煤气柜施工方案.docx
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煤气柜施工方案
一、方案设计
1.总论
1.1工程概况
由于煤气回收煤气的特殊工况,稀油密封气柜不适合(活塞升降速度慢、满足不了瞬时流量大的要求;对煤气含尘量要求较高)对煤气的回收,国内也没有运用先例,并且容量也偏小,现决定新建的3万立方米气柜选用橡胶膜干式煤气柜。
全部工程包括一座30000m3橡胶膜干式煤气柜及气柜基础、1座煤气加压站和相应的配套设施、煤气回收和输出(用户)管道设施建设以及混合站系统。
1.2设计依据
(1)新冶特钢3万m3煤气储配站工程现场条件和业主要求;
(2)国家现行的规程、规范及有关标准。
1.3设计原则
(1)严格遵守国家现行的规程、规范及有关标准;
(2)充分利用现有设施和场地,尽量节省投资;
(3)设计采用先进、适用、安全、可靠的技术,有利于集中管理、减少定员和提高经济效益;
(4)重视安全、消防和能源计量,提高节能效益,注意环境保护。
1.4工程内容和工程范围
1.4.1工程内容
新冶特钢3万m3煤气储配站工程包括以下内容及相应的设计:
(1)新建1座30,000m3橡胶膜密封型煤气柜及其基础;
(2)新建一座煤气加压站(暂定2台煤气加压机,1用、1备);
(3)新建站区内的配套公辅设施:
•站区内的自动化仪表;
•站区内的供配电、照明及防雷接地;
•站区内的给、排水及消防设施;
•站区工艺管线;
•一座综合操作值班室;
•站区内电讯和火灾报警;
•站区围墙、大门及消防通道;
(4)站区外进出管道设施;
(5)煤气与高炉煤气混合系统。
1.4.2工程范围
本设计方案范围自出口部分的放散烟囱外,至煤气各用户点。
含站区管道(煤气、氮气、蒸汽、上、下水)、低压供电电缆及电讯电缆。
2.煤气柜站区的燃气工艺设施设计
根据新冶特钢炼钢3万m3煤气储配站工程现场条件和业主要求,新建转气储配站包括:
新建1座30000m3煤气柜及气柜基础1座煤气加压站和相应的配套设施。
现对上述项目中的燃气工艺设施分述如下:
30000m3干式煤气柜的总图布置(业主提供原始平面图后规划布置)
2.130000m3煤气柜设计
2.1.1煤气柜型式的确定
干式气柜是国内在八十年代消化吸收国外技术而引进的,分为稀油密封干式气柜和橡胶膜密封干式气柜,现在已广泛运用于冶金、市政、石化等行业,在冶金行业,高炉和焦炉煤气的回收均采用稀油密封干式气柜,而对于煤气含尘量大、瞬时流量变化大的煤气则均采用橡胶膜密封干式气柜。
煤气生产和使用具有以下特点:
•煤气含尘量大:
煤气含尘量在100~150mg/m3以上;
•煤气温度高:
煤气进气柜温度可高达72℃;
•瞬时流量变化大:
本煤气回收最大瞬时流量约96000m3/h;
•气柜活塞升降速度快:
气柜活塞升降速度可达3~4m/min。
根据以上特点,本设计选用橡胶帘密封型(Wiggins型)干式煤气柜。
这也是国内各钢厂普遍采用的型式。
2.1.2煤气柜容量的确定
2.1.2.1煤气回收量的估算
根据新冶特钢炼钢规格和预留情况(暂无),煤气的生产能力按最大出钢量80t考虑、吨钢产气量按70Nm3,冶炼周期按30分钟计算:
80t×90Nm3=7200m3/30分钟;
经温度、压力校正:
1.22×7200m3/30分钟=8784m3/30分钟
则煤气每小时产气量为:
8784m3/30分钟×2=17568m3/h
瞬时流量可达:
96000m3/h(按炼钢1600m3/min风机计算、待核实)
2.1.2.2煤气柜容量的确定
为保证气柜的安全平稳运行,按预留20%的柜容计算,在煤气每小时产气量17568m3/h的情况下,需采用21960m3/h以上的柜型,推荐采用30000m3气柜。
气柜煤气循环周期为:
30000m3÷17568m3/h≈1.7h
单独依靠气柜储存容量充足,停止供气能满足用户1.7小时的使用。
气柜活塞最大运行速度:
96000m3/h÷(172×π)/60=1.76m/min
气柜在用户停止用气的情况下活塞最大运行速度1.41m/min,完全满足运行需要。
总之,选用30000m3气柜可满足使用要求,而且富裕量适宜。
2.1.330000m3干式煤气柜主要技术参数
(1)工艺参数
公称容积:
30000m3;
气柜型式:
橡胶膜密封型(Wiggins型);
储存压力:
2450/2940Pa(250/300mmH2O);
煤气最高温度:
≤72℃;
煤气含尘:
100~150mg/m3;
煤气含湿量:
饱和
活塞最大升降速度:
3~4m/min
(2)结构参数
柜体形状:
带拱顶的圆柱型;
柜体外径:
34877mm;
柜体全高:
46263mm;
侧板高度:
41492mm;
侧板段数:
28段;
活塞行程:
33800mm;
立柱根数:
18根;
橡胶密封膜:
2段、1861m2;
调平装置:
4套;
侧壁板厚:
6mm、4.5mm、4mm;
柜顶板厚:
4mm;
柜底板厚:
6mm、4.5mm;
配重块总重:
24000kg(6组);
柜体总钢耗量:
1430000kg;
回廊层数:
4层(包括抗风桁架)。
2.1.4干式煤气柜的工作原理和作用
布帘密封型(Wiggins型)干式柜的柜体为一带有拱顶的圆柱体。
它由底板、立柱、侧板、柜顶和回廊组成。
在圆柱体内装有一组能上下移动的活塞(包括T-挡板)。
当回收煤气时,大量煤气就进入气柜,推动活塞快速上升,将煤气储存在由底板、侧板和活塞所组成的空间内;当不回收煤气时,由活塞重量将柜内煤气压入出口管道,送入站区煤气管网,随着煤气的送出,活塞逐渐下降。
这样煤气柜就起到了a.储存间歇回收的煤气;b.均衡地送出煤气这两个作用。
为防止活塞(包括T-挡板)在上、下移动时泄漏煤气,在活塞与侧壁之间设有密封装置。
从而保证了干式煤气柜能长期、稳定、安全地运行。
2.1.5干式煤气柜的结构简介
30000m3煤气柜的柜体,由立柱、侧板、柜顶、底板、活塞、T型挡板、密封橡胶皮膜和活塞调平装置等组成。
(1)立柱:
侧板外侧等距离地设置了18根立柱。
整个柜体有4层回廊(或挡风桁架)。
本设计立柱与侧板、回廊焊成一个整体,立柱通过地脚螺栓与基础连成一体,这种结构型式增强了柜体的刚度和强度,可以减少挡风桁架的数量,节省钢材。
(2)侧板与走梯:
侧板在高度方向上由28段钢板拼焊而成;每段(圈)侧板由19块钢板组成。
柜体侧板总高为41.49m,侧板外径为34.877m。
每段侧板间采用搭接连结,并设有T型加强筋加固。
侧板上沿楼梯每层设有门,可以根据不同的活塞高度进入气柜内部进行检查。
侧板外侧设有走梯,可以从柜底直达柜顶,并与每个进、出口门的平台连
(3)底板
底板的中央部分是用钢板拼焊成的园拱形,这种形状与活塞形状相同,主要是为了减少“死空间”,同时也有利于灰尘和煤气冷凝水的排出。
底板的外圈为环状平底板,与侧板焊接相连。
(4)柜顶:
本设计的柜顶是由型钢和钢板焊成的网格状拱顶结构,这种结构不仅受力好、钢材省,而且施工方便。
柜顶中央设有通风用的大风帽,外围设有18个Φ500的通风口,可在气柜检修时打开,也兼作采光用。
本设计的柜体结构较传统的威金斯(Wiggins型)气柜有较大改进,它受力合理、施工方便还可节省钢材。
这种新结构的柜体已经实际运行的考验.并取得用户广泛好评。
(5)活塞
活塞由活塞底板和T型挡板两部组成。
1)活塞底板
活塞底板的中央由钢板组焊成园拱形。
这种形状受力较好,材料较省。
活塞底板的外围设置由钢结构桁架组成的环形挡板(以下简称活塞挡板),用以承受内圈密封橡胶帘传来的压力。
活塞底板的外围环状部分可放置配重块,用以调节活塞重量。
本设计活塞升起时的工作压力为2450Pa(2500mmH2O)
2)T型挡板
T型挡板位于活塞挡板和侧板之间,是一个由型钢和钢板焊成的圆环状构件。
在活塞刚升起时,T型挡板座落于一个与活塞挡板差不多高度的环状架台上。
当活塞挡板升起到一定高度时,就顶着T型挡板一同升起,此时气柜的工作压力最高。
本设计气柜的最高工作压力为2940Pa(3000mmH2O)。
T型挡板顶面构成一个环形走台,操作人员可以通过开设在侧板上的门进入顶部平台进行巡视和检修,也可以通过设在T型挡板内和活塞挡板桁架上的爬梯进入活塞顶部巡检。
(6)密封机构:
密封机构是煤气柜的重要装置,其作用是确保活塞上下运行时不泄漏煤气。
密封机构主要由内、外两圈密封橡胶帘组成。
内圈橡胶帘的一端固定在活塞挡板外侧的下部,另一端固定在T型挡板内侧的下部。
外圈橡胶帘的一端固定在T型挡板外侧的下部,另一端固定在侧板的内壁上,其大致位置参见附图-1。
(7)密封橡胶膜
密封橡胶膜是密封机构的主要部件,它由专业工厂、采用专用设备加工成型,具有特殊的性能。
密封橡胶帘的厚度为3毫米,其中间夹有加强用的尼龙丝,其与煤气接触的一侧为丁晴橡胶,与空气接触的一侧为氯丁橡胶,因而具有外耐大气老化,内耐煤气腐蚀等性能(详细性能定货是另提)。
橡胶膜分内、外两个密封用的筒状橡胶膜,内膜连接活塞与T型挡板,外膜连接煤气柜侧板与T型挡板,连接处用粘合剂和密封用压板(带螺栓、螺母)压紧,以保证煤气不泄漏。
30000m3干式煤气柜的密封橡胶帘的总面积约为1861m2。
2.1.6煤气柜进、出口管的管径确定
2.1.6.1站区煤气出口总管的管径确定
根据新冶特钢炼钢规格,实际产气量约为17568m3/h,设计煤气出口总管的管径Φ1020×8,流速为4.89m/s。
按产气量计算:
煤气柜平均送出的煤气量约为10000m3/h~17568m3/h。
设计选定煤气出口管管径为Φ630×6,流速为12.83m/s。
2.1.7.2干式煤气柜进、出口管路设计
•30000m3柜的煤气进口管径为DN1000(Ф1020×8),接至站区外1m处,与一次风机出气管相连。
在煤气进口管上装有煤气快速切断水封、电动蝶阀和电动翻板阀,气柜检修时能可靠地隔断煤气。
•30000m3柜的煤气出口管径为DN600(Ф630×6),与煤气加压站煤气进口管相连。
在煤气柜的煤气出口管上,装有电动蝶阀和电动翻板阀,气柜检修时能可靠地隔断煤气。
•30000m3柜的煤气回流管口管径为Ф273×5,在管路上装有电动蝶阀和盲板,气柜检修时能可靠地隔断煤气。
2.1.8煤气柜的仪表检测和联动保护
2.1.8.1仪表测控项目
序号
监测项目
数量
实际测量
范围
就地
PLC
报警
联动
备注
显示
累计
一
压力
1
干式柜进口管煤气压力
1
0~4000Pa
√
√
√
√
2
干式柜内煤气压力
2
2500~3000Pa
√
√
√
√
3
氮气总管压力
1
0~0.4MPa
√
4
供水总管压力
1
0~0.3MPa
√
5
蒸汽总管压力
0~0.4MPa
√
二
温度
6
气柜进口管煤气温度
1
60~80℃
√
√
7
气柜内煤气温度
2
40~60℃
√
√
三
其他
8
柜内活塞位置测定
1
0~31.6m
√
√
√
超声波
9
活塞倾斜测定
1
±0~120mm
√
√
√
在线检测
10
柜内煤气储量
1
0~30000m3
√
√
√
钢绳式
11
进口快切阀开度指示
1
0/100%
√
√
√
12
进口电动蝶阀开度指示
1
0/100%
√
√
√
13
进口液动眼睛阀开度
1
0/100%
√
√
14
出口电动蝶阀开度指示
1
0/100%
√
√
√
15
出口液动眼睛阀开度
1
0/100%
√
√
16
进口煤气氧含量测定
1
0~2.0%
√
√
√
17
柜内活塞上部CO含量
4
0~50mmg/m3
√
√
2.1.8.2报警与联动保护项目
(1)30000m3煤气柜储气量联动保护
序号
柜内储气量
声-光报警
联动保护
阀门状态
(1)
*≥27500m3
高位报警
关闭煤气进口蝶阀
煤气放散管蝶阀同时打开;
同时发出“急仃煤气回收”
(3)
27500~500m3
工作正常
煤气进口和出口蝶阀均打开;
煤气放散管蝶阀关闭;
(4)
≤500m3
低位报警
关闭煤气出口蝶阀
煤气放散管蝶阀关闭
说明:
*当柜内储气量达到高位报警时,同时向OG风机房发出“急停煤气回收”信号。
(2)30000m3煤气柜柜内压力的联动保护
序号
柜内压力
声-光报警
联动保护
备注
(1)
高于3,500Pa
高压报警
关闭煤气进口蝶阀
(2)
低于2,000Pa
低压报警
关闭煤气出口蝶阀
(3)活塞倾斜报警
序号
活塞倾斜
声-光报警
联动保护
备注
(1)
≥30mm
活塞倾斜大
(2)
≥60mm
活塞倾斜过大
关闭煤气进口和出口蝶阀
(4)活塞上部CO含量超标报警
序号
活塞上部CO含量
声-光报警
联动保护
备注
(1)
30mg/m3
CO含量高
(2)
50mg/m3
CO含量过高
2.2煤气加压站
由于出电除尘器的煤气压力仅为1500Pa左右,必须加压后才能外供,因此需设置煤气加压站。
煤气加压站包括:
煤气加压机房和室外相关的进、出口煤气管道两部分。
2.2.1煤气加压机选型
根据新冶特钢炼钢规格,气柜平均向外送煤气10000m3/h~17568m3/h,煤气加压机采用D-100-20离心式煤气加压机2台,1用1备。
煤气流量为100m3/min;煤气加压机出口压力另定(最后由用户点压力要求及管道走向确定)。
2.2.2煤气加压站布置和配管
2.2.2.1煤气加压站布置
煤气加压机房为24m×8m=192m2。
煤气加压站的平剖面布置详见附图-2。
为方便检修,煤气加压机房内设有1台5t手动行车,行车轨底标高约为6m。
为防止CO中毒,在煤气加压机房墙上设置3台防爆轴流风机,用以对加压机房进行强制通风,换气次数大于8次/分钟。
同时,在煤气加压机房内和机房外的煤气管道区域各设置3个CO报警器,连续在线检测,以防CO积聚。
一旦CO超标,立即发出报警。
2.2.2.2煤气加压站配管
每台加压机的进、出口管管径均为DN500(Φ529×6)。
在每台加压机的进、出口管上均设置电动蝶阀和电动盲板阀。
当加压机检修时能可靠切断煤气。
煤气加压站的进、出口总管均为DN1000(Φ1020×6)。
为了稳定外供煤气的压力,在出口总管上设有1根DN250(Φ273×5)的煤气回流管,回流管上设有回流调节阀。
当煤气出口总管的压力升高时(用户用量减少),回流调节阀自动打开,将多余的煤气返回煤气柜。
2.2.3煤气加压站仪表测控项目
序号
监测项目
数量
实际测量范围
就地
PLC
报警
联动
备注
显示
累计
1
压力
(1)
煤气进口总管压力
1
500~1500Pa
√
√
√
√
(2)
煤气出口总管压力
1
10000~15000Pa
√
√
√
另定
(3)
煤气加压机进口管压力
3
300~1000pa
√
(4)
煤气加压机出口管压力
3
10000~15000pa
√
另定
2
阀门开度显示
(1)
煤气进口电动蝶阀开度
3
0/100%
√
√
DN1000
(2)
煤气出口电动蝶阀开度
3
0/100%
√
√
DN600
(3)
煤气进口电动翻板阀开度
3
0/100%
√
√
DN1000
(4)
煤气出口电动翻板阀开度
3
0/100%
√
√
DN600
(5)
DN250回流管调节阀开度
1
0~100%
√
√
3
其它
√
√
(1)
煤气出口总管流量
1
0~24000m3/h
√
√
(2)
加压机房CO检测
3
0~50mg/m3
√
√
√
在线检测
2.2.4煤气加压站报警与联动保护
(1)煤气加压机进口总管的压力报警;
序号
加压机进口总管的压力
声-光报警
联动保护
备注
(1)
800Pa
CO含量高
(2)
500Pa
CO含量过高
切断煤气加压机电源
(2)加压机房内CO浓度报警。
序号
CO含量
声-光报警
联动保护
备注
(1)
30mg/m3
CO含量高
(2)
50mg/m3
CO含量过高
(3)煤气加压机出口压力报警
序号
加压机出口总管的压力
声-光报警
联动保护
备注
(1)
≤15000Pa
出口总管压力低
2.3站区设施设计
2.3.1站区煤气管道
站区煤气管道有如下几段,其长度和规格见下表:
序号
管道区段
管径
(mm)
长度
(m)
管中心标高
(m)
备注
1
气柜进口管
Φ1020×8
7.500m
暂定
2
气柜出口---加压站
Φ630×6
7.000m
暂定
3
加压站---气柜
Φ273×5
5
加压站---站区外1m处
Φ630×6
7.000m
暂定
站区煤气管道均采用钢支架。
2.4.2蒸汽和氮气管道
煤气柜站区需用蒸汽和氮气。
蒸汽主要用于煤气冷凝排水器的保温及供加压机房和操作值班室各房间采暖,蒸汽工作压力为0.3~0.4MPa,仅在冬季使用。
氮气主要用于吹扫煤气柜和煤气管道,氮气工作压力为0.3~0.4MPa,仅在煤气柜和煤气加压机停产时使用。
站区内设有1根DN80蒸汽管和1根DN150氮气管,均沿煤气管道铺设。
蒸汽和氮气管道的接点均接至站区围墙外1m处。
在蒸汽和氮气管道上各设有1个截制伐和1个压力表。
2.4.3煤气柜站区的自动化水平
煤气柜站区内的1座煤气柜和煤气加压站,采用电气、仪表、计算机三电合一的计算机(PLC)控制系统。
各设备运行过程的检测、控制和运行的状态参数,均进入计算机系统,计算机控制系统的操作员站设置在操作值班室内。
操作工在操作员站上通过显示屏和键盘,可对整个气柜的运行过程和状态进行监视和控制。
2.4.4操作值班楼设计
操作值班楼为两层建筑。
底层布置高低压配电室、厕所等房间。
二层布置操作值班室、男、女更衣室和工具间等房间。
操作值班楼布置在混合煤气加压机房的旁边。
二层的操作值班室紧贴煤气加压机房,并在墙上设有3000×1500的观察窗,可以看到煤气加压机的运行情况。
操作值班楼建筑面积:
2×21.6m×8m=345.6m2;操作值班室建筑面积:
7.2m×8m=57.6m2。
2.3混气站方案
混气站由高炉煤气和煤气两种气体混合,用以提高燃气的利用率,改善用气单位的煤气质量,高炉煤气和煤气每条管道分别进站蝶阀,压力调节阀,流量调节阀,以及温度、压力、流量等仪表。
混气站通过控制室对压力调节阀和流量调节阀的远程控制,稳定进高炉煤气和焦炉煤气的压力,并通过理论热值计算,对两种气体的流量调节,控制两种气体的混合比例,以达到调节混气热值的目的,提高高炉煤气和煤气的利用率,稳定用户用气压力,提高煤气用户的用气质量。
3.煤气柜站区公辅设施设计
3.1总图布置
3.1.1站区总平面布置
煤气柜站区的总平面布置按新冶特钢有限公司现有位置规划布置。
3.1.2道路
厂内道路为城市型,路面宽4m,道路转弯半径6m。
在气柜的四周设有环形的消防通道,站区留有两处大门与外部道路连接。
道路结构厚度为:
面层:
C35水泥混凝土面板,厚22cm;垫层:
沙、石屑或渣屑,厚5cm;基层:
三渣,厚25cm。
3.1.3厂区绿化
为改善生态,美化环境,创造出花园式的文明生产工厂,设计充分利用厂内空地、边角地、管线覆盖地进行因地制宜的广泛绿化,在道路两侧除选用适应性的灌木外,尚应广种草皮,绿化用地率≥20%。
3.1.4消防
本工程不单独配置消防车辆和定员,消防由钢厂统一负责。
新建站区仅在主干道的两侧配置足够数量的消火栓以作备用。
3.2土建设施
3.2.1概述
本设计包括1座30000煤气柜、1座煤气加压站及站区辅助构筑物。
(1)厂区自然条件
(略)
(2)地震基本烈度(需核实)
根椐《建筑抗震设计规范》GB50011-2001.芜湖市地区的地震设防烈度为7度。
(3)设计基本数据(需核实)
基本风压:
kN/m2
基本雪压:
kN/m2
最大冻土深度:
m
地震设防烈度:
度。
3.2.2建筑设计
所有建筑物及构筑物均按照生产工艺要求并遵照国家建委颁发的有关设计规范进行设计。
3.2.2.1煤气加压站
煤气加压站为单层框架结构,长度4×6米,跨度8米,建筑高度8.10米;外围护结构及内隔墙均采用粘土空心砖墙。
加压机房为不发火花地面;门窗为塑钢门窗及钢窗;屋面为捣制钢筋混凝土屋面板,设保温隔热层,为有组织排水;
3.2.2.2操作值班楼
为两层框架结构,长度3.6×6+4=25.6米,跨度8米。
底层地面标高为±0.000m,二层地面标高为+3.700m,建筑高度为8.10米。
外围护结构及内隔墙均采用粘土空心砖墙,屋面为捣制钢筋混凝土屋面板,设保温隔热层,为有组织排水;
操作值班室设有吊顶、抗静电活动地板。
操作值班楼其它房间以自然采光为主,辅以人工照明;室内地面根据需要设置防滑地砖、内外墙面为混合砂浆粉刷。
通风以自然通风为主。
3.2.3结构设计
3.2.3.130000m3煤气柜本体
30000m3煤气柜本体采用全钢结构。
设计基本数据(需核实)
基本风压:
N/m2
基本雪压:
kN/m2
地震设防烈度:
度。
3.2.3.230000m3煤气柜基础
根据地层分布情况,气柜本体采用天然地基方案设计气柜基础,基础埋深约-2.0m。
具体由业主提供地质勘探报告作详细设计。
3.2.3.3煤气加压机房基础
煤气加压机房为单层框架结构,基础采用块石条形基础。
3.2.3.4操作值班室
操作值班室为两层砖混结构,基础采用块石条形基础。
3.2.3.5管道支架:
管道支架采用钢支架,基础均为钢筋砼。
3.3自动化仪表
3.3.1.仪控系统
3.3.1.1控制水平:
本系统采用先进的三电
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