的施工方案。在施工过程，严格执行领料限额制及签名制度，并从调试开始起就建立施工台帐，使质量控制责任落实到人。
　　（2）放射性核料位（密度）仪表安装
　　由于放射源安全直接关系到环境安全、身心健康和社会稳定，项目领导多次开会宣传放射源安全管理的重要性，要求项目每一位职工从运输、保管、安装、投用等各个环节上予以重视，做好放射源的安装和调试工作。
　　（3）仪表控制系统安装、调试
　　油改煤工程中各主项均属于煤化工连续生产装置，是全厂性化工生产用公用工程装置，其特点是生产规模大、自动化水平高，生产连续性强，因此电气设备的控制及联锁显得更为重要，顺控调试较为困难。为此，施工单位选派最优秀的专业施工队伍负责此项工作，编写合理的施工方案，并加大过程控制力度。
　　（4）电伴热带安装
　　根据工艺要求需对部分管道、设备进行电伴热，主要采用EMK和HSB两种伴热带来实现，采用PT-100测温，利用SIEMENS PLC （S7-300）来实现温度控制。该电伴热带采用德国进口产品，施工中和验收合格后的产品防护非常重要。为此，项目部编制电伴热带安装方案并进行多次施工技术交底。从材料进场检验到施工，都严格按照相关技术规范来执行。
　　3 结论
　　安庆化肥油改煤工程于2006年8月29日顺利中交，并于同年12月13日产出合格的合成氨。该工程以技术进步为先导，以节能降耗为中心，通过原料结构和产品结构的调整，通过流程优化和采用先进的节能降耗措施，大幅度降低了合成氨和尿素生产成本，同时拓展了产品结构、增强了企业的抗风险能力，达到了提高工厂整体经济效益的目的。
　　参考文献
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　　[4]GB50093-2002《自动化仪表工程施工及验收规范》.
　　[5]GBJ50131-2007《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》.

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