【论文】甲醇加药装置的设计.pdf

甲醇加药装置的设计 i 摘 要 在水处理 化工 印染等行业 我们经常需要在水中或其他液体中按一定比例 投加另一种溶液 生产过程是连续的 这种投加工作必须同样是连续的 如人们在 水处理过程中投加混凝剂 助滤剂 消毒剂 在冷却塔中投加阻垢剂 化工 印染 中定量投加化学药剂 酸碱等 这些都需要一种计量投加药剂的设备 而这正是加 药装置所具备的基本功能 加药装置又称加药橇 加药系统 加药设备 加药橇是一种具加药 搅拌 输 送液体 自动控制于一体的成套设备 本文针对污水处理中需计量加入甲醇的要求 设计了甲醇加药橇 甲醇加药橇分为四个部分 计量箱 药剂贮罐 计量泵 加药泵 自动控制系统 连接管路 甲醇撬块是将甲醇罐 底座 操作平台 插筒泵 计量 泵 氮封系统 控制系统 排污管线 放空管线 介质进出口管线 安全排放管线 二次利用管线等部分组成一个橇 这种成套加药装置结构紧凑 占地面积小 安全简单 操作使用简便 管理简 单 其具有投药量计量准确 加药能力大 适用范围广等特点 其加药量恒定 易 于调节 关键词 关键词 加药装置 加药系统 自动控制 计量泵 甲醇加药装置的设计 ii abstract in water treatment chemical industry printing and dyeing industry etc we often need to add another solution in water or other liquids proportionally the production process is continuous so such work must to be made of continuous also for example people inject coagulants filtration aids disinfectants in water treatment process inject inhibitor in cooling towers inject chemical agent acid base etc in chemical industry printing and dyeing industry quantitatively these all require a drug dosing inject equipment and this is the basic functions of dosing device dosing device also can be called as injection skid dosing system dosing equipment injection skid is the one that dosing mixing liquid transportation automatic control are all made in one equipment based on the requirement of injecting methanol in sewage treatment i designed the methanol dosing device methanol injection skid can be divided into four parts measuring boxes potions tank metering pump dosing pump automatic control system connected piping methanol injection skid is consist of methanol tank foundation operation platform canister pumps metering pump nitrogen sealing system control system drainage pipelines vent pipe line import and export pipe lines of mediums the safety discharge line and second using pipe lines the structure of this complete dosing device is compact and the area that it cover is smaller it is easy to be used and its management is simple it has advant ages such as exact measurement of drug quantities high processing ability and wide applicability the drugs it inject are constant and easy to be adjusted key words dosing device dosing system automatic control metering pump 甲醇加药装置的设计 iii 目 录 目 录 第一章 前 言 1 1 1 目的及意义 1 1 2 加药装置的应用 2 1 2 1 加药装置油田中的应用 2 1 2 2 加药装置水处理中的应用 7 1 2 3 加药装置锅炉中的应用 11 第二章 设计部分 13 2 1 设计方案论证 13 2 1 1 设计原理 13 2 1 2 控制功能操作手册 19 2 1 3 安全须知 25 第三章 计算部分 28 3 1 设计结果 28 3 1 1 储罐设计结果 28 3 1 2 材料 28 3 1 3 工艺数据 28 3 1 4 泵的工艺数据 29 3 2 计算原理 30 3 2 1 内压计算 30 3 2 2 外压计算 33 3 2 3 元件重量 34 3 2 4 鞍式支座选择 34 3 2 5 管嘴计算 35 第四章 结论与展望 36 参 考 文 献 37 致 谢 40 附 录 41 附录一 计算书 41 附录二 工艺流程图 90 附录三 甲醇储罐建造图 91 附录四 甲醇加药橇基座图 92 附录五 甲醇加药橇总布置图 93 甲醇加药装置的设计 1 第一章 前 言 1 1 目的及意义 在电力 石油 化工 冶金工业 环境工程 水处理等领域中常需要将某种药 剂注入到另一种液体或药剂中成为一种混合物 或者使加入的药剂与原液体或药剂 中存在的某种组分发生化学反应 以达到预期的工艺要求 以前多是采用人工加药 但许多情况下都是要求药剂的注入均匀 稳定 适量 连续 人工投加则很难满足 这些要求 并且人工加药是在有限监测频率的情况下加药 不能达到准确加药 滞 后和不全面的监测手段更加无法做到准确检测 很难获得理想的加药效果 1 2 3 为达到最佳效果 在工况变化的情况下 需对所加化学药剂量进行计量投放 加药装置的出现解决了这一问题 它是以计量泵为主要投加设备 将溶药箱 搅拌 器 液位计 安全阀 止回阀 压力表 过滤器 缓冲器 管路 阀门 底座 扶 梯 自动监视系统 电力控制系统等按工艺流程需要组装在一个公共平台上 形成 一个模块 即成为橇装组合式单元 这种橇装设备具有简单实用 高性能 低成本 的特点 用户只需将组合式加药装置安放在加药间 将加药管接好接通电源即可启 动投入运行 这种工厂化的整套装置 可大大减少设计和现场施工的工作量 4 对 整机的质量 安全和现场投运提供了可靠的保证 采用加药系统计量加药是提高加 药效率 减少运行费用的必要手段 也是今后发展的必然趋势 因此 研究加药装 置的精细设计 提高其工作性能对电力 石油 化工 冶金工业 环境工程 水处 理等过程的加药控制有很大的作用 5 10 在我国南方城市污水普遍存在低碳相对高氮磷的水质特点 由于有机物含量偏 低 采用常规脱氮工艺无法满足缺氧反硝化阶段对碳源的需求 导致反硝化过程受 阻 并抑制异养好氧菌增殖 使得氨氮 nh3 n 的同化作用下降 大大影响了污水 处理厂的脱氮效果 实践证明 投加碳源是污水处理厂解决这类问题的重要手段 甲醇是污水处理厂最常用的外加碳源 甲醇作为基质时本身不含有营养物质 如氮 磷 ph 值呈中性 可减少对污水中微生物的影响 同时甲醇能够被完全氧化 分 解后的产物为 co2 和 h2o 不留任何难降解的中间产物 虽然甲醇的价格可能比 葡萄糖和醋酸盐稍贵 但作为碳源时 其去除硝酸盐的最佳碳氮比较低 且反应速 率较快 产泥量较低 因此作为外加碳源比葡萄糖和醋酸盐更为常用 1 1 针对这 甲醇加药装置的设计 2 种情况 我设计了甲醇加药装置 用于在污水处理中外加碳源 1 2 加药装置的应用 加药橇又称加药装置 加药系统 加药设备 加药橇是将计量泵 溶药箱 控 制系统及管路阀门等所有设备 组件安装在同一个底座平台上 实现溶配药液 计 量投加的整体组合 具有结构紧凑 体积小 噪音低 工作平稳 安装简单 操作 使用方便等优点 它可被应用于电厂的原水 锅炉高压给水 油田地面集输脱水处 理系统 石油化工各种加药系统和废水处理系统 如投加混凝剂 磷酸盐 氨液 石灰水 水质稳定剂 缓蚀剂 1 2 阻垢剂 液体杀生剂等 根据工艺流程向各 种系统中注入化学药液的成套装置称之为加药装置 按照使用场合可分为三大类 1 锅炉加药装置 可用于锅炉给水 加氨和加联氨 凝结水加氨和加联氨 停炉保护加氨和加联氨 以及向蒸汽锅炉中加磷酸盐 主要用于电厂和电站 2 油田加药装置 主要用于在石油开采中向平台上的井口和及其他系统注入 絮凝剂 阻垢剂 缓蚀剂 破乳剂等各种药液 3 水处理加药装置 在水处理过程中向自来水 废水 污水中加药 主要用 于有关给排水处理 环保等工艺流程 如自来水厂 宾馆 饭店 游泳池 污水处 理厂等 1 2 1 加药装置油田中的应用 1 2 1 1 加药装置在边远小断块油藏中原油降粘的应用 随着边远区块的开发 部分边远井站原油含水率上升至 60 70 形成油包 水型乳状液 黏度急剧升高 导致管线回压大幅上升 混输泵输困难 另外随着时 间延长 原油乳状液逐渐稳定 给联合站正常脱水带来极大困难 必须加药降黏 首先是优选加药点 理论上在井口连续加药最理想 但由于井多 投资高 工作量 大 人为破坏严重 在实际中很难实现 通过分析论证在单井管线节点计量站或混 输泵站内加药工艺简单 管理方便 投资省 能实现连续加药 破乳效果较好 其 次为解决连续加药难题 橇装加药装置主要由加药罐 计量加药泵 搅拌系统 液 位报警系统 控制系统 过滤系统等组成 可实现药剂储存 混合和外输功能 其 性能特点 一是机电一体化橇装化 结构紧凑 占地面积小 投资省 二是移动方 便 便于运输安装 可以在室内外使用 三是操作方便 可根据需要同时手动调节 甲醇加药装置的设计 3 和变频调节流量 并可实现遥控和计算 四是自动化程度高 加药量准确 五是工 人劳动条件得到改善 劳动强度减轻 临盘采油厂在兴隆 商 641 区块推广应用 3 套橇装加药装置 其中 1 套安装在 兴隆混输泵站 混输泵出口压力由加药前的 1 7 mpa 降为 0 7 mpa 运行 1 年累计 节电 43 8 104 kw h 管线低压运行后破漏损失减少 且破乳效果好 利于临南联 合站原油脱水 边远小断块油田井位较分散 如果全部设置常规计配站 则建设数量多 周期 长 投资较高 而且需要有人值守 无人值守的橇装计量装置 可因地制宜 与常 规站合理组合 通过安装不同井式的计量加药装置 实现零散井的计量 随着油田开发进程深入 整装油田已进入高含水期 新探明油藏大多属于低渗 透 稠油及复杂岩层油藏 地面工程系统面临投资增大 能耗增加 效率降低 为 此 需要我们进一步地探索和研究 不断提高加药装置的自动化水平 1 3 胜利油田新滩采油区由于油稠经常发生抽油杆断脱或油管脱扣 检换管柱频繁 检泵周期 300 d 导致作业费用升高 所采取的降粘措施就是定期向油井套管加 入降粘剂 由于是一次性加入 药效持续时间短 药量大 费用高 效果差 为此 人们研制出油井套管连续自动加药装置 它不需电力和外界动力 同时与油井井口 掺水混合 提高了温度 增大降粘效果 经矿场实验 并井上推广应用 目前全部 生产正常 14 1 2 1 2 加药装置在油井产出液防腐蚀方面的应用 通过不同区块的油井投加有针对性的缓蚀剂 能够改善产出液性质 并实现井 下 井口支线 集输干线的防腐蚀保护 但目前国内均采用周期性加药方式 在加 药周期内产出介质缓蚀剂浓度存在高峰和低峰 浓度过高造成浪费 浓度低则防腐 蚀效果减弱 油井连续加药技术的研究解决了上述问题 而且能够稳定控制产出介 质中的缓蚀剂浓度 实现最佳加药效果 上述技术同样用于油井抑盐剂 清蜡剂 阻垢剂的投加 1 5 周期性加药和连续性加药效果对比 同时选择三口油井分阶段进行连续性加药 和周期性加药 7 天为一个周期 并对比两种加药方式产出介质中总 fe 含量和腐 蚀速率的变化 所选加药井的基本情况见表 1 甲醇加药装置的设计 4 表1 1 加药井参数 所属矿 井号 采油方式 液量 m3 d 1 含水 加药浓度 mg l 1 连续性加药 l d 1 文明寨 文明寨 马寨 m86 m60 mzw305 6 电泵 抽油机 抽油机 104 50 70 91 95 70 120 150 120 12 5 7 5 8 5 注 加药浓度可根据室内评价确定 若现场连续加药量低于装置最小控制流量 可按 1 1 稀释缓蚀剂 产出 液介质总 fe 含量变化对比 不同加药方式油井加药后产出液介质中总 fe 含量变化曲线见图 1 1 1 3 从曲线可以看出 在连续加药方式下 三口井产出液介质中总 fe 含量上下波 动较小 随时间的延长趋于平缓 各井总 fe 含量波动范围在 30 以内 说明在加 药期间能稳定控制油井产出液介质中总 fe 含量 缓蚀效果持续 有效 周期性加 药方式下 三口井产出液中 fe 的含量波动范围在 60 左右 说明周期性加药也可 以降低油井产出液介质中 fe 的含量 但有效时间短 图1 1 m60井总fe含量变化曲线 甲醇加药装置的设计 5 图1 2 m86井总fe含量变化曲线 图1 3 mzw305 6井总fe含量变化曲线 三口井分别在连续 周期性加药期间对产出液介质的腐蚀速率进行测试 数据 见表 2 连续性加药方式产出液介质 腐蚀性不大 所监测井的腐蚀速率最高和最低值 波动范围分别为 17 27 29 30 而周期性加药方式的为 36 41 45 52 连续性比周期性腐蚀率下降 21 9 甲醇加药装置的设计 6 表 1 2 产出液介质静态挂片腐蚀速率 mm a 缓蚀剂浓度对比 进一步证明了连续加药方式能够实现产出液介质中缓蚀剂 具有持续 稳定的浓度 同时进行了连续性加药与周期性加药两种加药方式下产 出液中缓蚀剂浓度的对比实验 图1 4 m60井产出液介质示踪剂浓度变化曲线 甲醇加药装置的设计 7 图1 4 m86井产出液介质示踪剂浓度变化曲线 1 2 1 3 加药装置系统在油田注水中的应用 目前各种石油管线输送的加药系统中 多采用人工加药 工艺复杂 仅凭储 药罐上的玻璃管液位计目测判断用量 不能准确配制规定浓度的破乳剂液 不能 根据液位的变化而按比例精确地调整破乳剂的注入量 造成水 电及人力的浪费 增加了能耗 针对上述问题 开发了一种定量加药 连续加药的控制装置即加药 装置 实际运行证明 该装置不仅减轻了员工的劳动强度 提高了安全系数 实 现了以人为本的原则 使油田工业自动化水平达到了新的起点 提高了现场管理 水平 使生产和管理更趋规范化 科学化 1 6 油田注水全自动装置系统设计中 各环节工作信息传送至plc控制系统 使加 药装置自动化程度高 药液浓度恒定 投加准确 实现了加药罐的部分自动化 大 大提高了工作效率 减轻了工人的劳动强度 减了药剂对人体的危害 同时加药装 置还具有结构紧凑 配置丰富 安装简单 可靠性高等优势 是目前自动化程度较 高的药剂投加系统 通过论述旨在找到一种实用价值更高 应用前景更广阔的产品 从而达到环境效益与经济效益的统一 1 2 2 加药装置水处理中的应用 水处理工艺流程大都根据原水水质壮況经过物理 物理化学 化学和 或生物 化学方法去除杂质 使出水水质达标 向水体中注入适量的添加剂 混凝剂 絮凝 甲醇加药装置的设计 8 剂 氧化剂 中和剂 阻垢剂 缓蚀剂等 通称 药剂 是水处理工艺经常采用的 技术路线 而且要求药剂的注入均匀 稳定 适量 连续 人工投加则很难满足这 些要求 17 化学水处理是发电厂的重要环节 只有对水进行适当的净化处理和严格 地监督汽水质量 才能防止造成热力设备的结垢 腐蚀 避免爆管事故 才能防止 过热器和汽轮机的积盐 而这些问题必须通过对给水加药来解决 热电厂给水加药 控制 以往多采用手动控制 自动化程度不高 控制效果不好 事故发生率高 采 用先进的自动化程度高的控制系统非常必要 1 8 1 2 2 1 加药装置冷却水处理中的应用 冷却水在循环系统中不断循环使用 投加水质稳定药剂 可以有效地控制循环 冷却水系统结垢 控制设备和配管腐蚀并抑制水中微生物的滋生 对于满足工艺设 备用水水质要求 确保正常生产 延长设备和配管的使用寿命 具有极为重要的意 义 水质稳定是保障工业循环冷却水水质的重要手段 对于工厂的正常生产有着极 其重要的意义 在水质稳定工作中 药剂是核心 如何投加是手段 1 9 因此 加药 是循环水处理工艺中的一个必不可少的环节 在现今工业循环冷却水处理过程中 通常是采取投加化学药剂以阻止系统结垢 腐蚀和生物黏泥的生成 从而保证循环 水系统稳定 可靠 长周期运行 随着循环冷却水系统加药处理技术的不断发展 人们除了继续关注 研究和开发各类新型水处理药剂和配方外 还将更多注意力放 在加药控制操作系统的技术研究上 从而更有效地将化学药剂经济 合理的加入到 循环冷却水系统中 使水处理药剂费用和处理效果更理想 更科学 在工业生产过程中 工业循环冷却水用水量占整个工业用水量的 70 以上 提 高工业循环冷却水的浓缩倍数是节约用水的有效途径 提高浓缩倍数后 循环水系 统对水质管理的要求更高 良好的水质对延长生产设备的使用寿命 降低消耗和提 高经济效益具有重要意义 目前 对工业循环水的处理主要依靠投加缓蚀剂 阻垢剂 20 和杀菌剂来完成 这些水处理药剂性能有了很大提高 但仍有许多循环冷却水系统存在各种问题 如 腐蚀 结垢 微生物控制不好 系统的浓缩倍数不高 2 3 倍 换热设备使用寿命 不长 水处理费用过高等 循环水水质管理的核心是以预防为主 有效预防是获得 优良处理效果的关键 金属一旦腐蚀 变成金属氧化物 在水处理过程中就不可能 恢复成原来的形态 换热器表面结垢后 清除非常困难 必须进行单台设备酸洗或 高压水枪清洗 系统微生物失控 出现生物粘泥 也要花费很长时间处理 系统一 甲醇加药装置的设计 9 旦出现了以上三个问题 往往还会造成恶性循环 使水处理形势越来越糟 在传统 的水处理管理模式中 由于人员及仪器的限制 每天现场的常规分析频率少 包括 ph 电导 浊度 硬度 碱度 氯离子 总铁 余氯 磷酸盐 缓蚀剂浓度 人工 加药在有限监测频率的情况下不能达到准确加药调节水质的目的 滞后和不全面的 监测手段无法做到预防管理 很难获得理想的水处理效果 循环冷却水处理投加阻 垢剂 缓蚀剂 采用的投加方法有定时定量人工倾倒式 高位重力滴加式 水射器 注入式等等 较先进的则是通过计量泵人工调节来投加 以上这些投加方法均存在 加药量不能随着循环冷却水相关工艺参数的变化而相应地变化的缺陷 循环冷却水自动加药系统 不但能够准确地定量将水处理药剂加入系统中 还 能根据系统中的水质指标的变化对系统水处理药剂投加量做及时的调整 以下是几 种已经处于使用阶段的自动加药系统的控制方式 利用先进的计算机控制技术和在线监测仪器 并结合循环冷却水处理技术 构 成自动化程度高的加药系统 通过使用自动化程度高的加药系统 能够及时发现循 环冷却水系统中出现的腐蚀 结垢 微生物繁殖问题的动向 并能很快采取相应的 措施 达到循环冷却水处理 预防为主 的要求 使药剂最大限度地发挥效果 确 保循环水系统平稳可靠地运行 同时还能节省药剂和大大减少分析操作人员的工作 量 21 通过对循环水系统的清洗和持续加药来实现凝汽器真空度的提高 降低消耗 达到节能降耗的目的 在汽轮机组保持连续运行的状态下 通过化学方法在线清除 系统设备表面的沉积物和锈蚀物 使换热器管束表面重新恢复清洁 在清洗后进行 预膜处理 在金属表面形成一层保护膜 并通过正常加药操作 使循环水系统管线 和设备得到长期的保护 提高真空降低消耗 22 1 2 2 2 自动加药装置在煤泥水处理中的应用 实现洗水闭路循环和复用 提高工业用水的利用率是选煤厂环境保护和节约水 资源的一项重要措施 目前国内许多选煤厂都使用絮凝剂以提高煤泥水的沉降速 度 但是大多数是人工操作 靠人工配制絮凝剂溶液和人工控制加药量 存在不少 问题 如配制絮凝剂溶液时劳动强度大 人工抛撒粉状絮凝剂时 药剂分布不均 易形成团块不易溶解 使搅拌时间加长 浪费电力 加大电极及设备磨损等 基于煤泥界面检测的絮凝剂自动添加系统可实现根据各浓缩池的溢流水浓度 自动添加絮凝剂溶解液 不但可以减轻工人劳动强度 改善劳动环境 而且节约了 药剂 降低了药耗 23 自动加药系统具有与手工加药不可比拟的优越性 既保证了 甲醇加药装置的设计 10 煤泥水的正常处理 又节约了大量药剂 24 煤泥水中细粒沙和泥化物含量波动较大 而且流量不稳定 导致聚炳烯酰胺 pam 的加药量也需不断改变 人工调节很难满足工艺要求 采用自动加药系统处 理煤泥水后 耙式浓缩机清水层在 300 mm 以上 溢流浓度可以控制在 1 g l 以下 作为选煤用水 从而实现选煤厂洗水闭路循环 同时耙式浓缩机底流浓度达到350 500 g l 为压滤机更多地回收煤泥提供了前提 预计每年可多回收压煤泥 10 万 t 自动加药装置存在着以下特点 1 实现了药剂自动配制和自动加药 减轻了工 人的劳动强度 减少了由于人为的误操作所造成的药剂浪费 2 节省药剂 本系统 实现了闭环控制以二段耙式浓缩机溢流的检验指标为最终控制目标 依靠加药数学 模型来实现控制任一瞬时的加药量 使得处理每吨煤泥水的加药值达到最佳 大大 节约处理每吨煤泥水的药剂成本 3 处理效果好 采用自动加药装置处理煤泥水 二段耙式浓缩机清水层在 300mm 以上 溢流浓度可以控制 1g l 以下 作为选煤用 水 实现了选煤厂洗水闭路循环 同时二段耙式浓缩机底流浓度达到 350 500 g l 为压滤机更多地回收煤泥提供前提 4 利用浊度仪实施在线测量 反映溢流浓度及 时准确 25 济二号矿选煤厂煤泥水系统使用加药装置已取得的经济效益如下 1 提高生产 效率 保证浓缩机溢流水浓度在 15 g l 以下 降低循环水洗水浓度 改善了跳汰 煤泥脱水 浮选 压滤等工艺效果 有助于提高精煤质量 产率及煤泥回收效率 2 节能降耗 a 提高了药品利用效率 济二厂每月用药 2 5 t 年用药 30 t 药 价 2 万元 t 项目实施后 可节约药剂 30 年用药 24 t 节约 9 t 节约 18 万元 b 降低生产成本 人工配药搅拌时间长 电耗大 设备磨损严重 原加药系统总 功率 13 9 kw 自动加药系统总功率 5 25 kw 减少电耗 62 2 年节约电能约 50516 kw h 并节约了配件开支 c 减少岗位工 60 劳动量 降低劳动强度 d 改善 岗位工劳动环境 现场文明形象彻底改观 人员安全隐患 原系统很容易造成滑道 摔伤 基本解决 杜绝了化学药品危害 26 絮凝剂自动加药系统在太西洗煤厂的已取得的成果 27 如下 1 絮凝剂自动加 药系统设计新颖 运行稳定 可靠 在太西洗煤厂二分区 24m 浓缩系统应用中 实现对煤泥沉降速度和澄清水浊度的监测和控制 加快了煤泥浓缩和沉淀效果 2 系统设计最优化 配置简洁 性价比高 采用德国 siemens 的 plc 和变频器控制 系统全自动化运行 无需人工操作 3 为了使絮凝剂在水中充分溶解 太西洗煤 甲醇加药装置的设计 11 厂在前期应用中经过改进 即在储料箱内加装搅拌器 对药剂进行二次搅拌 避免 药剂在储料箱长时间停留 沉淀后 造成进入浓缩池的药剂浓度不均 影响煤泥浓 缩效果 总之 加药系统在水处理系统实现控制后 不仅从功能上使水处理系统更加合 理完善 同时还能极大地增强系统控制的自动化程度 方便了运行人员对就地设备 的操作 监控 大大减轻了运行人员的工作强度 对于系统的安全运行提供了可靠 的保证 28 1 2 3 加药装置锅炉中的应用 目前 各电厂给水加药大多数采用人工调节 不能准确地将 ph 控制在规定的 范围内 不仅严重浪费大量中和剂 而且造成了热力系统的电化学腐蚀 甚至导致 凝汽器的断裂 造成停机事故的发生 锅炉水中适当添加磷酸盐及氢氧化钠 可提 高炉水的缓冲性能并对维持炉水 ph 的稳定有很大的作用 故能防止锅炉水冷壁的 结垢和腐蚀 平衡磷酸盐处理时 磷酸盐的加入量必须适当 这就要求计量泵必须 能够自动调节加药量 因此 设计并开发锅炉给水加药自动控制系统 自动根据给 水 ph 联胺值的变化连续调节加药量 合理控制加药量 进而避免锅炉及管路的 腐蚀 是保障电厂安全生产 经济运行的需要 又是节省人力 提高自动化管理水 平的需要 29 30 加药装置保证锅炉水质的稳定合格 克服了传统间断加药造成的水 质大幅波动 蒸汽品质和蒸汽带水得到有效控制 过热器更加安全 31 常见的有磷酸盐加药装置 联胺除氯加药装置等 磷酸盐加药装置 锅炉给水中的钙 镁硬度会在高温环境下发生化学反应 或 者浓缩结晶 生成不溶的水垢 牢固附着在锅炉受热面上 这种水垢是热的不良导 体 会阻碍热传导 严重时可能发生锅炉爆管事故 另外 还会诱发并加剧垢下金 属化学腐蚀 危害相当严重 虽然锅炉凝结水 给水都经过了严格的软化 除盐处 理 但仍有少量钙 镁硬度进入炉水 如果不对这部分硬度进行处理 也会结垢对 锅炉安全运行造成威胁 目前 炉水加磷酸盐是最为适宜的处理方法 反应如下 10ca2 6po43 2oh ca10 oh 2 po4 6 碱式磷酸钙 公式 1 1 碱式磷酸钙是一种松软的水渣 易随锅炉排污排除 且不会粘附在锅内变成水 垢 磷酸盐加药装置 包括药液溶配系统 计量投加系统 安全系统和控制系统等 甲醇加药装置的设计 12 四部分 固体磷酸盐加入溶药箱内 然后按比例加入除盐水或凝结水搅拌溶解 由 计量投加系统加到锅炉汽包内 投加控制可采用手动方式 也可依据上位系统输出 的控制信号 进行随动控制 自动投加 联胺除氯加药装置 氧气能够和碳钢等金属在潮湿的环境里发生电化学腐蚀 造成铁质构件的损坏 特别是在温度较高的给水系统中最容易发生这种腐蚀 并且 相当严重 因此必须去除水中的溶解氧 联氨除氧是目前高参数锅炉机组常用的化 学除氧方法 它在碱性溶液中表现较强的还原性 能够将水中的溶解氧还原 反应 如下 n2h4 02 n2 h20 公式 1 2 装置主要包括药液计量系统 溶配系统 计量投加系统 安全系统和控制系统 等五部分 联氨由水射器吸入计量系统 然后按比例加入溶配系统与除盐水或凝结 水混均匀 由计量投加系统投加到锅炉给水中 投加控制可采用手动方式 也可依 据上位系统输出的控制信号 进行随动控制 自动投加 甲醇加药装置的设计 13 第二章 设计部分 人类 水资源的紧缺 促进了水处理 技术的发展 投加药剂是水处理工程中常 用的技术措施 然而许多水处理工程中 因投加药剂设备的落后 造成人工操作烦 琐 高价值的化学药剂的浪费 甚至因此而影响 企业的效益 给水净化和 废水处 理过程中 需要投加各种化学剂 以达到处理目的 因此 先进的投药系统和溶药 设备乃是水处理工程中的重要组成部分 甲醇是一种无色 透明 易燃 易挥发的有毒液体 误饮 5 10 ml能双目失 明 大量饮用会导致死亡 常温下对金属无腐蚀性 铅 铝除外 略有酒精气味 分子量 32 04 相对密度 0 792 20 4 熔点 97 8 沸点 64 5 燃烧 725 76 kj mol 闪点 12 22 自燃点 463 89 蒸气密 1 11 蒸气压 13 33 kpa 100 mmhg 21 2 蒸气与空气混合物爆炸极限 6 36 5 体积比 遇热 明火或氧化剂 易燃烧 本加药装置是由 cadworx plant 和 cadwork equipment 软件画出三 维立体图形 cadworx plant 软件是用于画装置的配管图 包括管线 阀门 管嘴等 cadwork equipment 软件是用于画甲醇储罐 计量泵 吊耳防涡板 等 2 1 设计方案论证 甲醇加药装置由甲醇罐 底座 操作平台 插筒泵 计量泵 氮封系统 控制 系统 排污管线 放空管线 介质进出口管线 安全排放管线 二次利用管线等组 成 甲醇罐本体组成 由筒体 封头 防涡流板 人孔 支座及各管口等部件组成 罐体内部盛装介质甲醇 2 1 1 设计原理 2 1 1 1 筒体设计 甲醇储罐是由椭圆形封头和筒体组成 下封头与筒体一般为焊接 上封头与筒 体也常用焊接 根据需求公司给出的工艺条件 甲醇储罐的设计尺寸为 筒体内径 为 800mm 2400 mm 封头为椭圆型封头 封头 椭圆 2 1 根据工艺要求计算筒体容积为 甲醇加药装置的设计 14 v1 0 25 pi d2 h 0 25 3 14 0 82 1 2058m3 公式2 1 根据 石油化工设备设计便查手册 32 以内径为公称直径的封头图形为 图2 1 内径为公称直径的封头图形 根据表2 1 1以内径为公称直径的封头尺寸查得 工艺要求计算封头容积为 封头曲面高度为h1 200 mm 直边高度h2 25 mm 封头容积为 0 0796 m3 因此甲醇储罐的容积为 v1 1 2058m3 0 0796 m3 1 2854m3 公式2 2 设备装填容积为 v 0 8 1 2854 1 0283 m3 公式2 3 是装料系数 表明甲醇储罐操作时允许的装满程度 根据不同状态 可取 0 6 0 85 状态平稳 可取0 8 筒体和封头的壁厚由受载情况计算确定 因未带夹套 则甲醇储罐的筒体因筒 体内操作压力使筒体受内压作用 筒体和封头的壁厚应按内压容器计算 为便于焊 接和制造 封头常与筒体壁厚相同 2 1 1 2 接管法兰 法兰是据公称直径 公称压力来选取 其中公称直径应与相配的设备或管子的 甲醇加药装置的设计 15 公称直径相致 而公称压力则根据法兰材料和工作温度从 压力容器法兰 或 管 法兰 标准中查取 根据 hg t 20615 2009 钢制管法兰 33 class 系列中选取 class150 即 20 mpa 法兰类型选择带颈对焊法兰 法兰的密封面形式选择突面 rf 查续表 3 2 2 得其适用于 dn15 至 dn600 适用于本装置的所有管线 同 时查得法兰的各部分尺寸以备绘图时使用 2 1 1 3 管嘴 人孔 支座及基础 管嘴又一小段管道和一个法兰组成 因此 只需配合相接管道选择即可 为了 检查甲醇储罐 在储罐的侧面设置一个大小为 16 寸的人孔 在甲醇罐顶设置了十 个管嘴 n1 为放空接口 用于放空管线 n2 为甲醇储罐的进口管线借口 n3 n4 为安全阀口 用于安全排放管线的接口 n5 为再利用口 用于计量泵管道液体 回收管线接口 n6 为压力传送口 用于压力远传装置的借口 n7 为液位开关口 用于液位远传装置的接口 n8 为温度计口 用于安装温度计 n9 为压力表口 用 于安装压力表 n10 为氮气入口 用于往甲醇储罐通氮气 在储罐的底部设有两个 管口 分别为甲醇储罐的出口和排污口 在甲醇储罐的侧面设置俩个管口 用于安 装液位计 甲醇储罐的顶上开孔很多 它们的开设位置应合理地布置在罐顶上 以 储罐的纵向中心线为中心对称分布 卧式甲醇储罐的支座选择鞍式支座 型号按储罐的总重量选择 其总重量还应 包括储罐内料液重量 共选用两个鞍座 基础尺寸只要可以将整个加药装置安装下即可 2 1 1 4 防涡板和盲板 液体由储罐出口排出时 在排液口处会形成一个向下的漩涡 不但会影响储罐 底液面的稳定 而且可能会带走气体 因液体为泵传送 则带气会影响泵的正常工 作 可能会产生气蚀 所以在储罐底液体出口前需设置防止漩涡产生的挡板 即防 涡板 除计量泵出口安全排放管线与储罐的连接口外 在各个管线接口配备 8 字盲 板 方便设备检修和维护工作 8 字盲板是一种管道用件 一半是实板一半是铁圈 用于装置开停工 临时性抢修 局部检修期间 隔断检修设备与储罐 对于可燃 易爆 有腐蚀性或者有毒介质的管道 必须在切断阀的装置侧加 8 字盲板 34 2 1 1 5 氮封系统 甲醇常温下也会挥发 挥发出去的甲醇会在灌顶富集 没有氮气会达到爆炸极 甲醇加药装置的设计 16 限 另外甲醇挥发没有氮气的话 空气中的水会被冷凝下来 造成水分超标 因此 必须采用氮封 氮封能做到既隔绝空气 又保证储罐不变形 氮封系统主要利用氮 气对甲醇罐内的甲醇进行覆盖 即利用微正压氮气将甲醇罐内的自由空间充满 以 惰性气体取代空气中的氧气 使甲醇与氧气隔离 使得设备内部缺氧不易发生氧化 腐蚀生锈及可燃 提高安全系数 避免事故发生 当罐内压力下降时 氮气会不断 的向罐内补充 氮封系统由氮气瓶组 氮气汇流排 调压及控制装置 管线 压力就地显示表 等组成 氮气瓶组释放的氮气经调节阀调节到 0 02 mpa 后进入甲醇储罐 设有旁 通管线 阀门为球阀 以便在紧急情况下实现快速启闭 2 1 1 6 甲醇储罐的出入口管线 甲醇储罐的入口管线即计量泵的入口管线 甲醇储罐的入口管线 由插筒泵 软连接 与罐体连接管线等组成 通过插筒 泵经软连接将甲醇从储存容器注入到甲醇罐体 2 1 1 7 计量泵橇 计量泵橇主要是由动力驱动 流体输送和调节控制 泵进口管线 出口管线等 组成 动力驱动由机械联杆系统带动流体输送隔膜实现往复运动 隔膜 活塞 于 冲程的前半周将甲醇吸入并于后半周将甲醇排出泵头 本装置设有两个计量泵 一用一备 每个计量泵设有一个入口管线和一个出口 管线 计量泵也称定量泵或比例泵 属于往复式容积泵 出口流体可实现精确计量 通常要求计量泵的稳定性精度不超过 1 计量泵的入口管线设置了过滤器和流量标定柱 当流体从甲醇储罐流出来后通 过过滤器来除掉流出的流体中的固体杂质 用以保护泵的正常运转 直接根据管径 选取 过滤面积也就定了 标定柱用来是用来对计量泵输出的流量进行准确标定 流量标定柱又称作流量 标定管 标定柱 标定管 本橇所用流量标定柱材料为透明 pvc 以毫米为计量单位 计量泵的出口管线 脉冲阻尼器安装在加药装置计量泵出口 从计量泵出来的 脉动流体进入阻尼器后 由于气体具有可压缩性 脉冲瞬时吸收 系统可获得稳定 的液流和压力 减缓管路振动 降低噪声 提高管路的安全性 它作用就是提供运 动的阻力 耗减运动能量 隔膜脉冲阻尼器应该尽可能的垂直安装在靠近泵出口的 位置 如果泵的出口和脉冲阻尼器之间的管路过长 管路可能会产生振动 在阻尼 甲醇加药装置的设计 17 器后分为两个支管 一个为计量泵出口安全排放管线 一个为甲醇加药管线 在甲 醇加药管线首先设置了压力就地显示表 用于显示计量泵出口管线的压力 然后根 据规定设置了止回阀 用于需要防止流体逆向流动 介质顺流时开启 逆流时关闭 液体经止回阀 闸阀后和另一条泵出口管线汇合后进入需加药的装置 计量泵出口 安全排放管线由两套相同安全排放管线分别组橇 作为两台计量泵出口超压保护装 置 当泵的出口管线的压力升高超过允许值 1 6 mpa 时 阀门自动开启 继而全量 排放 以防止计量泵出口管路内的压力继续升高 能及时起到释放压力 对泵起保 护作用 并对液体回收 实现循环利用 又作泄压阀使用 当压力降低到规定值时 阀门应自动及时关闭 从而保护计量泵出口管路的安全运行 计量泵出口安全排放 管线设有旁通管线 阀门为球阀 以便在紧急情况下实现快速启闭 2 1 1 8 安全排放管线 安全泄放装置的主要作用是防止压力容器 锅炉和管道等受压设备因火灾 造 作故障或停水 停电造成压力设备超过其设计压力而发生爆炸事故 当设备内介质 的压力达到预定值时 安全泄压装置立即动作 泄放出压力介质 当压力恢复正常 后 它即自行关闭 以保证设备的正常运行 石油化工常用的安全泄放装置有阀型 安全阀 断裂型 爆破片 和熔化型 易熔塞 等 本装置选择安全阀 安全排放管线由两套相同安全排放管线组橇 这是针对于易燃易爆物质的特殊 设计 作为系统超压保护装置 当甲醇罐内的压力升高超过允许值 0 37 mpa 时 安全阀门自动开启 继而全量排放 以防止甲醇罐内的压力继续升高 当压力降低 到规定值时 阀门将自动及时关闭 从而保甲醇罐的安全运行 设有旁通管线 阀 门为球阀 以便在紧急情况下实现快速启闭 2 1 1 9 放空管线 根据规定 在塔或容器的顶部应设置供开工吹扫放空用的放空管线 阀门宜直 接连在塔或容器的开口处 放空管线由闸阀 调节阀 截止阀等组橇 储存的是易 燃易爆物料 因此在介质与大接触间设置阻火器 防止产生回火 避免危险发生 当甲醇储罐内压力超过 0 05 mpa 后 调节阀将气体压力调节到 0 05 mpa 后经阻火 器排放至安全地方 大气 设有旁通管线 阀门为球阀 以便在紧急情况下实现 快速启闭 放空管线与安全管线有所不同 安全阀是具有为保证安全而设置的 没有对工 艺要求负责的职能 而排气阀虽然有起到安全的作用 但同时是为工艺要求而设置 甲醇加药装置的设计 18 的 比如容器中进液体时 由于容器中存有空气 为便于进液体就需要排空 2 1 1 10 排污管线 根据规定 在塔或容器的底部应设置供开停工用的排液管道 排液管道应接于 塔或容器的最低处 2 1 1 11 阀门选择 安全阀 安全阀是一种自动阀门 它不用借助任何外力而是利用介质本身的力 来排出一定数量的流体 以防止系统内压力超过预定的安全值 当压力恢复正常后 阀门再自行关闭阻止介质继续流出 调节阀 调节阀又名控制阀 通过接受调节控制单元输出的控制信号 借助动 力操作去调节介质的流量 压力和液位 调节阀一般由执行机构和阀门组成 如果 按其所配执行机构使用的动力 调节阀可以分为气动调节阀 电动调节阀 液动调 节阀三种 即以压缩空气为动力源的气动调节阀 以电为动力源的电动调节阀 以 液体介质 如油等 压力为动力的电液动调节阀 本装置为气动和液动调节阀 将流 体的压力调节至设计压力 34 针阀 针阀是 节流阀的一种 调节 精度比较高 活门呈针状 沿水流方向动 作 改变过流断面积 用以截断或调节 流量的 阀门 针阀是一种微调阀 其阀塞 为针形 主要用作调节气流量 微调阀要求阀口开启逐渐变大 从关闭到开启最大 能实现连续细微地调节 一般用于洁净的仪表管道和取样管道 止回阀 止回阀又称 单向阀或 逆止阀 其作用是防止管路中的介质倒流 水 泵吸水关的 底阀也属于止回阀类 启闭件靠介质流动的力量自行开启或关闭 以 防止介质倒流的阀门叫止回阀 止回阀属于 自动阀类 主要用于介质单向流动的 管道上 只允许介质向一个方向流动 介质顺流时开启 逆流时关闭 以防止发生 事故 止回阀安装时应注意介质流动的方向应与阀体所票箭头方向一致 球阀 旋塞体为球体 有圆形通孔或通道通过其轴线 球阀在管 路中主要用 来做切断 分配和改变介质的流动方向 它只需要用旋转 90 的操作和很小的转 动力矩就能关闭严密 球阀最适宜做开关 切断阀使用 亦可用于流体的调节与控 制 用于需要快速启闭或要求阻力小的场合 但一般不用于节流 球阀的主要特点 是本身结构紧凑 密封可靠 结构简单 维修方便 密封面与球面常在闭合状态 不易被介质冲蚀 易于操作和维修 适用于水 溶剂 酸和天然气等一般工作介质 而且还适用于工作条件恶劣的介质 如氧气 过氧化氢 甲烷和乙烯等 在各行业 甲醇加药装置的设计 19 得到广泛的应用 球阀阀体可以是整体的 也可以是组合式的 闸阀 闸阀的启闭件是闸板 闸板的运动方向与流体方向相垂直 闸阀具有以 下优点 1 流动阻力小 阀体内部介质通道是直通的 介质成直线流动 流动阻 力小 2 启闭时较省力 是与 截止阀相比而言 因为无论是开或闭 闸板运动方 向均与介质流动方向相垂直 3 介质可向两侧任意方向流动 易于安装 闸阀通 道两侧是对称的 4 形体简单 结构长度 系壳体两连接端面之间的距离 较小 制造工艺性好 适用范围广 5 结构紧凑 阀门刚性好 通道流畅 流阻数小 密封面采用不锈钢和硬质合金 使用寿命长 采用ptfe填料 密封可靠 操作轻 便灵活 因此闸阀被广泛应用于不需要调节流量的管道 闸阀通常适用于而且应保 持闸板全开或全闭的工况 因为阀门部分开启时 在闸板背面产生涡流 易引起闸 板的侵蚀和震动 也易损坏阀座的密封圈 因此不适合调节 节流使用 阻力小 启闭省力 而截止阀在整个行程中的流阻都很大 不平衡力大 所需的驱动力或力 矩也相应地要大很多 但它可以改变通道面积很适合用作流体的调节 节流 2 1 1 12 仪表设置 在储罐的顶部设置四个仪表装置 分别为压力就地显示表 温度就地显示表 压力远传装置和液位远传装置 压力就地显示表用于显示储罐内的压力 温度就地 显示表用于显示储罐的温度 压力远传装置用于远传压力信号 当压力超过设定值 时在控制柜上显示声光报警 液位远传装置用于远传液位信号 当液位降到 300 mm 时 控制柜会发生声光报警 当液位降到 200 mm 时 控制柜可将泵停止运转 以 保护装置 在储罐的侧面通过连通器原理设置了液位计 用于观察储罐内液位 在泵的出 口管线上设置了压力表 用于观察泵出口管线压力 2 1 2 控制功能操作手册 本装置具有实时监测并上传数据的功能 当储罐的液位 压力以及泵出现异常 情况时进行自动报警 以满足系统的稳定性 安全性以及工业系统的实时化 在所 有设备均无故障正常的情况下 按下 control voltage start 按钮 控制柜 可以自动实现储罐液位控制高启低停的功能 同时可实现远程 dcs 控制启停 在 泵的隔膜破裂时可实现泵的停止 实现保护功能 2 1 2 1 系统的配置 1 现场仪表的配置 甲醇加药装置的设计 20 详见附录 2 流程图 2 控制柜的配置 甲醇橇块共两台控制柜 lp 01 为电气柜 lp 02 为仪表柜 a 电气控制柜 lp 01 主要元器件包括 插拔式继电器 接触器 电源空开 指示灯 按钮开关及旋钮开关等 控制柜 lp 01 操作面板布置图如下 图 2 2 控制柜 lp 01 操作面板布置图 表 2 1 lp 01 面板上各元器件功能描述 序号 器件 标识 功能描述 1 指示灯 power supply indicator 控制柜上电时亮 2 指示灯 yi 21302a running p 01302a 运行时亮 甲醇加药装置的设计 21 3 指示灯 yi 21302b running p