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技術文章

脫硫系統管道簡介及閥門的設計選型

1、前言
    目前國內使用十分成熟的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫具有脫硫效率高、適應煤種廣、脫硫劑價格便宜且采購方便、技術成熟可靠及裝置運行穩定等特點，該濕法工藝適用于不同類型、不同規格的火電廠鍋爐及其它燃煤鍋爐，也是目前國內外應用*廣泛的脫硫工藝(占所有脫硫工藝的80%左右)。濕法工藝涉及到的管道主要分為以下幾類：煙道、漿液管道、汽水管道、空氣管道。其中的漿液管道是以往電力工程設計中所沒有的，它是水和固體顆粒物兩種介質流的管道，它具有普通流體管道幾乎所有特性，同時又具有易磨損、易腐蝕及易堵塞等普通流體管道所沒有的特點，特別是在管道啟動、運行、停止等狀態時，如果設計得不合理，就會造成沉積甚至堵塞。正是由于后面的幾個特征決定了漿液管道在設計時與普通流體管道的巨大區別。
    2、漿液管道介質特點
    濕法煙氣脫硫漿液管道，具有普通流體管道幾乎所有特性，同時由于漿液管道內介質為石灰石粉或石膏粉等細小顆粒同水的混合物，并夾雜著部分氯離子(20000ppm以內)和重金屬離子，使得漿液管道具有易磨損、易腐蝕及易堵塞等特點。
    2.1 磨損性
    漿液的磨損性是指漿液中固體顆粒(特別是硅酸鹽類)對被磨損材料的撞擊及破壞。濕法煙氣脫硫漿液介質主要由石灰石(CaCO3)顆粒(含有少量SiO2)、石膏(CaSO4?2H2O)顆粒和水組成，漿液的含固量一般為4.0%~50%。石灰石漿液顆粒直徑取決于石灰石粉的目數，按照低標準250目的要求衡量，則石灰石漿液顆粒的直徑一般小于60μm，而石膏顆粒粒徑也大多小于100μm。在較高的流速(3m/s以上)時，這些顆粒會對管道內壁產生嚴重的磨損或沖蝕。
    2.2 腐蝕性
    因漿液具有弱酸性，并且還夾雜著部分氯離子和氟離子，這些物質會與碳鋼管壁發生化學反應而使鋼管腐蝕，直至爛穿，影響脫硫裝置的使用壽命。主要反應式為：4Fe+SO42-+4H2O=FeS+3Fe(OH)2+2OH-
    另外，Cl-比氧更容易吸附在金屬表面，并把氧排擠掉，從而使金屬的鈍化狀態遭到局部破壞而發生孔蝕，某些不銹鋼材料也難以避免。漿液對金屬管的腐蝕形式有：點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、疲勞腐蝕、電化腐蝕等等。石灰漿調節閥選型防止腐蝕的*佳方法是阻止漿液與金屬面接觸，如襯膠(目前應用較廣泛的為丁基橡膠)或襯塑。
    2.3 易堵塞性
    濕法煙氣脫硫漿液管道為兩相流。兩相流的特點是流速一定要控制在合適的范圍之內。流速高了易產生磨損并大大增加管道阻力，而流速低了則會產生沉積，縮小管道的流通面，直至堵塞整根管道。漿液管道的易堵塞還表現在沉積物長期不清理會導致硬化結塊，*終整根管道報廢。
    對于含有弱堿性(含Ca2-)的管道還有容易結垢的特點，不管流速如何，長期運行均會導致管道結垢堵塞。這也是濕法煙氣脫硫吸收塔漿液PH保持5~6(弱酸性)的重要因素之一。
    3、漿液管道的設計
    針對濕法煙氣脫硫漿液管道的介質特點，在設計漿液管道時既要滿足普通低壓流體管道設計的規定及要求，同時又要考慮到漿液管道的特殊性。下面從漿液管道設計時的一般要求、管道選材、管徑計算、坡度要求、管廊布置、閥門選型及布置、支吊架布置等幾個方面介紹：
    3.1 一般要求
    漿液管道流程設計時的一般要求：應充分注意采用先進技術，合理利用裝置內的能量，妥善地處理廢氣和廢液(由于脫硫廢水中可溶性鹽類和氯離子含量非常高，對再利用用戶的系統材質和產品會造成**影響，所以脫硫廢水*好用作鍋爐撈渣、沖灰、沖渣的補充水或煤場灑水等);必須滿足正常生產、開停工、**和事故處理的要求，并應考慮維修要求和一定的操作靈活性;管道進出裝置處應設置切斷閥;裝置因事故或定期停工要進行大修時，應有將裝置內物料全部排出至事故漿罐的措施。
    漿液管道布置設計時的一般要求：應符合工藝設計要求;盡量布置成“步步高”或“步步低”，以避免液袋或“盲腸”，否則需要設置導淋點，或至少通過人工**;先難后易，如先布置重要的、大管徑的、漿液的管道，后布置細小的、次要的、輕的管道;管道布置應整齊有序，橫平豎直，成組成排，便于支撐;縱向與橫向的標高應錯開，一般在改變方向的同時改變標高;管道*好架空或地上敷設，漿液管一般不允許地溝敷設或直埋;不妨礙設備、機泵、儀表和閥門的操作及維修;滿足流量計、密度計及PH計等對管道的特殊要求;變徑管件應緊靠需要變徑的位置，以節約管材;管道應妥善支撐;人通行處管底標高不宜小于2.2m，車通行處管底標高不宜小于4.5m;并排布置管道法蘭外緣之間的凈距不宜小于25mm(無法蘭管道為50mm)，或保溫層之間的凈距不宜小于50mm;穿樓板時予留孔應設擋水沿，孔徑應滿足法蘭進出;無壓流管道孔板應布置在立管上，以利于排凈;法蘭的位置設置要滿足安裝螺栓的操作空間;管道一般應設坡度(坡度要求后面會詳細展開說明);漿液管道應遠離電氣設備及電纜橋架，無法避免的則管道盡量在下面走，以防止滴液腐蝕電氣設備;泵吸入段應留有有效的氣蝕余量，一般至少為泵所需氣蝕余量的1.2倍，泵吸入段應盡量短而直，泵入口的大小頭應盡量靠近漿液泵。
    3.2 管道選材
    目前，國內漿液管道一般采用的材料有：襯膠碳鋼管(RL)、襯塑碳鋼管(PL)、玻璃鋼管(FRP)、聚丙烯(PPR、PPH)管、不銹鋼(304、316)管等。襯膠碳鋼管(RL)以普通碳鋼管(Q235-A)或上等鋼管(20#)作為鋼架材料，以橡膠(一般是丁基橡膠)作為襯里層，將金屬特性和橡膠特性合二為一。襯膠碳鋼管具有耐磨、抗滲防腐、耐熱(120℃)等性能，管與管之間采用法蘭連接。碳鋼襯膠管是目前應用*廣泛的煙氣脫硫漿液管道。碳鋼襯膠要徹底，不僅要對所有管道內壁進行襯膠，還要對所有可能接觸漿液的部件如法蘭面(襯膠要覆蓋法蘭面而無需墊片)、管內件、閥門、漿液泵等進行襯膠。否則，只要有一處被腐蝕，爛點就會蔓延，直至影響整個部件。
    襯塑鋼管(PL)是普通碳鋼管或上等鋼管內襯塑料而成的管材。襯塑鋼管(PL)分鋼襯聚丙烯(PP)、鋼襯聚乙烯(PE)、鋼襯聚氯乙烯(PVC)、鋼襯聚四氟乙烯(PTFE)等幾種，管與管之間也采用法蘭連接。由于價格比襯膠鋼管貴，在煙氣脫硫工程中襯塑鋼管(PL)一般只用在細小口徑的漿液管中。
    玻璃鋼管(FRP)是一???由基體材料和增強材料兩個基本組分并添加各種輔助劑而制成的復合材料。常用的基體為各種樹脂，常用的增強材料主要有碳纖維、玻璃纖維、有機纖維等。玻璃鋼管(FRP)具有耐腐蝕性、耐熱性、耐磨性、重量輕等特點。玻璃鋼管道的接頭方式有多種，主要包括：承插膠接、平端對接、法蘭連接等，公稱壓力從常壓至4.0MPa不等，溫度范圍為-40～l00℃。缺點是相比金屬管強度低、剛性差，長期受紫外線照射易老化，在濕法煙氣脫硫工程少部分會采用，如噴淋管、氧化空氣管等。
    聚丙烯(PPR、PPH)管是采用無規共聚聚丙烯經擠出而成的管材(注塑成為管件)，是歐洲90年代初開發應用的新型塑料管道產品。PPR(PPH)管除了具有一般塑料管重量輕、耐腐蝕、不易結垢等特性外，還有較好的耐熱性，PPR(PPH)管的*高工作溫度可達95℃。PPR(PPH)管材、管件可采用熱熔和電熔連接，安裝方便。PPR(PPH)管的缺點是相比金屬管強度低、剛性差，5℃以下存在一定低溫脆性，PPR(PPH)管長期受紫外線照射易老化降解;另外，PPR(PPH)管的線膨脹系數較大(0.15mm/m℃)，在布置設計時要有吸收熱膨脹的措施。少數濕法脫硫工程采用PPR(PPH)管作漿液管道，主要還是看中它的價格便宜、安裝方便。
    不銹鋼(304、316)管具有防腐、耐熱、強度高及美觀等性能，缺點是價格高，并且碰到氯離子時也會生銹。不銹鋼(304、316)管一般用在細小而無法襯膠的漿液管道中，如DN10~DN40等。
   3.3閥門選型及布置
    閥門的主要功能是接通或截斷流體通路、調節和節流、調節壓力及釋放過剩壓力和防止倒流等。
    蝶閥具有尺寸小、重量輕及開閉迅速的特點，并有一定的調節功能。由于蝶閥閥板的運動帶有擦拭性，故大多數蝶閥可用于帶懸浮固體顆粒的介質，用在漿液管道中的蝶閥有襯膠蝶閥和合金鋼蝶閥等。蝶閥的結構長度和總體高度較小，開啟和關閉速度快，在完全開啟時，具有較小的流體阻力，比較適用脫硫漿液(低壓流體)系統。按連接型式蝶閥可分為法蘭連接和對夾式連接。另外，蝶閥密封性較差，使用壓力和工作溫度范圍小，有些要求嚴格的場合不推薦使用蝶閥。
    隔膜閥(在漿液系統中*好使用直通型閥門)是閥體內裝有能產生撓性的橡膠或塑料制成的隔膜作為關閉件，并把閥體內腔與閥蓋內膜隔開的一種閥門。隔膜閥具有密封性好、流阻小及價格比較低等優點，但隔膜閥機械壽命較短。隔膜閥能使用于有腐蝕性的、含硬質懸浮物的介質，且可以安裝在漿液管道的任何位置。
    球閥是近年來被廣泛采用的閥門，它具有流體阻力小、結構簡單、密封可靠、適用范圍廣、操作靈活等優點。同時，球閥在全開全閉時，球體和密封圈的密封面與介質隔離，高速通過閥門的介質不會浸蝕密封面，增加了球閥的使用壽命。球閥可以使用在漿液管道中。在石膏排出去**旋流器進料管道上及石灰石漿液進吸收塔管道上還要用到電動調節閥，該調節閥必須有防腐功能。
    止回閥僅用在水和空氣管道中，止回閥不應使用在漿液系統中。
    沖洗和排放的閥門和漿液環路的給料/隔離的閥門應盡可能靠近主管道以避免堵塞;一般情況下，在人難以操作到的地方或經常要使用的閥門*好采用氣動執行機構;所有閥門的安裝位置均應便于操作、維護和檢修，安裝位置過高的閥門應設置操作平臺;閥門相鄰布置時，手輪間的凈距不宜小于100mm;對于水平布置的閥門，執行機構及閥桿不應低于水平管道，閥門的閥桿不應朝下;立管上閥門手輪的安裝高度宜為1.2~1.5m;蝶閥在安裝時，閥瓣要停在關閉的位置上，并應注意使閥板下部在閥門在開啟時朝介質流動方向旋轉。

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