硫回收裝置中套筒式煙囪鋼內(nèi)筒的設(shè)計(jì)施工

某硫回收裝置中從尾氣焚燒爐燃燒廢氣經(jīng)蒸汽過(guò)熱器和尾氣廢熱鍋爐后進(jìn)入濕法脫硫裝置, 從濕法脫硫裝置進(jìn)煙囪的溫度在65℃ (一般煉油裝置進(jìn)煙囪的溫度在270℃左右) , 煙氣的成分復(fù)雜, 不僅含有SO2, SO3等, 還有從濕法脫硫裝置中帶來(lái)的鹵化物雜質(zhì) (即Cl-和F-) , 對(duì)煙囪抗腐蝕能力要求很高。常規(guī)混凝土煙囪不能滿足使用要求, 最終采用套筒式煙囪, 解決了煙囪防腐蝕問題。

1 方案設(shè)計(jì)
1.1 選型
套筒式煙囪是筒壁內(nèi)設(shè)置一個(gè)排煙筒的煙囪, 在煉油行業(yè)應(yīng)用較少, 但在電力行業(yè)里應(yīng)用很廣泛[1], 甚至是多管式煙囪, 即兩個(gè)或多個(gè)排煙筒共用一個(gè)筒壁的煙囪。

由于煙氣成分的復(fù)雜性和低溫特點(diǎn), 單純的采用煉油行業(yè)中常見的單筒混凝土煙囪就不能滿足腐蝕要求, 必須采用套筒式的, 即外筒采用混凝土, 內(nèi)筒采用鋼內(nèi)筒。

鋼內(nèi)筒從支撐型式上又分為自支撐、整體懸吊和分段懸吊三種型式, 各有優(yōu)缺點(diǎn)。自支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 底部采用螺栓錨固, 頂部配合止晃點(diǎn)設(shè)計(jì), 缺點(diǎn)是鋼材用量大。懸吊式能很好地利用鋼材的抗拉強(qiáng)度, 受力簡(jiǎn)單, 鋼材用量少, 但是懸吊式的要配合膨脹節(jié)使用, 以吸收鋼內(nèi)筒軸向的膨脹量, 膨脹節(jié)的更換維修費(fèi)用較高。分段懸吊式接頭多、構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜, 濕煙囪滲漏點(diǎn)多、防滲難度大且成本高;整體懸吊接頭少, 甚至沒有接頭, 構(gòu)造簡(jiǎn)單、防滲可靠性高且成本低。綜合考慮上述因素, 本工程130m煙囪鋼內(nèi)筒最終采用自支撐式。

1.2 選材
鋼內(nèi)筒防腐一般采用防腐金屬內(nèi)襯、輕質(zhì)防腐磚內(nèi)襯、防腐涂層內(nèi)襯、耐酸混凝土內(nèi)襯[2]。

鈦基和鎳基合金是國(guó)際工業(yè)煙囪協(xié)會(huì)推薦的不設(shè)加熱器情況下煙囪防腐金屬內(nèi)襯常用的兩種材料。鈦材由于其特定的化學(xué)性能, 有非常好的防腐效果, 脫硫后的強(qiáng)腐蝕性煙氣對(duì)鈦板的腐蝕性很小[3]。鎳基中同時(shí)加入鉻鉬, 鎳鉻鉬合金不僅在氧化性介質(zhì), 而且在還原性介質(zhì)中均具有很好的抗腐蝕能力, 特別是在有F-、Cl-等離子的氧化性酸中, 均具有其他耐蝕合金難以相比的耐蝕性。根據(jù)資料, 鎳合金是最能適應(yīng)各種嚴(yán)苛條件的優(yōu)良耐蝕材料, 是比鈦板防腐性能更好的材料, 但由于造價(jià)高, 目前國(guó)內(nèi)電廠尚無(wú)鎳基合金作為煙囪防腐內(nèi)襯的業(yè)績(jī)。國(guó)內(nèi)普遍采用的還是鈦合金板。

輕質(zhì)防腐磚內(nèi)襯一般采用玻璃磚, 主要有進(jìn)口賓高德玻璃磚、國(guó)產(chǎn)玻璃磚、國(guó)產(chǎn)陶瓷泡沫玻化磚等。后三種在工業(yè)上雖有應(yīng)用, 但可靠性尚待提高。

由于考慮到腐蝕性為第一要素, 承受內(nèi)壓為次要, 本次設(shè)計(jì)的鈦復(fù)合板采用GB/T 8547-2006《鈦-鋼復(fù)合板》中爆炸軋制復(fù)合板, BR2類, TA2+Q235B。它不同于爆炸復(fù)合板, 這兩種復(fù)合板的成型機(jī)理不同, 造價(jià)成本相差很大, 爆炸軋制復(fù)合板的成本相對(duì)較低, 國(guó)內(nèi)多家復(fù)合板生產(chǎn)廠家都有生產(chǎn)。

1.3 設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)中外筒承受風(fēng)壓, 內(nèi)筒不考慮風(fēng)壓, 只考慮強(qiáng)度和剛度。最終經(jīng)過(guò)計(jì)算, 煙氣入口以下不考慮腐蝕段采用, 14mm厚Q235B鋼板, 往上依次選用1.2+12mm、1.2+12mm, 止晃點(diǎn)處, 鋼板采用1.2+12mm, 每隔2m左右設(shè)置外加強(qiáng)圈, 兼做保溫支持圈。底封頭不宜采用橢圓形封頭, 因?yàn)檫@種爆炸軋制復(fù)合板在旋壓封頭時(shí)很難保證成型封頭的質(zhì)量, 而且還增加制造難度, 此處采用斜平板即可。這樣便于現(xiàn)場(chǎng)的焊接和施工。煙氣采樣口和靠近煙囪入口處宜設(shè)置檢修平臺(tái), 其余中間可按需設(shè)置平臺(tái)。中間用斜梯或者直爬梯連接, 如果是多管式煙囪, 用斜梯比較好, 單筒式CEMS以下部位可以設(shè)置斜梯, 上部設(shè)置直梯, 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意內(nèi)筒外壁與外筒內(nèi)壁之間的凈距離不宜小于1m。整個(gè)內(nèi)筒外保溫, 保溫厚度60mm。

內(nèi)筒筒首伸出外部混凝土煙囪3m, 為保護(hù)外筒內(nèi)部及雨水進(jìn)入, 在靠近外筒頂端2m處設(shè)置封閉平臺(tái), 且此處裸露在外的筒體保溫外防護(hù)采用S31603不銹鋼板, 以防止腐蝕。頂平臺(tái)收集雨水, 通過(guò)泄水孔將雨水排至外壁。

2 施工方案
2.1 內(nèi)筒施工方法
套筒式或多管式煙囪都是在外筒混凝土煙囪施工完畢檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行內(nèi)筒的施工。常用的施工方法是在煙囪底部開門, 鋼內(nèi)筒在就近的制造廠分段制造或者現(xiàn)場(chǎng)分段卷制焊接運(yùn)至煙囪內(nèi)。內(nèi)筒分段組裝焊接采用倒裝法, 倒裝法主要有氣壓頂升、液壓提升和液壓頂升3種, 這些方法在自支撐煙囪鋼內(nèi)筒施工中應(yīng)用已較為成熟。經(jīng)比較最終采用液壓頂升, 其工作原理為:提升環(huán)梁伸出12根插銷托住鋼制內(nèi)筒上的倒牛腿, 提升環(huán)梁的3條支腿擱置在同一平面上3個(gè)均布分開的爬升千斤頂上, 爬升千斤頂按指令在立柱的凹槽內(nèi)攀住方孔向上爬行, 實(shí)現(xiàn)鋼煙囪筒體上升, 見圖1。

圖1 液壓頂升裝置
圖1 液壓頂升裝置   下載原圖

圖3 完成組對(duì)的筒節(jié)
圖3 完成組對(duì)的筒節(jié)   下載原圖

2.2 焊接
鈦復(fù)合板的焊接接頭型式采用圖2所示的型式, 基層焊接完畢檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行復(fù)層的焊接, 復(fù)層采用的是70mm寬, 1.6mm厚的TA2板, 與復(fù)層金屬搭接角焊。復(fù)合板生產(chǎn)廠家生產(chǎn)時(shí)要按照?qǐng)D紙定尺生產(chǎn), 保證復(fù)層金屬比基層少15mm, 避免現(xiàn)場(chǎng)切割。筒體焊接中的一些其他角焊縫也應(yīng)采用鈦貼條的型式對(duì)角焊縫進(jìn)行保護(hù)。受煙囪內(nèi)部焊接條件的限制, 內(nèi)部焊接只宜進(jìn)行環(huán)焊縫的對(duì)接, 其余焊縫應(yīng)在煙囪外部進(jìn)行, 見圖3。鈦復(fù)合板的焊接具有特殊性, 在焊接前施工單位應(yīng)制定合理的焊接規(guī)程, 并在焊接過(guò)程中嚴(yán)格遵守。

圖2 筒體對(duì)接焊縫示意圖
圖2 筒體對(duì)接焊縫示意圖   下載原圖

復(fù)合板基層的檢驗(yàn)采用100%UT檢測(cè), Ⅰ級(jí)合格, 復(fù)層的檢驗(yàn)采用100%PT檢測(cè), Ⅰ級(jí)合格。

2.3 施工過(guò)程
板材到貨后應(yīng)由專門的場(chǎng)地堆放, 防止鐵污染, 并且進(jìn)行外觀檢查, 是否符合訂貨要求。為防止鐵污染, 其鋼板卷制時(shí)應(yīng)將復(fù)合層一面進(jìn)行保護(hù), 卷制時(shí)采用同規(guī)格的硬塑料板或0.1mm的銅皮進(jìn)行防護(hù)以保證復(fù)合層不受污染及損壞。卷制時(shí)加設(shè)墊板以保證開頭和結(jié)尾處的卷制弧度。

卷制完成的筒體符合要求后進(jìn)行縱環(huán)焊縫的焊接, 檢驗(yàn)合格后, 通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)將組對(duì)好的兩段筒節(jié)運(yùn)送至煙囪內(nèi) (見圖4) , 然后再與煙囪內(nèi)部的筒節(jié)組對(duì), 焊接環(huán)焊縫, 刷漆, 保溫等全部工程完工后。通過(guò)液壓頂升裝置, 將筒節(jié)頂升至預(yù)定高度。圖5所示為施工完成后的筒節(jié)。

施工中要合理安排筒節(jié)組對(duì)、平臺(tái)梁、止晃點(diǎn)、直梯或斜梯、保溫、外壁焊接件等的施工順序, 保證施工順利進(jìn)行。

圖4 兩段筒節(jié)運(yùn)至煙囪內(nèi)
圖4 兩段筒節(jié)運(yùn)至煙囪內(nèi)   下載原圖

圖5 施工完成后的筒節(jié)
圖5 施工完成后的筒節(jié)   下載原圖