焦炉煤气外管设计

裴玉庆，朱 浩，贺建刚

（山西阳煤化工工程有限公司，山西 太原 030021）

0 引 言

焦炉煤气是在炼焦过程中产生的一种可燃气体，是炼焦工业的副产品。焦炉煤气主要成分包括CH4、CO、CO2、N2、O2、H2和焦油等。

焦炉煤气可作为工业与民用燃料（钢铁联合企业在炼钢、烧结、轧钢等过程中用焦炉气做燃料）、发电用的燃料和化工原料。

焦炉煤气作为民用燃料时，可直接接入城市供气管网作为居民用气，但其热值和洁净度都不如天然气。

焦炉煤气作为化工原料时，经过净化后的焦炉煤气被送往下游企业进行进一步利用，焦炉气制甲醇和化肥由于市场受限及发电上网困难等因素影响，目前较好的利用途径是焦炉煤气甲烷化制天然气以及用于尿素和合成氨生产。

1 焦炉煤气成分

焦炉煤气成分组成见表1。

表1 焦炉煤气成分组成Table 1 Content of coke oven gas

本设计以山西阳煤丰喜肥业（集团） 有限责任公司焦炉煤气综合利用年产24 万t 合成氨、40 万t尿素及联产6.3 万t LNG 项目为背景，拟在山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司厂区外建设焦炉煤气外管网，本管网共有3 家供气企业，分别为永祥焦化、东方焦化和晋华焦化。

本工程为焦炉煤气输送工程，在输送过程中，由于温度变化，焦炉煤气中的水蒸气会冷凝液化，需要及时将冷凝液排出，以免影响煤气输送。

本设计用煤气水封槽收集冷凝液，水封槽冬季需采取防冻措施- 通入蒸汽。

2 各企业供气情况

根据厂区提供的数据，本工程用气量为80 000 m3/h。

各企业供气情况详见表2。

表2 各企业供气汇总表Table 2 Summary table of company gas supply

3 介质参数

3.1 焦炉煤气规格

本工程所用焦炉煤气操作压力为8～15 kPa，操作温度为60 ℃，密度为0.4～0.5 kg/Nm3。

焦炉煤气管道设计压力为0.195 MPa，设计温度为80 ℃。

3.2 焦炉煤气的特点

（1） 焦炉煤气发热值高16 720—18 810 kJ/m3，可燃成分较高（90%左右）。

（2） 焦炉煤气是无色有臭味的气体。

（3） 焦炉煤气因含有CO 和少量的H2S 所以有毒。

（4） 焦炉煤气含氢较多，燃烧速度快，火焰较短。

（5） 焦炉煤气如果净化不好，将含有较多的焦油和萘，就会堵塞管道和管件，给调火工作带来困难。

（6） 着火温度为600～650 ℃。

3.3 蒸汽规格

蒸汽操作温度158 ℃，操作压力0.6 MPa。

4 焦炉煤气输送方案

4.1 管道走向

东方焦化厂位于泉稷能源厂区西南方向，其焦炉煤气管线自东方焦化厂区东部接出，跨过马路，沿马路自南向北120 m 后向东220 m 转向北敷设至振兴大街后，在街北沿振兴大街自西向东敷设1 100 m，沿泉稷能源厂区东围墙继续向北敷设至焦炉气除焦脱氨装置附近。

晋华焦化厂位于泉稷能源厂区的东侧，两个厂区距离2 250 m。此段焦炉煤气管线自晋华焦化厂区西围墙接出跨过马路后沿路西向南敷设，途中跨越马路，沿路东继续向南至振兴大街，沿振兴大街北面自东向西敷设，途经一个十字路口，最宽处可达75 m，跨越难度较大，向北50 m 左右位置宽度43 m，跨过马路再向南折返，然后继续向西敷设至泉稷能源厂区东围墙，沿围墙向北敷设至厂区焦炉气除焦脱氨装置附近。

永祥焦化厂位于泉稷能源厂区的东侧，两个厂区东西相邻。此段焦炉煤气管线沿厂区围墙自北向南敷设至泉稷能源厂区焦炉气除焦脱氨装置附近。

为了防止管道堵塞，焦炉煤气管道考虑蒸汽伴热，蒸汽主管选用DM80 碳钢管道，与焦炉煤气管道并排敷设。

焦炉煤气管道走向简图如图1 所示。

图1 焦炉煤气管道走向简图Fig.1 Coke oven gas pipeline layout

4.2 管路计算

4.2.1 各厂区供气管道管径及压力损失计算

（1） 永祥焦化- 泉稷能源管路流量：42 050 m3/h；供气压力为8～15 kPa 根据计算得出此段管道的管径取DN1200（φ1220×12.0）

此段管路长790 m，由《燃气管道计算》软件可得出：

管道流速：9.5 m/s

管道压降：259.03 Pa

管道出口压力：7 740.97～14 740.97 Pa

（2） 东方焦化- 泉稷能源管路流量：19 000 m3/h；供气压力为8～15 kPa

计算得出此段管道的管径取DN800（φ820×10.0）

此段管路长1 800 m，由《燃气管道计算》软件可得出：

管道流速：9.7 m/s

管道压降：1 012.18 Pa

管道出口压力：6 987.82～13 987.82 Pa

（3） 晋华焦化- 泉稷能源管路流量：19 000 m3/h；供气压力为8～15 kPa

计算得出此段管道的管径取DN800（φ820×10.0）

此段管路长3 110 m，由《燃气管道计算》软件可得出：

管道流速：9.7 m/s

管道压降：1 748.09 Pa

管道出口压力：6 251.91～13 251.91 Pa

4.2.2 管道补偿

焦炉煤气管道出口温度60 ℃，固定点距离96 m

蒸汽管道温度158 ℃，固定点距离48 m

根据管道热伸长量计算公式△L=αL(t1-t2)

计算得出：焦炉煤气管道热伸长量为86.4 mm，蒸汽管道热伸长量为100 mm。本设计采用波纹补偿器进行管道补偿，根据焦炉煤气管道的压力、管径和热伸长量，选择型号为SGE.T.2.5 /800x6-J 的通用型波纹补偿器，其轴向补偿量可达到110 mm，大于焦炉煤气管道热伸长量86.4 mm，满足补偿要求。

根据蒸汽管道的压力、管径、热伸长量，选择型号为1.6TWY80x27J 的轴向外压式补偿器，其轴向补偿量可达到144 mm，大于蒸汽管道的热伸长量100 mm，满足使用要求。

5 煤气排液水封槽

在焦炉煤气管道下方安装规格为φ325×250 mm 的集液槽，管道中的水首先集中在集液槽，再通过管道排至煤气水封槽。煤气水封槽的设备尺寸为φ426×3 164 mm，共有7 个管口，包括溢流口、冷凝液入口、放空口、新鲜水入口、蒸汽入口、排净口、人孔等。焦炉煤气管道排液水封接管见图2。

6 管道敷设

管道的敷设在保证安全、正常生产及操作，检修方便的前提下，力求整齐、美观以创造良好的生产环境，同时要考虑节约材料及投资，管道布置应统一考虑，使管架布置、管道走向更加合理。

永祥焦化- 泉稷厂区的焦炉煤气管道管径选用DN1200（φ1220×12），东方焦化- 泉稷厂区和晋华焦化- 泉稷厂区的焦炉煤气管道管径选用DN800（φ820×10）。三条线路的蒸汽主管管径选用DN80（φ89×4.0）。焦炉煤气管道的排液管管径选用DN80（φ89×4.0），煤气管道放空管管径选用DN150（φ159×4.5）。煤气排液水封槽的蒸汽支管管径选用DN25（φ32×3.0），新鲜水管管径选用DN25（φ32×3.0），溢流管管径选用DN80（φ89×4.0）。

焦炉煤气管道架空敷设，蒸汽主管置于焦炉煤气管道上方。本工程所在地地势西高东低，北高南低，东西方向地坪标高486.82～506.54，南北方向地坪标高486.94～504.64。管架高度3.5～9.7 m，管线坡度依就地势，约0.6%。

焦炉煤气管道材质选用Q235B（SY/T5037-2018），其他管道材质均选用20#（GB/T8163-2018），管道支撑点设置管托，蒸汽主管、蒸汽支管及排液水封需保温，蒸汽支管保温厚度40 mm，蒸汽主管保温厚度50 mm，排液水封保温厚度60 mm，保温材料选用陶瓷纤维毯1050 型。

焦炉煤气管道排液水封接管图如图2 所示。

图2 焦炉煤气管道排液水封接管图Fig.2 Condensate discharge piping plan of the water seal of coke oven gas pipeline

每根焦炉煤气管道的起点和终点均设置了煤气专用蝶阀和孔板流量计，阀门材质为铸钢。在煤气管道及蒸汽管道最高点设置放空管.煤气放散管管口应高于煤气管道2.5 m 以上。焦炉煤气管道放空管采用双闸阀设计，阀门材质为铸钢。焦炉煤气管道集液槽详图如图3 所示。

图3 焦炉煤气管道集液槽详图Fig.3 Sump detailed drawing of coke oven gas pipeline

7 静电接地

所有煤气管线，均应有可靠的防静电的接地保护。连接处采用焊接连接，埋地部分采用焊接连接。管道法兰和阀门等连接处要做跨接，连接线宜选用6 mm2多股铜芯氯乙烯电线，其长度应留有不小于100 mm 的裕度。接地体采用镀锌钢管G50 L=2.5 m。每隔80～100 m，在管道的相应的位置上（具体位置详见管道平面布置图），设置专用的接地连接端头，作为静电接地的连接点。每组专设的静电接地体，其接地电阻值，一般情况应小于100 Ω。扁钢，软铜编织线等材料应镀锌或涂防腐漆，金属接地体应选用镀锌钢材。

8 结 语

焦炉煤气管道的设计首先根据煤气的流量、流速等确定管径，再根据管道走向及管径合理设计管架间距、形式等，根据煤气的温度、压力、热伸长量选择合适的补偿器，最后根据生产需求和实际情况设置阀门、计量装置、自动化仪表等部件。