煤炭加工與綜合利用COAL PROCESSING & COMPREHENSIVE UTILIZATIONNo.10, 2014煤制甲醇項(xiàng)目低溫甲醇洗裝置尾氣管道的選型翁希旭，馬飛(兗州煤業(yè)榆林能化有限公司,陜西榆林719000)摘要: 兗州煤業(yè)榆林能化有限公司甲醇廠60萬(wàn)Va煤制甲醇項(xiàng)目低溫甲醇洗裝置尾氣管道原設(shè)計(jì)為不銹鋼材質(zhì)，經(jīng)過(guò)分析論證，最終選用價(jià)格較為低廉的涂塑復(fù)合鋼管，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，效果良好，大大節(jié)約了投資成本。關(guān)鍵詞:煤制甲醇;低溫甲醇洗;尾氣管道;涂塑復(fù)合鋼管中圖分類號(hào): TQ223. 1.文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 1005-8397(2014) 10-0064-03兗州煤業(yè)榆林能化公司60萬(wàn)Va甲醇項(xiàng)目以表1 低溫甲醇洗裝置的尾氣成分體積分?jǐn)?shù)煤和空氣為主要原料，采用水煤漿加壓氣化技術(shù)項(xiàng)目體積分?jǐn)?shù)/%制備粗合成氣，經(jīng)部分耐硫變換、低溫甲醇洗凈CO284. 9970. 524.化得到滿足甲醇合成要求的精制合成氣，再經(jīng)合H0. 173成和精餾得到精甲醇。N213. 210H2O0.982 .問(wèn)題提出的背景CH2OH .0. 002CH40.097低溫甲醇洗裝置采用德國(guó)魯奇的低溫甲醇洗脫COS41.0x10-6硫脫碳技術(shù)，進(jìn)入低溫甲醇洗裝置變換氣中的CO2體積分?jǐn)?shù)達(dá)到31.3%。變換氣中的CO2氣體經(jīng)過(guò)吸從表1可見(jiàn)，尾氣的主要組成為CO2、N2和收、解析、洗滌等過(guò)程后，系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)通過(guò)少量的H20,在正常生產(chǎn)中屬于連續(xù)排放。由于尾氣煙囪排放的尾氣量可達(dá)11.6萬(wàn)m'/h，壓力管道中存有少量的水易和CO2氣體生成碳酸對(duì)管(A)為0.188 MPa,溫度為6.6 C。工藝軟件包中尾道產(chǎn)生腐蝕，德國(guó)魯奇公司設(shè)計(jì)的尾氣排放管道氣的成分體積分?jǐn)?shù)見(jiàn)表1。采用304L不銹鋼材質(zhì)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程中，本著滿足使收稿日期: 2014-10-17作者簡(jiǎn)介:翁希旭(1980- -), 男，河北承德人，2012 年畢用及節(jié)約成本的原則，對(duì)在此環(huán)境下(弱酸性、業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，工程碩士,兗州煤業(yè)榆林能化有限公常溫常壓)的管道選材進(jìn)行充分的調(diào)研論證基礎(chǔ)司工程師。上，榆林能化公司相關(guān)技術(shù)人員提出了使用在給液和變換高溫冷凝液用量和引人高溫高壓密封水4結(jié)語(yǔ)的方法，可以替代灰水補(bǔ)水，在不減負(fù)荷、停車(chē)(1)由于氣化爐兩對(duì)燒嘴相對(duì)獨(dú)立，且每臺(tái)的情況下，實(shí)現(xiàn)低壓灰水泵雙泵在線搶修。配置高壓煤漿泵提供對(duì)置的一對(duì)燒嘴煤漿，一對(duì)燒嘴高溫高壓密封水串高溫?zé)崴芫€，還可實(shí)現(xiàn)高溫停車(chē)，另一對(duì)燒嘴仍可維持系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行，從而熱水泵雙泵故障的在線搶修。實(shí)現(xiàn)高壓煤漿泵隔離檢修，再利用帶壓連投技(3)利用鎖斗安全閥代替鎖斗進(jìn)口閥手動(dòng)排術(shù)，重新投料并入系統(tǒng)。渣操作，在進(jìn)行換閥準(zhǔn)備工作的同時(shí)，鎖斗系統(tǒng)(2)配置高溫高壓密封水串變換高溫冷凝液可以實(shí)現(xiàn)正常排渣，盡可能縮短換閥時(shí)間，減少管線，通過(guò)增加0.7MPa脫鹽水、變換低溫冷凝換|閥過(guò)程中氣化爐內(nèi)灰渣積累量。2014年第10期翁希旭，等:煤制甲醇項(xiàng)目低溫甲醇洗裝置尾氣管道的選型65水和煤礦上廣泛使用的一種涂塑復(fù)合鋼管的建也增加，使陰極去極化過(guò)程加快，從而大大增加議，復(fù)合管的基體材料選用普通碳鋼管，鋼管內(nèi)腐蝕速率。低溫甲醇洗裝置尾氣管道運(yùn)行壓力較外襯為高分子PE材料。低，故壓力的影響可以忽略。(4)流速的影響。隨著流速加快，H2CO3 和2尾氣排放采用涂塑復(fù)合鋼管的可行性分析H*等去極化劑能更快地?cái)U(kuò)散到電極表面，使陰2.1 普通鋼管在尾氣環(huán)境下的腐蝕極去極化增強(qiáng)，腐蝕產(chǎn)生的Fe2+迅速離開(kāi)金屬表干燥的CO2在常溫下對(duì)碳鋼管道沒(méi)有腐蝕作面，阻止金屬表面保護(hù)膜形成，并且對(duì)已形成的用，但低溫甲醇洗裝置尾氣中含有0. 98%的水保護(hù)膜起破壞作用，形成活化一鈍化微電池， 從分。水分與二氧化碳形成的碳酸對(duì)鋼材具有腐蝕而使腐蝕速率大大增加。氣體攜著液體強(qiáng)烈地沖作用。CO2對(duì)鋼材的腐蝕一般有二種形式: CO2擊鋼鐵表面，產(chǎn)生強(qiáng)烈的液擊，導(dǎo)致嚴(yán)重的沖刷溶于水生成的碳酸造成的腐蝕和CO2氧化引起的剝蝕。剝裂。在剝裂腐蝕過(guò)程中，金屬表面形成離散的(5)管道材料的影響。碳鋼的基體組織為鐵多孔氧化團(tuán)，在Fe,O4氧化物中出現(xiàn)碳。反應(yīng)機(jī)素體( Fe)和滲碳體(FezC)，當(dāng)碳鋼表面浸在碳理如下:酸溶液中，形成微電池，其中鐵素體電極電位較CO2 + H20-- -H2CO3低，成為微電池陽(yáng)極，滲碳體則為陰極。陽(yáng)極過(guò)H,CO, +e"- -H* + HCO;程是鐵素體溶解受到腐蝕，即:H+H- -H2 ↑2Fe- -2Fe2* +4e。Fe + H,CO3--FeCO3 +H2↑與此同時(shí)，電子由陽(yáng)極移向陰極，使水中的在運(yùn)行中，低溫甲醇洗裝置尾氣管道的腐蝕氧與電子結(jié)合生成氫氧根離子，即:影響因素很多，大致可分為兩大類:一類是二氧4e +2H20+O2- 4(OH) -?；冀橘|(zhì)工況的影響，如工作溫度、壓力、含水在溶液中，F(xiàn)e* 與(0H)-相遇生成Fe( 0H)2,量、流速、pH等。另一類為材料的影響，如材即: 2Fe +O2 +2H20一-2Fe( 0H)2。料中C、Cr 等的含量。Fe( 0H)2與碳酸反應(yīng)生成FeCO3，即:(1)二氧化碳介質(zhì)中含水量的影響。介質(zhì)中Fe( OH)2 + H2CO3- FeCO3 + H20。水分是影響二氧化碳腐蝕的--個(gè)至關(guān)重要的因由此破壞碳鋼表面生成的保護(hù)膜。素。二氧化碳的腐蝕發(fā)生從根本上說(shuō)是由于水對(duì)此外，二氧化碳的腐蝕中還有pH等影響因鋼鐵表面的潤(rùn)濕作用。二氧化碳溶解于水中后，素。低溫甲醇洗裝置尾氣管道腐蝕的發(fā)生，主要在金屬表面形成了電解質(zhì)溶液，即:CO2+是二氧化碳含量、介質(zhì)的溫度、壓力、水分、沖H20一H2CO3，從而構(gòu)成了金屬的電化學(xué)腐蝕的刷等因素共同作用的結(jié)果。基本條件。溶液中電離出的H*作為Fe腐蝕反應(yīng).2.2尾氣排放使用鋼塑復(fù)合材料管的可行性中的一種主要陰極去極化劑，增加金屬的腐蝕速2.2. 1聚乙烯特性度，且隨著壓力的增大，水分增多，二氧化碳溶聚乙烯的種類主要有:①低密度聚乙烯、解度也大幅度增加。高壓聚乙烯;②線形低密度聚乙烯;③中密度(2)溫度的影響。溫度小于60 C，二氧化碳聚乙烯、雙峰樹(shù)脂;④高密度聚乙烯、低壓聚.的腐蝕比較嚴(yán)重。資料及相關(guān)文獻(xiàn)表明，溫度大乙烯。于100 C，腐蝕卻很少發(fā)生。溫度對(duì)尾氣管道腐聚乙烯有良好的物理性能，聚乙烯為白色蠟蝕的影響，更主要的表現(xiàn)為在臨界溫度附近的狀半透明材料，柔而韌，比水輕，無(wú)毒，具有優(yōu)影響。越的介電性能。對(duì)有機(jī)蒸汽透過(guò)率較大。常溫下(3)壓力的影響。在壓力較低時(shí)，二氧化碳不溶于任何已知溶劑中，70 C以上可少量溶解的腐蝕相對(duì)較輕微。壓力較高時(shí),腐蝕會(huì)加速。于甲苯、乙酸戊酯、三率乙烯等溶劑中。隨著壓力的增加，二氧化碳?xì)怏w溶解于水的幅度聚乙烯有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，室溫下耐鹽66煤炭加工與綜合利用2014年第10期酸、氫氟酸、磷酸、甲酸、胺類、氫氧化鈉、氫(1)保留了傳統(tǒng)金屬管材的鋼度及強(qiáng)度，遠(yuǎn)氧化鉀等各種化學(xué)物質(zhì)，硝酸和硫酸對(duì)聚乙烯有遠(yuǎn)優(yōu)于塑料管、鋁塑管;較強(qiáng)的破壞作用。聚乙烯容易光氧化、熱氧化、(2)具有內(nèi)壁光滑、磨擦阻力小不結(jié)垢的特臭氧分解，在紫外線作用下容易發(fā)生降解，碳黑點(diǎn)，外壁更加美觀豪華;對(duì)聚乙烯有優(yōu)異的光屏蔽作用。受輻射后可發(fā)生(3)重量輕、韌性好、耐沖擊、耐壓強(qiáng)度高;交聯(lián)、斷鏈、形成不飽和基團(tuán)等反應(yīng)。適用溫度更寬，達(dá)-30~100 9C;2.2.2聚乙烯作為鋼管內(nèi)襯材料的優(yōu)點(diǎn)(4)與管件連接方式可采用絞絲、承插、法(1)良好的物理性能，密度小、重量輕、運(yùn)蘭、溝槽、焊接等多種方式，省工省力;輸、安裝方便;(5)與管件連接部位熱膨脹系數(shù)差小，更安(2)使用溫度范圍廣，低溫性能優(yōu)良，特別.全可靠;適用于高寒地區(qū)及各種惡劣環(huán)境;(6)價(jià)格性能比合理，綜合造價(jià)低、比銅管、(3)彈性模量小，當(dāng)溫度波動(dòng)時(shí)其內(nèi)應(yīng)力較不銹鋼管更經(jīng)濟(jì)。小，可有效地保證管道和安全使用;3.2 管道產(chǎn)品的價(jià)格與使用壽命(4)導(dǎo)熱系數(shù)低，僅有0.42 W/(m.K),可通過(guò)相關(guān)技術(shù)人員論證分析，涂塑復(fù)合鋼管以起到良好的保溫作用;市場(chǎng)價(jià)格僅為不銹鋼管(304L)價(jià)格的1/3,在弱(5)具有良好的電性能;酸工作環(huán)境中尾氣排放管道采用涂塑復(fù)合鋼管代(6)有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕性能好，替不銹鋼材質(zhì)(304L)是可行的，并且可大大降低由于HDEP分子無(wú)極性，在一般環(huán)境中不受土投資成本，延長(zhǎng)管道的使用壽命。壤、電力、酸、堿等因素的腐蝕;3.3使用試驗(yàn)(7)低摩阻，防止結(jié)垢;為確保使用鋼塑復(fù)合材料管的可靠性，委托(8)具有良好的柔韌性和耐沖擊性;了專業(yè)廠家進(jìn)行制作并做了相關(guān)的試驗(yàn)，最終確(9)脆化溫度低( -70 C);定低溫甲醇洗裝置:二氧化碳尾氣排放管道采用涂(10)聚乙烯材料具有良好的抗刮痕能力。塑復(fù)合鋼管，安裝工程材料見(jiàn)表2。具體加工要求如下:3尾氣排放管道的定型(1)設(shè)計(jì)條件:壓力(G)0.3 MPa, 溫度3.1涂塑復(fù)合鋼管的性能特點(diǎn)60 C;表2 Q235B 內(nèi)外襯高分子PE尾氣排放管道安裝工程材料明細(xì)規(guī)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量螺旋鋼管38"(965 mm x 10 mm)SY/T5036/HCG20553 la系列47.1t90°彎頭38m (965 mm x 10 mm)GB13401A系列，長(zhǎng)半徑10個(gè)法蘭38i，CL150HC20623, WN-RF12 個(gè)(2)管道之間采用焊接方式，每段焊縫處防4結(jié)語(yǔ)腐層現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理;(3)復(fù)合管的內(nèi)外襯層結(jié)實(shí)可靠，不存在脫尾氣排放管道采用涂塑復(fù)合鋼管代替不銹鋼離或有起泡現(xiàn)象;材質(zhì)(304L)，節(jié)省投資- -百 余萬(wàn)元，低溫甲醇洗(4)基體材料Q235B螺旋管標(biāo)稱壁厚允許偏裝置自2008年12月運(yùn)行以來(lái)，二氧化碳尾氣排差+10.0% ;放管道運(yùn)行狀況良好，未有襯塑材料破損和管道(5)復(fù)合管內(nèi)外涂層材料的最小厚度平均為腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生，完全能夠滿足生產(chǎn)需要，經(jīng)濟(jì)和0.8~0.9 mm。社會(huì)效益顯著。