保障氨區(qū)安全的防范措施

吳貴德，向世強(qiáng)，王 鑫，王佰旭

(華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300)

保障氨區(qū)安全的防范措施

吳貴德，向世強(qiáng)，王 鑫，王佰旭

(華能丹東電廠，遼寧 丹東 118300)

介紹了丹東電廠迂回式供氨設(shè)備有別于其它電廠直通式氨區(qū)的特點(diǎn)，對氨通流系統(tǒng)污堵沉積物產(chǎn)生原因、性狀、成分、堵塞部位進(jìn)行了分析，對沉積物污堵的防范措施進(jìn)行了探討。

迂回式；直通式；氨通流系統(tǒng)；沉積物；污堵

1 迂回式供氨設(shè)備

1.1 迂回式供氨流程

全國電廠共3家采用迂回式供氨，迂回式供氨裝置相當(dāng)于熱力系統(tǒng)的汽包爐，氨在“液氨儲罐—液氨蒸發(fā)器”由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，出口氣氨不是直接供給氨氣緩沖器，而是回到液氨儲罐，相當(dāng)于汽包鍋爐的自然循環(huán)，液氨蒸發(fā)器相當(dāng)于鍋爐的水冷壁；供氨時，氨氣由液氨儲罐直接供給氨氣緩沖器，再送往鍋爐SCR。原理圖如圖1所示。

1.2迂回式供氨污堵點(diǎn)

圖1 迂回式供氨原則系統(tǒng)圖

由于液氨蒸發(fā)器出口氨氣首先回到液氨儲罐，氨中含有的雜質(zhì)、微量水分大部分積存在液氨儲罐中，當(dāng)水分含量達(dá)到一定程度，將造成液氨蒸發(fā)器無法工作，導(dǎo)致氨區(qū)無法供氨。采用這種供氨方式時，在液氨儲罐上安裝低點(diǎn)排空管道定時排出底部積液、沉積物，避免冬季積水，保證安全供氨。

1.3 迂回式供氨特點(diǎn)

1.3.1 氨區(qū)供氨設(shè)備以液氨儲罐為核心

氨區(qū)的液氨卸料與儲存(包括液氨儲罐、卸氨壓縮機(jī)、液氨槽車)、液氨蒸發(fā)(包括液氨儲罐、液氨蒸發(fā)器)、氨氣輸送(包括液氨儲罐、氨氣緩沖器)子系統(tǒng)，其所有設(shè)備都是以液氨儲罐為中心，因此在氨區(qū)運(yùn)行時，液氨儲罐的狀態(tài)、運(yùn)行檢修維護(hù)、安全防范、危險點(diǎn)預(yù)控就顯得極為重要。

1.3.2 通過四通閥控制介質(zhì)流動方向

通過搬動卸氨壓縮機(jī)前的四通閥手柄，在垂直和水平位置之間切換，改變介質(zhì)流動方向，可以實(shí)現(xiàn)：①液氨槽車卸料，即將液氨由液氨槽車卸入液氨儲罐；②倒罐操作，將液氨從一個儲罐輸送到另一個儲罐；③儲罐輸送至槽車，即將液氨從液氨儲罐輸送至槽車；④滿足遇有異常情況時的不同操作需求。

1.3.3 實(shí)現(xiàn)非常規(guī)卸氨

運(yùn)行中液氨儲罐向液氨槽車加壓，實(shí)現(xiàn)不用壓縮機(jī)也可以卸氨；此為迂回式供氨衍生出的功能。

1.3.4 迂回式供氨可以節(jié)能

采用迂回式供氨系統(tǒng)，可以通過調(diào)低液氨儲罐壓力設(shè)置值，減少液氨蒸發(fā)器進(jìn)蒸汽量，增加液氨儲罐液氨的自身蒸發(fā)量，保持液氨儲罐液氨處于相對較低的溫度，會減少對液氨蒸發(fā)的熱量輸送，達(dá)到節(jié)能的目的。丹東電廠液氨儲罐一直保持比較低的溫度，夏季液氨儲罐外表面存在露珠，節(jié)能效果顯著。

2 直通式供氨設(shè)備

2.1 直通式供氨流程

全國絕大多數(shù)電廠都采用直通式供氨，其流程為液氨儲罐—液氨泵—液氨蒸發(fā)器—氨氣緩沖器—鍋爐SCR。相當(dāng)于熱力系統(tǒng)沒有給水泵的直流爐，在液氨蒸發(fā)器中氨由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)直接流向SCR。原則系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 直通式供氨原則系統(tǒng)圖

液氨在“液氨儲罐—液氨泵—液氨蒸發(fā)器”由液態(tài)變化為氣態(tài)的過程中，類似熱力設(shè)備的直流爐，氣氨直接供給氨氣緩沖器。

從液氨儲罐開始供氨整個流程中，管道中的水分、 雜質(zhì)不會大量聚集在某一處(特別是液氨蒸發(fā)器)，會一直被攜帶，但是在比較長的供氨管道上氨氣中的水分、雜質(zhì)有積存的可能，特別是某些低洼處在冬季有可能造成管道凍堵，這是此類供氨系統(tǒng)發(fā)生堵塞的一個重要原因。

2.2 直通式供氨系統(tǒng)改進(jìn)的注意事項(xiàng)

直通式和迂回式2種供氨各有特點(diǎn)，迂回式存在一些優(yōu)勢，因此一些直通式電廠做了部分借鑒。

直通式和迂回式供氨，其配套設(shè)備有很大不同，將直通式徹底改成迂回式，改動較大，要考慮必要性；可以考慮直通式供氨設(shè)備現(xiàn)場存在的問題，明確要達(dá)到的目的，借鑒迂回式的優(yōu)勢進(jìn)行有針對性的改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)“用最小的投入，實(shí)現(xiàn)最大的效益”，提高氨系統(tǒng)的安全性。

2.3 相關(guān)電廠目前可以做的改進(jìn)

考慮經(jīng)濟(jì)性，可以利用迂回式的優(yōu)勢，考慮實(shí)現(xiàn)“無壓縮機(jī)卸氨”；注重安全性，可以考慮將液氨蒸發(fā)器出口氣氨引回液氨儲罐，氣氨直接進(jìn)入氨氣緩沖器，向SCR供氨；這樣可以減少氣氨管線上的閥門、濾網(wǎng)沉積物的污堵。

3 氨系統(tǒng)沉積物分析

3.1 沉積物產(chǎn)生原因

隨著我國火電廠脫硝系統(tǒng)相繼投入運(yùn)行，氨系統(tǒng)的污堵在很多電廠都有發(fā)生，查找到的原因基本都是液氨質(zhì)量問題。液氨生產(chǎn)、運(yùn)輸過程中攜帶水、雜質(zhì)；液氨系統(tǒng)嚴(yán)密性不好，空氣進(jìn)入系統(tǒng)后其中的氧和二氧化碳與氨生成了胺基甲酸銨，形成銨類復(fù)合物，對金屬表面的鈍化膜有破壞作用，加重金屬基體腐蝕。

胺基甲酸銨(NH4CO2NH2)超過59 ℃分解為氨(NH3)和二氧化碳(CO2)[2]；其機(jī)理為

有共存時，則生成胺基甲酸氨，對碳鋼有強(qiáng)烈的腐蝕作用：

3.2 沉積物性狀、成分

沉淀呈灰白色，在空氣中放置變?yōu)楹稚⒗^續(xù)變?yōu)榧t褐色，夾雜白點(diǎn)，白點(diǎn)逐漸消失，最終呈灰褐色稠狀物質(zhì)，90 ℃時失重約70%；主要成分是銨鹽、碳酸鹽、金屬腐蝕產(chǎn)物；水不溶物占60%，其中鐵含量超過50%，主要是亞鐵離子。

3.3 堵塞部位

堵塞部位一般為液氨儲罐底部液氨出口、液氨蒸發(fā)器、管道、調(diào)門、過濾器、濾網(wǎng)。

4 防止氨通流系統(tǒng)沉積物堵塞的措施

4.1 主動預(yù)防措施

4.1.1 按國標(biāo)進(jìn)行液氨驗(yàn)收

鑒于液氨的特殊性，如取樣難度大、測量儀器特殊、測試環(huán)境要求嚴(yán)格、專業(yè)性強(qiáng)等，各廠的工作很難滿足要求，做不到嚴(yán)格把控液氨驗(yàn)收品質(zhì)。

現(xiàn)在各個電力公司都設(shè)有區(qū)域分公司，由分公司牽頭組織力量，這項(xiàng)工作開展起來使液氨品質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)共享，具有可行性。

4.1.2 提高液氨等級

目前使用的液氨為合格品，可以考慮使用一等品或優(yōu)級品，這需要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

4.1.3 保證液氨系統(tǒng)嚴(yán)密性

根據(jù)氨通流系統(tǒng)堵塞的原因，保證系統(tǒng)良好的嚴(yán)密性，對減輕系統(tǒng)腐蝕非常重要。系統(tǒng)不嚴(yán)，空氣就會進(jìn)入氨系統(tǒng)，特別是在海邊的電廠，濕度非常高，空氣中含有大量的水分。因?yàn)榘钡母g是電化學(xué)腐蝕，必須有水才能完成。對于氨系統(tǒng)，無論是液態(tài)還是氣態(tài)，如果管道、容器內(nèi)壁干燥，就不會發(fā)生腐蝕。另外，只要氨區(qū)有氨氣氣味，就說明有漏的地方，相關(guān)部位就有可能存在腐蝕，產(chǎn)生沉積物污堵。

4.1.4 正確選擇材質(zhì)

氨區(qū)的罐體、管道、閥門材質(zhì)的選擇有特殊要求，除了要耐低溫，還要注意耐“氨腐蝕”，重要、容易發(fā)生沉積物污堵的管道、閥門，一定要嚴(yán)格選材。

a. 罐體要使用低溫鋼

普通碳鋼在低于某個臨界溫度的條件下，韌性急劇降低，性質(zhì)變脆。低溫鋼在低溫下具有足夠的強(qiáng)度和充分的韌性，具有良好的工藝性能、加工性能和耐腐蝕性等。一般分4個溫度級別：-20～40 ℃、-50～80 ℃、-100～110 ℃、-196～269 ℃。

美標(biāo)低溫鋼A420 WPL6，對應(yīng)的管材為A333 Gr.6，一般用于低溫-45 ℃環(huán)境下。錳、鎳等元素能阻止碳鋼裂紋擴(kuò)張、提高低溫韌性，每增加1%的鎳含量，脆性臨界轉(zhuǎn)變溫度可降低20 ℃左右；為降低成本，國內(nèi)一般使用錳鋼，可在-40 ℃環(huán)境下工作。在國標(biāo)中的4種錳鋼中，一般使用16MnDR[4]。在低溫鋼成分中，一般認(rèn)為，碳、硅、磷、硫、氮等元素使低溫韌性惡化，其中磷的危害最大，所以在冶煉中應(yīng)早期低溫脫磷。

b. 管道、閥門要使用不銹鋼

奧氏體不銹鋼具有面心立方晶格，為非冷脆體，具有隨著溫度下降其強(qiáng)度提高，而塑性和韌性指標(biāo)仍保持較高數(shù)值的性能[5]。

隨著對低溫鋼使用溫區(qū)的多樣化，綜合考慮耐腐蝕性能，管道、閥門一般使用304不銹鋼，即1Cr18Ni9，重點(diǎn)部位可以考慮使用耐腐蝕性能更加優(yōu)良的316L不銹鋼，即022Cr17Ni12Mo2。

另外，氨區(qū)一定要有專人負(fù)責(zé)，無論是運(yùn)行，還是檢修，專責(zé)管理很重要。

4.2 被動預(yù)防措施

被動預(yù)防措施包括氮?dú)獯祾吖艿?、閥門，液氨儲罐、液氨蒸發(fā)器定期排污，這是在發(fā)生氨系統(tǒng)污堵，威脅SCR運(yùn)行的情況下采取的應(yīng)急措施[6]。

“被動預(yù)防”不要變成“被動應(yīng)對”，如果主動預(yù)防沒有做好，“被動預(yù)防”變成了“被動應(yīng)對”，一旦是因?yàn)榘l(fā)生堵塞而進(jìn)行排污、吹掃，最后徹底解決就要清理儲罐、蒸發(fā)器、閥門、濾網(wǎng)。

5 結(jié)束語

在防治氨區(qū)污堵工作上，要堅(jiān)持“預(yù)防為主”這一電力安全生產(chǎn)基本方針，做到防患于未然，將事半功倍，否則事故發(fā)生的時候，將會面臨很大的損失，因此要堅(jiān)持做好“主動預(yù)防”。

[1] 吳貴德. 華能丹東電廠氨區(qū)的技術(shù)特點(diǎn)[C]. 第五屆火電行業(yè)化學(xué)專業(yè)交流會論文集，2014，11:462-465.

[2] 翁俊震，毛榮軍，王 剛. 火電廠脫硝系統(tǒng)氨站輸氨管道堵塞原因分析及處理[J].清洗世界，2014，30(3):42-45.

[4] 邵正華，張桂紅，吳忠憲. 低溫鋼及其應(yīng)用[J]. 石油化工技術(shù)，2004，25(2):43-46.

[5] 范存淦，錢百年，李冬法. 石化工業(yè)低溫用鋼[J]. 石油化工腐蝕與防護(hù)，1999，16(2):31-34.

[6] 陳建明. SCR氨區(qū)的運(yùn)行維護(hù)[J]. 電力科技與環(huán)保，2014，30(3):40-43.

Precautionary Measures to Safeguard the Safety of the Ammonia Area

WU Guide，XIANG Shiqiang，WANG Xin，WANG Baixu

(Huaneng Dandong Power Plant，Dandong，Liaoning 118300，China)

This paper introduces the characteristics of the submerged ammonia supply equipment in Dandong Power Plant, which is different from the other types of direct-type ammonia zone in the power plant. The causes, traits, components and plugging parts of the fouling deposits in the ammonia flow system are analyzed.The precautionary measures are discussed.

roundabout；straight through；ammonia flow system；sediment；fouling

TM407

A

1004-7913(2017)10-0041-03

吳貴德(1963)，男，學(xué)士，高級工程師，從事火力發(fā)電廠化學(xué)專業(yè)技術(shù)管理工作。

2017-06-28)