煤制烯烃示范工程重大核心设备工程化方案.docx
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1、煤制烯燃示范工程重大核心设备工程化方案一、设备工程化整体概况1、概述神华包头煤化工项目是我国第一个煤基MTO项目,在我国乃至世界范围内都具有重要意义,在保障国家能源安全、带动经济发展、环境保护、资源综合利用等方面具有十分重要的示范作用。本项目是迄今为止国内最大的煤化工项目,其中的煤气化、甲醇合成装置在国内同类装置中规模最大,MTO装置为大型工业化首套装置,PP、PE装置为国内同等最大规模,空分是国内空分技术最大规模,项目建设、技术、管理等方面都存在风险,要顺利实现重大设备进度控制、质量控制、费用控制、HSE控制四大目标,难度很高。本项目自2004年3月启动以来,认真考虑装置的大型化给设备制造、
2、运输带来的问题。项目组人员组织了与潜在工艺包供应商、设计院、设备制造商的交流和考察,拟定了关键设备供应商短名单,策划了关键设备、长周期设备及超限设备的采购、制造、安装策略;组织运输道路的考察,完成了天津港到包头厂址的运输条件考察报告。2006年10月20日,与GE能源集团签署GE气化技术许可合同,中国天辰化学工程公司承担基础工程设计,2007年2月初完成7台5开2备】日处理能力2000吨煤的德士古煤气化炉的采购,长周期设备采购由此开始,到2008年3月完成所有计划采购的长周期设备。长周期设备的提早及时采购为项目设备的安装赢得了时间,奠定了2010年项目按期投产的基础。包头地处内陆,交通运输条件
3、受到限制,超限设备特别是尺寸超限设备是设备大型化的又一个挑战。对直径超过4500mm,长度超过25m的超限设备,采取分段运输现场组对和现场分片组焊二类共计135台套,其中分段运输现场组对的设备47台套,现场制作的薄壁容器和储罐类72台,现场分片制作的厚壁重型压力容器类16台。对于分片制作的厚壁重型压力容器,考虑工作环境等问题,本项目建设了组焊厂房,配备了起重设备、探伤室和热处理炉。本项目自2010年8月21日打通全流程以来,至年底已生产聚烯烧产品8万吨,完成了从示范工程向商业化运行的成功转型,在此过程中,全厂重大核心设备基本实现了设备工程化目标,且运行平稳,无重大设计选型和工程质量隐患,为整个
4、项目商业化运行打下了物质基础,煤制烯燃示范项目的成功实践,为国家重大能源战略迈出坚实的一步。2、主要设备来源2.1主要静设备来源序号装置工艺位号设备名称结构特点主体材质类别来源1MTO160R1101反应器立式Q245R类国内2MTO160R1102再生器立式Q245R类国内3MTO160T1201急冷塔立式Q245R+OCr13类国内4MTO160T1202水洗塔立式Q245B类国内5LORP160T603第一丙烯精储塔QXFVALVESA516Gr60类国内6LORP160T604第二丙烯精僧塔QXFVALVESA516Gr60类国内7PPC-4001第一反应器垂直/裙座SA516-70类
5、国内8PPC-4301第二反应器垂直/裙座SA516-70类国内9PEC-4001反应器立式/圆筒/裙座16MnDR类国内1O合成151R1011#甲醇合成塔换热列管式SA387-22CL2类国外11合成151R1022#甲醇合成塔换热列管式SA387-22CL2类国外12气化122R101701气化炉立式SA387GrllC12类国内13气化122T101701合成气洗涤塔立式13MnNiMoNbR类国内14净化141T101甲醇洗涤塔立式SA203GrE类国内2.2关键核心机组来源序号装置工艺位号设备名称转速(RPM)密封形式介质来源1MTO160B1101离心式主风机8072迷宫密封空气
6、国内2烯三分离160C401产品气压缩机7200干气密封产品气国外3烯崎分离160C701丙烯制冷压缩机4691干气密封丙烯国外4聚丙烯K-1003乙烯压缩机组500VERT,RECIP乙烯国内5聚丙烯K-1102氮气压缩机组740干气迷宫密封氮气国内6聚丙烯K-1103氮气压缩机组740干气迷宫密封氮气国内7聚丙烯K-4003第一循环气机组1475干气密封循环气国外8聚丙烯K-4303第二循环气机组2975干气密封循环气国外9聚丙烯K-5214排放气回收机组375迷宫密封尾气国外1聚丙Y-7000造粒系统多级填料+机树脂国O烯机组变速械外11PE装置K-1102氮气压缩机585迷宫密封氮气国
7、内12PE装置K-1103氮气压缩机585迷宫密封氮气国内13PE装置K-4003循环气压缩机2980干气密封循环气国外14PE装置K-5206排放气压缩机495迷宫密封尾气国外15PE装置Y-7000挤压造粒机组多级变速填料+机械树脂国外16甲醇装置152C201/C202合成气压缩机5144干气密封合成气国外17甲醇装置155C501氮气压缩机333填料密封尾气国内18甲醇装置155C502尾气压缩机428填料密封尾气国内19甲醇装置156C601A/B氢气压缩机490填料密封氢气国外2O净化142C101/C202丙烯压缩机5450干气密封丙烯气国外21净化142CT101/CT202丙
8、烯压缩机透平5450T-气密封蒸汽国内22净化141C101/201循环气压缩机331填料密封循环气国内二、核心设备工程化策略1、设备工程化风险分析本工程为大型煤化工建设项目,工程涉及的工艺装置、辅助工程及公用工程配套设施较多,投资大,尤其是本工程采用世界煤化工的前沿工艺技术DMT0,即由甲醇制烯烧,因此对该工程的设备风险性进行分析,以便揭示风险来源,判别风险程度,提出防范措施,降低风险损失。本项目煤气化装置有7台投煤量2000td气化炉并列、低温甲醇洗装置分为2个系列并列,甲醇合成装置单系列规模180万吨/年、4套空分制氧量240000m3h,都是超大型装置。本项目超限设备达到135台套,气
9、化炉、碳洗塔、变换炉、甲醇洗涤塔、甲醇合成塔、空气压缩机组等超大型设备,制造周期长,运输难度大。气化炉:制造16个月(实际从签订合同到运输至现场时间为22个月);甲醇合成塔、压缩机:18个月;锅炉、发电机组:21个月;空分成套设备:26个月;这些设备的供货都是本项目的关键控制点,是工程进度和质量的物质保障。本项目采取各种措施,做好关键设备材料的采购工作:1)在基础设计过程中,根据基础设计的中间成果,对主要的设备制造厂家和主要材料供应商进行调查,了解其资质、生产能力、技术水平、供货周期、投标意向等;2)提前编制好设备、材料可能的供货商目录;3)根据工程施工的先后顺序,编制采购合同签订计划和设备、
10、材料到货的时间计划,分清轻重缓急;4)把设备、材料分类,指定负责人,责任落实到人;5)提前编好技术和商务合同文本;6)按计划发标、收标、评审;7)根据交货进度要求,在评标时权衡好价格与进度的关系;8)认真落实厂商资料返回计划,为设计计划顺利执行创造条件。9)加大催交和催运力度。本项目烯姓核心技术甲醇制烯烧工艺尚处于工业化进程中,缺乏项目建设和工业运行经验,从1995年1月,UOP和Hydro联合宣布可对外转让MTO技术,到2006年大连化物所、洛阳石化工程公司和陕西新兴煤化工公司合作完成了万吨级MTO工业化试验,当时采用MTO技术的工业化装置仅有本项目处于实施中,无设计经验、试车经验可借鉴,是
11、最主要的风险所在。目前FCC技术已非常成熟,有大量的工业化装置在运行,项目选择洛阳石化工程公司承担MTO单元的设计工作,选择了中石化上海工程公司承担烯姓分离单元的设计工作,这两个设计单位在MT0、烯煌分离方面都具有非常丰富的经验。通过对本工程进行的风险分析看出,本工程的设备工程化风险均较小,项目技术可行,设备工程化风险是可以规避和控制的。2、设备工程化策略2.1 主要设备选择策略由于本项目是世界上首次以煤为原料经甲醇生产聚烯煌产品的工业化装置,并且规模大,关键核心技术DMTO来源于国内,其它包括煤气化、低温甲醇洗、甲醇合成、烯燃分离、聚乙烯、聚丙烯等从国外引进。根据类似工厂的建设经验、国内设备
12、制造能力,本项目的大部分设备可以由国内制造厂供应,部分关键设备需从国外引进。2.2 主要设备选择根据我国的技术水平和建厂经验,水煤浆气化、一氧化碳变换、低温甲醇洗、硫回收、甲醇合成及精储等各工序的主要设备的制造与选型可以立足国内。为了保证质量和满足专利商的技术要求,甲醇合成塔由工艺包提供商提供的有制造业绩的国外厂家制造。2.2.1气化气化部分关键设备按如下选择:气化炉:气化炉是水煤浆气化装置的核心设备,其主体为压力壳体,还包括烧嘴、耐火衬里、表面温度计及渣阀等附属部分。压力壳体分上下两部分,上部为燃烧室,下部为激冷室。压力壳体:是一个由中间锥体分为两部分的压力容器,操作压力为6.5MPa,操作
13、温度燃烧室为13801480oC,激冷室为252270。壳体材料选用1.25Cr-0.5Mo进口合金钢板材。激冷室壳体采用不锈钢复合材料。耐火衬里:其主要作用是隔热和抵御高温熔渣的冲蚀,技术关键是解决炉衬向火面所需要的高铭耐火材料。经过多年研制攻关,国产耐火材料已经达到国际同类产品先进水平,筒体直段热面砖的寿命已达2年,损蚀率小于0.01mmh,而且与耐火衬层结构设计和施工质量紧密相关。激冷环:安装在气化炉燃烧室和激冷室相连接的喉部。该部件操作条件极为苛刻,是气化炉中关键的易损部件,材料特殊,制造要求高难度大,采用进口银基材料。破渣机:是一台置于气化炉下部出口的炉渣破碎机械,其作用是防止大块炉
14、渣堵塞系统。该设备结构复杂设计制造难度大。考虑到气化煤优质稳定含渣少,本次取消破渣机,但预留安装位置。渣阀:气化炉操作压力稳定在6.5MPa,而锁渣罐操作压力需伴随炉渣的定时排放由06.5MPa循环升降操作,渣阀则起到密封和排渣的双重作用。由于渣阀频繁启闭操作又必须严密不漏的特殊要求,因而成为煤气化装置安全稳定操作的关键部件之一。因系统压力高,启闭压差大,炉渣有腐蚀和磨蚀性,渣阀的设计制造和维修要求很高,本次引进国外可靠产品。锁渣罐:锁渣罐是煤气化装置重要设备之一,主要起储存和排放炉渣作用,是一台承受循环载荷的压力容器。按其载荷性质该设备须遵循压力容器应力分析设计规范进行设计制造和检验。该设备
15、分析设计采用国家标准GB4732-1995,材料采用16MnRo国内对此类设备的设计、制造和检验已具备一定的经验和业绩,本次国内制造。碳洗塔:碳洗塔是煤气化装置关键设备之一,其主要作用是将气化炉送出的经文氏管洗涤的粗合成气,进一步洗涤净化和气水分离。该塔结构设计的关键技术是气体的高效洗涤和水分脱除。本项目对塔盘、气体分布器及气液分离装置进行优化设计,采用新型结构以达到更高的洗涤除尘效果。本次国内制造。变换装置采用耐硫变换工艺,其中关键设备为变换炉。变换炉:变换炉是变换工段的核心设备。采用耐硫变换工艺技术,壳体材料的选择除要求有较好的高温强度外,还必须具有优良的抗氢和耐酸性气体腐蚀的性能,本次采
16、用1.25Cr-0.5Mo进口钢板铺焊不锈钢衬里。结构设计方面,为了降低压差,防止变换催化剂被浸湿或污染失效,采用径向塔设计。2.2.3净化净化采用低温甲醇洗法,其主要设备为甲醇洗涤塔。甲醇洗涤塔:低温甲醇洗工艺技术,是通过甲醇吸收脱除粗合成气中的酸性气体H2S和C02o甲醇洗涤塔是低温净化系统关键设备之一。操作条件为低温中压,塔体采用低温银钢,塔盘及内件采用不锈钢。该类型塔设备国内进行设计和制造技术是成熟的。本次采用三段运输现场组对的办法解决了大型设备的运输问题。甲醇合成塔:甲醇合成塔是甲醇生产的心脏设备,要从操作、结构、材料及维修等方面考虑;对甲醇合成塔的要求主要有:催化剂床层温度控制容易
17、、调节简单、压降低,结构简单紧凑、空间利用率高,催化剂装卸方便;材料选择上要求具有抗狱基化物和抗氢腐蚀的能力;要制造、维修、运输、安装方便。本次采用承压壳体整体运输,支撑裙座分体运输现场组焊的办法解决重量和尺寸超限的问题,同时考虑到设备国产化的风险及工艺包提供商的建议,采用2.25Cr-lMo的材料和国际招标的办法,首次在韩国制造。预精储塔、加压塔、常压塔:在大型甲醇装置中,为了降低装置的投资,增加装置的操作弹性,选用适用广泛的板式塔,这种塔操作简便、使用可靠,在分离效率上也能满足要求。塔体采用碳钢,内件采用不锈钢。(四套60,000Nm3h)每套制氧机组设备系统由原料空气过滤器、原料空压机、
18、空气预冷系统(空冷塔、水冷塔、常温水泵、低温水泵)、空气纯化系统(分子筛吸附器、蒸气加热器)、空分系统(主换热器、上塔、主冷、下塔、各类低温液体泵、过冷器、粗氮塔、粗氮冷凝器、精筑塔、精氨冷凝器、液氮蒸发换热器、冷箱内管道、阀门以及冷箱钢结构、梯子平台、透平膨胀机、放散消音器、排放蒸发装置、增压机后冷却器)、液氧贮罐及输送系统、液氮贮罐及输送系统、液氨贮罐及液氨备份系统、中压氮压机系统等以及与此相关的各类阀门、检测仪表、控制设备等。本次空压机汽轮机选择MAN-TURBORINK125,氮压机选择ATLASYOPCO,增压膨胀机ACD,空气透平压缩机驱动形式全凝式蒸汽汽轮机、表面冷凝器采用空冷。
19、2.2.5反再器MTO装置采用流化床反应流程:流化床反应器是一种易于大型化生产的重要化学反应器。通常是指细粉催化剂悬浮于从下而上的气流或者液流之中,气体或者液体中的成分在与催化剂的接触中发生反应。反应器-再生器是本项目关键的设备,反应器直径达16m,散装供货,现场组焊工作量大,内部结构复杂,有18对36个旋风分离器、分布器和取热盘管等,采用耐火材料衬里,对制造工艺要求高,全部散片到组焊厂房组焊,分五段吊装,分段部件的上部均焊轴式吊耳供吊装用,轴式吊耳不允许使用临时装置,而是经过计算,吊耳设计、制造应保证吊装安全。施工完毕将辅助吊耳去除,残留焊缝需完全打磨干净,并对打磨处进行100%磁粉检测。采
20、用履带吊进行吊装施工,采取正装法安装,吊车将分段部件吊装就位后,直到焊接达到母材厚度一半以上后才可以卸载,当进行局部热处理时,需再次用吊车承担组对环缝以上部分的设备自重,避免重量对焊缝的影响。每完成一个分段的组对后,即对该环缝进行热处理。在筒体的外围脚手架上相对于组对环缝处采用帆布封闭施工作业区,以避免受恶劣天气影响施工。无损检测、射线探伤采用可异地许可使用的Y源,曝光时采取临时防护墙进行防护,防护墙用铅板、铅粉混凝土制成,结构型式为组合型模块结构。2.2.6第二丙烯精储塔第二丙烯精储塔:设备直径7600,顶部标高103米,设备重量1600吨。主体材质16MRo采取组焊厂房分段制造,现场分五段
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- 烯烃 示范 工程 重大 核心 设备 方案
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