SCR煙氣脫硝氨區(qū)系統(tǒng)問題分析與對策

彭海波，陳文斌

（中國石化巴陵分公司熱電部，湖南岳陽 414014）

當(dāng)今，環(huán)境保護(hù)越來越受到重視，火電廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，大部分地區(qū)和企業(yè)均已按照超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求實施煙氣治理，其中選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)成為主選技術(shù)之一。SCR技術(shù)普遍采用液氨作為還原劑，并建有液氨罐區(qū)。液氨是一種無色、強(qiáng)烈刺激性物質(zhì)，遇明火易發(fā)生爆炸，液氨泄漏將會造成人員傷亡，危害環(huán)境，液氨中斷將造成火電廠煙氣超標(biāo)。因此，液氨罐區(qū)是火電廠的關(guān)鍵裝置。文章將重點分析巴陵分公司熱電部液氨系統(tǒng)設(shè)計缺陷和運(yùn)行過程中存在的問題，并在此基礎(chǔ)上制定對策和改進(jìn)方法。

1 液氨罐區(qū)工藝流程

巴陵分公司熱電部是燃煤自備電廠，為公司供電和供熱，共有3臺機(jī)組，裝機(jī)容量115 MW。3臺機(jī)組均采用低氮燃燒和SCR脫硝技術(shù)，共用一套液氨供應(yīng)系統(tǒng)，液氨罐區(qū)建立在廠區(qū)偏僻位置，儲存量為42 t，屬于重大危險源。液氨系統(tǒng)主要包括液氨卸載、排放、儲存、蒸發(fā)和噴淋。主要設(shè)備包括2臺液氨卸料壓縮機(jī)、2個儲氨罐、2個液氨蒸發(fā)器、1個氨氣緩沖罐、2臺廢水泵、1個廢水池。

1）液氨卸載、儲存、蒸發(fā)系統(tǒng)。卸料壓縮機(jī)從儲氨槽車中抽取氨氣，將槽車中的液氨擠入儲氨罐中，然后液氨依靠自身的壓力進(jìn)入液氨蒸發(fā)器，并在蒸發(fā)器中與水蒸氣進(jìn)行換熱成為氨氣，氨氣進(jìn)入緩沖罐，通過自力式調(diào)節(jié)閥控制氨氣以0.06～0.35MPa的壓力進(jìn)入氨/空氣混合器進(jìn)行稀釋，最后進(jìn)入噴氨格柵噴入SCR反應(yīng)器中進(jìn)行脫硝反應(yīng)，控制NOx排放濃度在50 mg/m3以內(nèi)。

2）噴淋系統(tǒng)。液氨罐區(qū)安裝有噴淋系統(tǒng)，當(dāng)液氨罐罐體溫度超過上限或罐區(qū)內(nèi)氨氣泄漏檢測儀報警時，噴淋系統(tǒng)自動噴淋減溫，以降低罐體溫度或?qū)Π睔膺M(jìn)行吸收，控制氨氣污染。

3）排放系統(tǒng)。氨區(qū)設(shè)備、管道內(nèi)的氨排放時全部通過排放系統(tǒng)進(jìn)入稀釋罐，經(jīng)水吸收后排入廢水池，再由廢水泵送至廢水處理廠處理。

2 問題分析與對策

氨區(qū)系統(tǒng)由于自身設(shè)計缺陷和管材選型問題，投產(chǎn)3年后，在運(yùn)行過程中逐漸暴露出閥門銹蝕、系統(tǒng)難以隔離、安全閥無法校驗、不能獨(dú)立供氨等問題，影響了氨罐區(qū)的安全可靠運(yùn)行，不能有效保證供氨穩(wěn)定。原氨區(qū)局部系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖1 原氨區(qū)局部系統(tǒng)工藝流程

2.1 液氨罐至氨蒸發(fā)器管路優(yōu)化

液氨儲罐至蒸發(fā)器管路無法隔離且不能互為備用。原設(shè)計中，液氨分別從#1、#2液氨儲罐底部管閥引出后，合并進(jìn)入一根液氨出口總管，總管在進(jìn)入蒸發(fā)器前再分為兩路液氨管線，分別進(jìn)入#1、#2蒸發(fā)器。運(yùn)行過程中，#1、2液氨罐出口閥由于定期倒罐，開關(guān)頻繁，閥門故障概率增加，曾出現(xiàn)過#1液氨罐出口閥門泄漏，由于無法隔離更換密封墊只能采取臨時緊固措施，若#1、2液氨罐出口閥門或者總閥再次發(fā)生泄漏，將導(dǎo)致兩個液氨罐同時不能投用和隔離檢修，造成供氨中斷，氮氧化物超標(biāo)，并且在退出檢修前需置換液氨，產(chǎn)生大量高濃度氨氮廢水，增加污水處理難度。

針對當(dāng)前狀況，對液氨罐至蒸發(fā)器管道、閥門重新優(yōu)化布置，將#1液氨罐直連#1蒸發(fā)器，#2液氨罐直連#2蒸發(fā)器，#1液氨罐和#2液氨罐可以通過原排污管互為備用。優(yōu)化后，液氨罐至蒸發(fā)器任意管閥出現(xiàn)泄漏，都能實現(xiàn)單獨(dú)隔離，兩套系統(tǒng)能夠相互獨(dú)立且互為備用，可以防止泄漏事故的擴(kuò)大，同時優(yōu)化后的液氨系統(tǒng)閥門數(shù)量減少，有效提高供氨安全和穩(wěn)定性。

2.2 氨氣緩沖罐安裝旁路管

如圖1所示，蒸發(fā)器出來氣氨進(jìn)入緩沖罐后直供SCR裝置，由于緩沖罐未設(shè)置旁路，氨氣緩沖罐及安全閥無法退出運(yùn)行，自投用以來未進(jìn)行過檢驗和校驗工作，因此在氨氣緩沖罐相連管道、閥門發(fā)生泄漏或安全閥失效時，不具備隔離條件，無法正常檢修，若強(qiáng)制退出緩沖罐運(yùn)行，勢必造成環(huán)保超標(biāo)和大量高氨氮污水產(chǎn)生，沖擊污水處理裝置。

為了實現(xiàn)在緩沖罐退出運(yùn)行時，仍能夠確保液氨系統(tǒng)持續(xù)供氨，改造時在氨氣緩沖罐進(jìn)出口管道增設(shè)旁路。從#1蒸發(fā)器出口一、二次閥中間增設(shè)一根管道與緩沖罐出口管道排空閥相連，將原排空閥改裝在旁路管道上。正常情況下，液氨蒸發(fā)器出來氣氨嚴(yán)禁切入旁路運(yùn)行，必須經(jīng)過緩沖罐再送入SCR裝置，以保證氨氣的穩(wěn)定性。特殊情況下，緩沖罐需要隔離檢修或檢驗，安全閥需要定期校驗時，切換旁路運(yùn)行，但應(yīng)保證液氨蒸發(fā)器出口管道上自力式調(diào)節(jié)閥可靠運(yùn)行，氣氨壓力和溫度設(shè)有聯(lián)鎖報警，能夠通過自動調(diào)節(jié)氣氨壓力和蒸發(fā)器加熱蒸汽流量來控制氣氨的穩(wěn)定性，保證應(yīng)急狀態(tài)下供氨安全。改造后氨區(qū)局部系統(tǒng)工藝流程見圖2。

圖2 改造后氨區(qū)局部系統(tǒng)工藝流程

2.3 液氨罐直通緩沖罐的聯(lián)通管道改造

設(shè)計中，液氨罐上部保留至少20%的汽化空間，且液氨罐至緩沖罐應(yīng)裝有直通管道，能夠?qū)⒁喊惫迌?nèi)上層汽化的氨氣直接輸送到緩沖罐，防止液氨罐壓力過高。但在查驗時發(fā)現(xiàn)，安裝過程中直通管道直接插入了液氨罐底的液氨內(nèi)，無法釋放汽化的液氨，存在較大的安全隱患。

該次改造將液氨罐內(nèi)直通管道插入液氨的部分截短，保證管口在汽化層，能夠?qū)С鲆喊眱迌?nèi)汽化的液氨，釋放壓力，防止液氨儲罐壓力過高。

2.4 液氨系統(tǒng)重要管閥的更換

液氨具有腐蝕性，發(fā)生泄漏時，氨與空氣混合后，可以使空氣中的氧更容易與金屬發(fā)生氧化腐蝕。同時在常溫下，液氨極易汽化，一旦泄漏，液氨揮發(fā)成氣氨就會引起局部管道驟然降溫，甚至低至-33℃，普通碳鋼承受不住如此低溫而發(fā)生管道凍裂，引發(fā)更為嚴(yán)重的安全環(huán)保事故[4]。該電廠液氨罐區(qū)大部分設(shè)備管材均采用普通碳鋼，且半露天安置于三面環(huán)山的山坳內(nèi)，濕氣重、潮氣大，隨著運(yùn)行時間的延長，部分管閥出現(xiàn)了氨泄漏，泄漏的液氨汽化吸熱，在管道閥門表面形成冰霜和冷凝水，氨與水結(jié)合后，加速了閥門、螺栓的氧化腐蝕?，F(xiàn)場大部分碳鋼閥門閥體及閥桿部位均已出現(xiàn)腐蝕情況，其中與氨水直接接觸的污水泵，腐蝕生銹更為明顯。

考慮到罐區(qū)的長期穩(wěn)定運(yùn)行，在該次改造時，將液氨罐排污系統(tǒng)、液氨罐進(jìn)出口管閥、旁路管閥等均更換為不銹鋼管，閥門更換為WJ41B-25P系列氨用截止閥和RF/PN2.5/304YG41W系列限流閥，從根本上降低液氨罐區(qū)管閥泄漏和腐蝕的概率，避免因材質(zhì)問題引發(fā)安全環(huán)保事故。

2.5 氨區(qū)系統(tǒng)壓力容器檢驗及安全閥校驗

按照該公司管理規(guī)定要求，液氨屬于有毒、易燃、易爆介質(zhì)，其壓力容器需3年檢驗1次，安全閥1年校驗1次，但自氨區(qū)投運(yùn)以來，由于系統(tǒng)難以隔離，液氨儲罐、緩沖罐及相關(guān)10臺安全閥都不具備檢驗條件，存在較大的安全隱患。因此，在該次改造時對主要壓力容器和安全閥進(jìn)行了檢驗和校驗，評估出液氨系統(tǒng)各壓力容器和安全閥的運(yùn)行狀況，為后期液氨系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供依據(jù)。

檢測過程中，重點發(fā)現(xiàn)了液氨儲罐有一端弧形封頭母材存在分層現(xiàn)象，該封頭兩拼板存在夾層，經(jīng)核算夾層與自由表面夾角大于10°，因生產(chǎn)與工藝原因，無法立即更換，故評定安全狀況等級為4級，監(jiān)控使用1年。

液氨儲罐材質(zhì)采用Q345R鋼，鋼板的分層是鋼板在軋制過程中，由于鋼錠內(nèi)存在氣泡、非金屬夾雜物或發(fā)生折疊以及鋼板在切邊時未把原鋼錠的殘余縮孔完全切除，而在鋼板中產(chǎn)生的一種先天性缺陷[5]。液氨儲罐日常運(yùn)行壓力溫度均在正常范圍內(nèi)，排除運(yùn)行工藝造成母材分層，同時檢測過程中未發(fā)現(xiàn)氣泡和縮孔，分析主要原因為安裝前制造工藝問題，后期將由廠家對問題封頭重新更換。

2.6 卸氨區(qū)域增設(shè)噴淋系統(tǒng)，完善清污分流。

液氨卸載是在壓縮機(jī)的作用下，將液氨通過鶴管送入液氨儲罐，卸氨平臺為露天安置，接卸時，接口處容易密合不嚴(yán)，引發(fā)液氨泄漏，造成安全環(huán)保事故。為此，在卸氨區(qū)域增設(shè)噴淋系統(tǒng)，防止空氣污染和人身傷害，同時周邊開挖水溝收集噴淋污水，裝設(shè)清污分流閘板，如發(fā)生液氨泄漏噴淋時，切換清污分流閘板，將污水引入污水管網(wǎng)。

3 結(jié)論

1）該電廠對液氨罐區(qū)液氨系統(tǒng)進(jìn)行了改造優(yōu)化，使液氨儲罐、蒸發(fā)器、緩沖罐等主要供氨設(shè)備在不影響運(yùn)行的基礎(chǔ)上，都能實現(xiàn)單獨(dú)隔離，為罐區(qū)管閥檢修和壓力容器、安全閥的定期校驗創(chuàng)造有利條件，保證了主體設(shè)備的安全可靠性，提高了液氨罐區(qū)的供氨穩(wěn)定性，具有較好的安全環(huán)保效益。

2）本著以人為本的管理思想，將液氨罐區(qū)的重要管閥更換成不銹鋼材質(zhì)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的耐腐蝕性，降低設(shè)備故障率，減少工作人員在重大危險源區(qū)域的工作量，提高了人身安全系數(shù)。

3）通過該次改造優(yōu)化，消除了裝卸區(qū)域的安全隱患，提高了卸氨質(zhì)量。

4）由于現(xiàn)場條件及時間的限制，污水泵腐蝕生銹、污水池排放管線未加裝阻火器等部分遺留問題在具備條件時仍需整改，最大程度降低氨區(qū)系統(tǒng)的安全環(huán)保風(fēng)險，消除隱患，實現(xiàn)供氨安全穩(wěn)定。