水泥窯煙氣脫硝氨區(qū)工藝設(shè)計(jì)

摘要：水泥窯SNCR和SCR脫硝大多采用氨水作為還原劑介質(zhì)。氨水屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，從運(yùn)輸、卸料、儲(chǔ)存、輸送等過程進(jìn)行安全控制。本論文將以某水泥生產(chǎn)線SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)備氨區(qū)為例，闡述脫硝氨區(qū)工藝設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：脫硝、氨區(qū)、安全設(shè)施

某水泥生產(chǎn)線SCR脫硝系統(tǒng)采用“高溫電除塵+SCR脫硝一體化”技術(shù)，設(shè)計(jì)指標(biāo)NOx小于50mg/Nm³的排放要求。氨區(qū)配備2臺(tái)60m³氨水儲(chǔ)罐及附屬氨區(qū)設(shè)施。

氨區(qū)整體布置要求如下：氨區(qū)布置符合《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016）、《水泥工廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50295）的有關(guān)規(guī)定，氨區(qū)布置在廠區(qū)全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，遠(yuǎn)離人員密集場所；同時(shí)在通風(fēng)良好、有利于消防救援的安全地帶。建筑物按規(guī)定劃分等級，保證滿足規(guī)定的防火間距。項(xiàng)目的場地高程符合《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201）的規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011）的要求。氨區(qū)道路考慮滿足運(yùn)輸、檢修和消防的需要，對其進(jìn)行規(guī)劃并與廠區(qū)的環(huán)網(wǎng)道路連接。

以下將從氨區(qū)主要設(shè)備和安全設(shè)施設(shè)計(jì)兩個(gè)方面對此項(xiàng)目氨區(qū)進(jìn)行簡介：

1.氨區(qū)主要設(shè)備概述

氨區(qū)主要包括氨水儲(chǔ)存區(qū)及泵區(qū)。氨區(qū)主要設(shè)備有卸氨泵、氨水儲(chǔ)罐、氨氣吸收罐、廢水泵、廢水坑、氨水輸送泵等。

1.1卸氨泵

通過氨水卸料泵進(jìn)行卸氨，卸料泵和氨水罐車之間通過導(dǎo)靜電耐酸堿軟管連接，卸氨泵共計(jì)2臺(tái)，采用一用一備，輸送能力25m³/h，揚(yáng)程30m。泵體及管道材質(zhì)均采用304不銹鋼，泵體電機(jī)等采用防爆電機(jī)。

1.2氨水儲(chǔ)存

氨水儲(chǔ)罐采用立式儲(chǔ)罐，容量按照水泥窯3d的消耗量設(shè)計(jì)，單臺(tái)儲(chǔ)罐60m³共計(jì)2臺(tái)。罐體材質(zhì)采用304不銹鋼，兩臺(tái)儲(chǔ)罐之間設(shè)計(jì)聯(lián)通閥，互以備用。

1.3氨氣吸收罐

用于吸收卸氨時(shí)及常溫下氨水儲(chǔ)罐逃逸和揮發(fā)的氨氣，共計(jì)1臺(tái)。單臺(tái)儲(chǔ)罐3m³罐體材質(zhì)采用304不銹鋼。

1.4廢水坑

用于吸收卸氨時(shí)管道剩余氨水排空及地面沖洗水、外界雨水等。同時(shí)配備有廢水輸送泵，泵體及管道材質(zhì)均采用304不銹鋼，泵體電機(jī)等采用防爆電機(jī)。同時(shí)廢水坑上部配備鋼蓋板，全部密封，防止氨氣泄漏。

1.5氨水輸送泵

通過氨水輸送泵進(jìn)行卸氨，氨水輸送泵共計(jì)2臺(tái)（一用一備），輸送能力3m³/h，揚(yáng)程140m。泵體及管道材質(zhì)采用304不銹鋼，泵體電機(jī)等采用防爆電機(jī)。

2.氨區(qū)安全設(shè)施設(shè)計(jì)

2.1氨棚

氨水儲(chǔ)罐布置在敞開式帶頂棚的氨棚內(nèi)，防止溫度暴曬引起氨水的過量揮發(fā)，造成氨氣富集引發(fā)安全事故及氨區(qū)操作的保護(hù)。

氨棚頂部設(shè)置風(fēng)向標(biāo)，風(fēng)向標(biāo)位于易觀察和查看的方位，如發(fā)生泄露火災(zāi)等突發(fā)情況易于逃脫。

氨棚頂部敷設(shè)10鍍鋅圓鋼制成的避雷針，與氨區(qū)閉合主接地網(wǎng)相連。防止由于雷擊等產(chǎn)生的火花引起安全事故。施工時(shí)注意與土建專業(yè)密切配合，使建筑物內(nèi)鋼筋網(wǎng)連成電氣通路。接地裝置施工完成后，實(shí)測總接地電阻不大于4Ω。

氨棚設(shè)計(jì)不能使用屋脊式結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用斜坡式結(jié)構(gòu)，防止氨氣泄露后的聚集，發(fā)生爆炸危險(xiǎn)，保證整個(gè)氨區(qū)的安全性能。如下圖所示：

不合理結(jié)構(gòu)（屋脊式結(jié)構(gòu)） 合理結(jié)構(gòu)（斜坡式結(jié)構(gòu)）

2.2氨區(qū)防火堤

氨區(qū)儲(chǔ)罐四周設(shè)置高度1.2m(以室內(nèi)地坪計(jì)算)的不燃燒實(shí)體防火堤，滿足最大單體罐泄露的容積，不在單獨(dú)設(shè)置事故池。防火堤在不同方位處共設(shè)計(jì)2處越堤人形踏步，采用混凝土結(jié)構(gòu)防止氨水泄露后的腐蝕，同時(shí)踏步處均配備欄桿以及防靜電釋放球，保證人員進(jìn)入的安全。

2.3氨水儲(chǔ)罐

氨水儲(chǔ)罐按照《鋼制焊接常壓容器》（NB/T47003.1）,《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50341）進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收。氨水儲(chǔ)罐底板設(shè)計(jì)要求進(jìn)行真空法試驗(yàn)，保證罐底無泄漏；罐體要求進(jìn)行盛水試驗(yàn)和沉降試驗(yàn)后方可進(jìn)行卸氨，防止安全事故的發(fā)生。

氨水儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)有溫度、壓力、液位遠(yuǎn)傳，并在DCS畫面上進(jìn)行顯示，用以氨區(qū)消防噴淋的信號(hào)點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)料管伸至罐底200mm處，減小卸氨時(shí)氨水四濺增加氨氣量，減小安全事故。頂部設(shè)置的護(hù)欄、平臺(tái)均嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)并由專業(yè)廠家制作；護(hù)欄采用熱鍍鋅鋼管，高度為1050mm。

儲(chǔ)罐頂部設(shè)置呼吸閥，以防儲(chǔ)罐氨氣富集壓力過大，造成泄露事故。

2.4卸氨管口

卸氨管口和氨水罐車之間采用導(dǎo)靜電耐酸堿軟管連接，軟管和管道采取法蘭或者快速接頭連接，降低泄漏率，同時(shí)安裝接地裝置，以防由于靜電引起的安全事故。

導(dǎo)靜電耐酸堿軟管

2.5氨區(qū)安全設(shè)施

整個(gè)氨區(qū)配備一定數(shù)量的氨逃逸監(jiān)測裝置，安裝在無沖擊、無振動(dòng)、無強(qiáng)電磁場干擾的場所，而且周圍留有不小于0.3m的凈空，安裝高度高出釋放源0.5~2m。當(dāng)氨氣濃度達(dá)到5ppm及以上時(shí)，信號(hào)傳遞至DCS并顯示報(bào)警，當(dāng)氨氣濃度達(dá)到35ppm時(shí)，信號(hào)傳遞至DCS通過啟動(dòng)消防噴淋電磁閥，對氨區(qū)進(jìn)行消防水噴淋，減小事故的發(fā)生。

氨水儲(chǔ)罐頂部配備煙感檢測器，當(dāng)煙霧濃度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就地進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)信號(hào)傳遞至DCS通過啟動(dòng)消防噴淋電磁閥，對氨區(qū)進(jìn)行消防水噴淋，減小事故的發(fā)生。

氨區(qū)在每個(gè)出入口附近均配備一套洗眼器設(shè)施，用于發(fā)生意外情況時(shí)的沖洗，降低事故的發(fā)生。

2.6氨區(qū)管道

氨區(qū)各類管道，閥門等設(shè)計(jì)要求色標(biāo)、流向等標(biāo)注標(biāo)識(shí)及安全警示標(biāo)志。所有接觸氨水的管道及閥門均采用不銹鋼304及以上等級，禁止使用銅等材質(zhì)，保證整個(gè)管道的輸送。

防靜電接地按《化工企業(yè)靜電接地設(shè)計(jì)規(guī)程》（HG/T 20675）進(jìn)行。在工藝過程中會(huì)產(chǎn)生和累積靜電，另外空氣中的粉塵粒子的磨擦也容易產(chǎn)生靜電，因此靜電的消除就顯得較為重要。氨區(qū)工藝裝置、設(shè)備、管道均作防靜電接地，管道與閥門、法蘭之間采用截面積不小于2.5mm²的銅絞線跨接。

氨區(qū)范圍內(nèi)有汽車通過的架空管道凈空高度為5.0m，室內(nèi)管道支架梁底部通道處凈空高度為2.5m。

氨區(qū)內(nèi)所有室外溝道均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，溝蓋板采用花紋鋼板結(jié)構(gòu)，跨越道路處的溝道及蓋板滿足汽車荷載要求，溝道設(shè)南北0.3%縱坡及排水口。

從氨區(qū)到SCR裝置區(qū)的管道采用綜合管架。氨區(qū)設(shè)有排放系統(tǒng)，使氨水儲(chǔ)存和供應(yīng)系統(tǒng)的氨排放管路為一個(gè)封閉系統(tǒng)，外溢的氨氣經(jīng)由氨氣吸收罐吸收成氨廢水后排放至廢水池，由廢水泵送到工業(yè)廢水處理站處理。

2.7氨區(qū)電氣

氨區(qū)設(shè)計(jì)符合《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50058)規(guī)定，所有的泵均采用防爆型或本安型產(chǎn)品，氨區(qū)電纜采取阻燃防火電纜，防止事故的擴(kuò)大及蔓延。

電纜防火主要采取以下措施：

（1）每臺(tái)電機(jī)的電纜通道獨(dú)立設(shè)置。（2）各建筑物通向外部的電纜通道出口處設(shè)置防火封堵。（3）電纜和電纜托架、支架分段使用防火涂料、難燃槽盒、防火隔板或防火包等。（4）電纜敷設(shè)完成后，所有的孔洞均使用防火堵料進(jìn)行封堵。

3結(jié)論

SNCR和SCR脫硝技術(shù)作為氮氧化物超低排放治理的廣泛應(yīng)用技術(shù)，所配套的氨水儲(chǔ)存設(shè)施必不可少。依據(jù)國家對危險(xiǎn)化學(xué)品的管理標(biāo)準(zhǔn)和要求，須加強(qiáng)氨區(qū)的安全方面的設(shè)計(jì)，并采取有效的安全防范措施，從源頭上避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生，提高企業(yè)的安全防范管理水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范-選擇性催化還原法HJT562-2010

[2]孫克勤、鐘秦等火電廠煙氣脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社，2007