浅谈氨法脱硫技改项目的安全性设计

李碧云 蔡远飞

（西安航天源动力工程有限公司 陕西西安 710100）

引言

随着国内燃煤锅炉排放提标改造工作的不断深入，越来越多的企业加入到脱硫项目技术改造的浪潮中，与此同时，氨法脱硫因为其占地面积小、脱硫效率高和符合循环经济理念等优势得以大面积应用。但是与石灰石-石膏法相比，氨法脱硫脱硫塔高度更高，多级吸收工艺的脱硫塔塔高可达48-54m，脱硫剂氨水或者液氨的危险系数更高。这些年氨法脱硫工艺在应用中消防减灾、工艺安全等方面的事故时有发生，本文试图从设计角度探讨氨法脱硫技改项目的安全性设计。

1 装置系统的安全性设计

1.1 烟气系统设置安全性隔离措施

按目前现行的《GB50660-2011大中型火力发电厂设计规范》对烟气系统是否需要有效隔离没有做出明确规定，随着去旁路工作的不断推进，相当一部分烟气脱硫工艺设计都减少甚至直接取消了烟道上的挡板门，当脱硫塔内发生火灾事故时，进出口烟道不能及时得到关闭，烟筒效应也使得火灾从发展期到轰燃期的时间变短，降低了初期火灾扑灭的可能性。譬如新疆某电厂脱硫设备安装施工中不慎发生火灾，幸好当时挡板门能迅速关闭，在减缓火势蔓延的同时保住了塔顶直排烟筒，减少了事故损失。

1.2 入口烟道增设事故喷淋系统

在脱硫系统正常运行中，锅炉排烟系统温度异常升高或者事故断电导致脱硫循环泵跳闸，可以通过入口烟道事故喷淋系统喷水来降低脱硫塔入口烟气温度，使烟气温度控制在设计范围内，进而能有效地保护脱硫塔内部的防腐层、喷淋管和除雾器。采用相变冷凝烟气再热技术在入口烟道设置烟气冷却器的，应在烟气冷却器前增置一路事故喷淋系统，并应与烟气冷却器的冲洗水进行联锁，以防止事故断电相变冷凝水泵停运后烟气冷却器高温受损。

1.3 采取多冗余的安全控制系统

测量仪表应选用质量可靠的产品，关系到重要安全保护作用的仪表应采取冗余配置，如原烟气温度、烟气压力、脱硫塔液位、除雾器压差、脱硫塔循环泵的轴承温度等。加强脱硫与主机控制系统之间的信号联系，相互协调控制，优化脱硫塔和锅炉MFT动作之间的联锁逻辑关系，对于涉及到联锁保护的重要监控信号应通过硬接线方式进行信号交换，以降低脱硫系统故障对锅炉的影响。

1.4 优化供配电系统的安全性

脱硫系统整体应按照二级负荷设计，脱硫系统的供电应采取将循环泵分接在两段高压母线上，当任意一段高压母线失电时，脱硫塔在短时间内可安全运行。应扩大脱硫系统UPS容量，系统内的控制系统、火灾报警、挡板门、事故喷淋系统和烟气冷却器冲洗水等设备应全部列入保安电源。应尽可能提高除雾器冲洗水泵供电等级或者增加备用电源，使其可在事故情况下充当高位消防水系统使用。

2 脱硫塔消防减灾的安全性设计

从以往发生的诸多脱硫塔火灾事故案例来看，烟气脱硫系统火灾具有蔓延迅速、初期扑救难、过火面积大、扑救时间长、经济损失大等特点，事故原因中施工管理的责任不言而喻，但是也往往暴露出设计中消防通道不畅、烟气系统消防设计对高位构筑物及设备的保护考虑不周等诸多不足。

2.1 应重视烟气脱硫系统技改后最不利情况下的消防要求

目前脱硫系统消防设计一般遵循《GB50229-2006火力发电厂与变电所设计防火规范》及《GB50016-2006建筑设计防火规范》要求设计，一般脱硫系统地面消防给水形成环网或枝状布置；室外消防栓敷设在设备或者道路附近，消防栓之间间距≤60m。这种设计虽然符合规范要求，但是现行氨法脱硫技术脱硫塔的高度都达到50m左右，加上直排烟筒可达到90m，老系统一般消防系统设计压力0.6-0.8MPa，地面消防栓出水压力为0.5-0.6MPa，而技改系统一般都不会涉及到新建高等级的消防水源及管网，厂区原有的消防系统地面消防栓向上喷射最高不超过40m，这显然在发生初期火灾后根本不能及时控制态势恶化，只能等专业消防队伍携带消防云梯到来，以往的诸多案例也暴露出了这一问题。

2.2 增设高位消防管道和高位水箱等应急消防设备。

应该在脱硫塔除雾器平台、烟气脱白换热器平台等较高部位增设应急消防水带，或者利用除雾器冲洗水泵和除雾器四级冲洗水管增设带有保安电源的旁路应急消防水系统，也可在脱硫塔附近有利位置架设消防水炮。对于改造后现场设备较为拥挤的项目，还应该适当提高消防栓设计密度。

2.3 增强脱硫塔的防火减灾设计。

可以提高脱硫塔进出口烟道上挡板门的防火隔热性能，与脱硫塔相连接的FRP管道、软连接等部位应涂刷足够的防火涂料，塔上电缆桥架盖板应配置齐全，封堵应严密，防止电缆接线短路着火引发火灾事故。对于塔顶直排烟筒式系统，可在塔顶直排烟筒锥段增设易于关闭的消防挡板，进而在脱硫塔发生火灾时有效的削弱烟筒效应，为事故救援赢得时间，减少事故损失。

3 氨区危险源的安全性设计

氨法脱硫中脱硫剂液氨或者氨水是项目中最大的潜在危险源，2016年11月8日发生的淄博嘉周热力氨水储罐爆炸就是一起围绕氨水操作不当所引发的较大安全事故。在项目设计中要针对液氨或者氨水的运输、卸车、储存、稀释等环节可能发生的泄漏、爆炸和中毒等现象，将安全性设计从项目伊始就摆在重要位置。

3.1 严格按规范进行工艺设计

根据《GB18218-2009危险化学品重大危险源辨识》液氨储量超过10t即为重大危险源，在总体设计中，对超过10t储量的氨区应该严格按照重大危险源的管控规范进行设计，对不超过临界量的氨区由于液氨本身的特性应该提高安全防范等级；氨区应按照第Ⅱ类防爆区域进行设计，防爆区域内所有的设备、电气和监测测量仪表、元件应符合安全等级；氨区的防雷接地系统应可靠，并应按照第二类构筑物采取防雷措施[1]；氨区内的氨泄漏报警仪应该可靠，并采取声光报警的方式；氨区的压力管道应按规定向特种设备管理部门办理相关手续，并做好向施工单位的交底工作。

3.2 提高氨区设备使用的安全性

液氨储罐应按照规范要求设置可靠的液位、温度和压力等测量仪表，并设置高液位、高高液位连锁，并将测量信号以可靠的方式送至脱硫或者主机中央控制室；液氨运输槽车要采用鹤管卸车，卸车泵采用屏蔽泵，并应在安全区域设计事故紧急切断阀，以便进一步控制灾害事态发展；应在液氨储罐设置水喷淋装置，以便夏季或者事故状态下降低球罐温度；从液氨储罐和氨气缓冲罐呼吸阀通过管道汇总的氨气可由事故罐进行吸收，但要注意事故罐中的氨含量富集。

结语

氨法脱硫是一项契合循环经济需求的环保技术，节能减排效果明显，是一项符合我国国情的锅炉烟气脱硫技术，应用前景好。随着氨法脱硫技术的进一步迭代更新，在氨法脱硫项目设计中，要认真识别项目潜在的危险性，采取可靠的防范措施，进一步提高项目设计的安全性。