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摘要：介绍SCR法脱硝氨站流程、有关的设计计算、安全设计，根据氨的性质，结合相关规范，提出了脱硝氨站设计应考虑的相关问题。
关键词：氨站、液氨、设计、特性、措施
中图分类号：TQ113.6文献标识码：A 文章编号：
根据《重点区域大气污染防治“十二五”规划》，国家大力推进火电行业氮氧化物控制，要求加快燃煤机组低氮燃烧技术改造及脱硝设施建设，重点区域单机容量20万千瓦及以上、投运年限20 年内的现役燃煤机组全部配套脱硝设施，脱硝效率达到85%以上；根据《火电厂大气污染物排放标准》，2014年前所有大型机组均要完成脱硝改造，因此火电厂锅炉烟气氮氧化物污染防治成为国家大气防治工作的重点。
目前国内电厂多采用选择性催化还原法（SCR）脱硝技术进行锅炉烟气脱硝，SCR法是利用还原剂（氨气）在催化剂作用下有选择性地与烟气中的氮氧化物（主要是一氧化氮和二氧化氮）发生化学反应，生成氮气和水。氨站的作用提供还原剂（氨气），本文就某公司2×300MW机组烟气脱硝工程的氨站设计作简单介绍。该工程氨气的制备采用液氨法，具有流程简单，占地面积小等特点。
1、流程简述：
通过液氨卸料压缩机将液氨由槽车送入储氨罐内储存。储氨罐内的液氨在压差和重力作用下进入液氨蒸发器内蒸发为氨气，氨气经自力式减压阀减压至规定压力后进入氨气缓冲罐缓冲稳压，经流量自调阀控制流量，送入氨／空气混合器中，与来自稀释风机的空气充分混合，送至脱硝系统。氨系统故障排放的氨气进入氨气稀释槽中吸收处理，然后排入废水池收集，再送至废水处理厂处理。
2、有关的设计计算
2.1 氨气消耗量按下式计算：
脱硝装置在性能考核试验时的NOx脱除率不小于 80% ，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3转化率小于1%；
2×300MW机组各相关技术数据代入上述式1～4，可得BMCR工况下2×100％容量下氨耗量为490kg/h。
2.2设备选型计算
2.2.1 液氨储槽容量：按照2台锅炉BMCR工况，每天运行20小时，连续运行10天的消耗量考虑，需储存98吨。考虑0.85安全储存系数，该工程需设置2台91m3 液氨储罐。
2.2.2液氨蒸发器容量：按照在BMCR工况下2×100％容量设计，蒸发能力为490Kg/h。由于处于爆炸危险环境中，因而选择蒸汽水浴式液氨蒸发器。该工程设置2台液氨蒸发器，开一备一。
2.2.3液氨卸料压缩机：根据卸车鹤管气相接口管径DN50，操作压力小于1.6MPa下气氨流速控制在小于10m/s，选择流速U=8.5m/s，则Q=0.785×0.052×8.5×3600=60m3/h，压缩机出口压力不超过1.6MPa。选择压缩机型号为 ZW-1.0/16-24，压缩比1.5，电机功率为22kW。
2.2.4 氨气缓冲罐容量：按氨气缓冲2分钟的量设计，则计算得500m3。
3、氨站的安全设计
氨，分子式NH3，常温常压下为无色气体，有强烈的刺激性气味。20℃、891kPa下即可液化，并放出大量的热。液氨在温度变化时，体积变化的系数很大。溶于水、乙醇和乙醚。分子量为17.03，熔点-77.7℃，沸点-33.5℃，气体密度0.7708g/L，相对蒸气密度（空气＝1）0.59，相对密度（水＝1）0.7(-33℃)，饱和蒸气压1013kPa(26℃)，爆炸极限15%～30.2%（体积比），自燃温度630℃，最大爆炸压力0.580MPa。
火灾危险特性：氨极易燃，能与空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热引起燃烧爆炸；与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。流速过快容易产生和积聚静电。
毒性危险特性：对眼、呼吸道粘膜有强烈刺激和腐蚀作用。急性氨中毒引起眼和呼吸道刺激症状，支气管炎或支气管周围炎，肺炎，重度中毒者可发生中毒性肺水肿。高浓度氨可引起反射性呼吸和心搏停止。可致眼和皮肤灼伤。职业性接触毒物分类:Ⅳ(轻度危害)。
鉴于氨的危险特性，在设计中采取了相应的安全措施：
3.1工艺设计：
3.1.1液氨卸料：液氨在卸料过程中必须做到密闭，在可能发生泄漏的地方要有安全防范措施，并严禁超压。
⑴液氨装卸车，采用密闭式液下装卸车鹤管，禁止使用软管。
⑵在距卸车鹤位10m以外的装卸液氨管道上设便于操作的紧急切断阀。
⑶液氨卸车处设置水喷淋装置，一旦装卸过程出现脱扣、充装臂断裂、连接法兰呲开等情况大量泄漏时，可关闭紧急切断阀，启动水喷淋装置，防止事故进一步扩大。
⑷液氨卸料压缩机进口设置压力低限报警装置，出口设置压力高限报警及超限停机装置，液氨卸料压缩机出口设置安全阀，保证卸料安全。
3.1.2液氨储存：液氨储存采用常温压力卧式储罐，液氨储罐安全充装量不得超过储罐容积的85%，液氨储罐设置温度计、压力表、液位计、液位高限报警仪、压力高限报警仪、温度高限报警仪，并设置超流阀、逆止阀、紧急切关断阀和安全阀。储槽四周安装有工业水喷淋管线及喷嘴，当储槽温度过高时自动淋水装置启动，对槽体自动喷淋减温；当有微量氨气泄露时也可启动自动淋水装置，对氨气进行吸收，控制氨气污染。
3.1.3液氨蒸发：
液氨蒸发器采用蒸汽加热水浴式，管内液氨吸收温水的热量后气化，经气液分离装置去除雾滴后进入氨气管道。温水的热能由蒸汽喷射器提供。
为了避免出现水温超高引起液氨大量急剧蒸发而超压，或者水温较低引起液氨低温气化过液（气氨带液会造成气氨计量不准，造成脱硝装置逃逸率增加），液氨蒸发器在设计中设置了水温高低限报警联锁设施、水位高低限报警联锁设施、气氨温度低限报警联锁设施，气液分离装置上设置了液位高限报警联锁设施，蒸汽进口管道设置了蒸汽调节阀，液氨进口管道上设置了快关阀，气氨出口管道上设置了安全阀，以保护设备运行安全；液氨蒸发器还设有水位、水温、氨气温度及液氨进口压力、气氨出口压力等检测仪表。
3.1.4氨缓冲罐：氨气缓冲罐操作压力0.2MPa(G)，属于压力容器，设置安全阀、压力表。
3.1.5氨气排放系统：
設置氨气稀释槽，液氨系统排放的氨气汇集后从稀释槽底部进入，通过分散管进入稀释槽水中，利用大量水来吸收氨气，实现有毒废气密闭吸收。废液排到废水处理装置。
3.1.6氮气吹扫系统：
系统进行检修时，须先进行氮气置换，合格后方可进行检修；系统在原始开车、检修后开车时也需要氮气吹扫，防止氨气和系统中残余的空气混合形成爆炸性气体混合物。液氨卸料管、液氨储罐进出管、液氨蒸发器进口管、氨气缓冲罐上设计了氮气吹扫接口。
3.2储罐区防火堤设计
⑴液氨储罐区设置防火堤，防火堤高出堤内地坪0.6m，防火堤内堤脚线距储罐外壁不小于3米，堤内采用现浇混凝土地面，设置5‰的坡度坡向外侧，在防火堤的不同方位上设置两个人行踏步。
⑵在堤内较低处设置集水设施，连接集水设施的排水管道从地面以下接出，堤外设有控制开闭的阀门连接。
⑶管线、电缆尽量从堤顶跨越，液氨管道穿过堤身处预埋套管，并采取有效的密封措施。
3.3氨管道的设计
⑴ 氨对铜、铜合金、铝等有腐蚀性，相关的管道、阀门以及仪器上不能使用这些材料。
⑵氨管道除需要采用法兰、垫片、螺栓连接外，均采用焊接连接；法兰选用凹凸面带颈对焊法兰，垫片金属缠绕垫片。
⑶氨管道应避免“液袋”和“气袋”和“盲肠”；即在气体管道的最低点和液体管道的高点应加排净阀。
3.4仪表和监控
氨站采用PLC控制系统，所有控制及检测在PLC系统上进行显示、控制及报警。
氨既是可燃介质，又是有毒介质，在报警设置上只考虑有毒气体报警设施，有毒气体探测器选用电化学型，氨报警器报警设定值为30mg/m3（100%的短时间接触容许浓度）。
視频监控：氨站设置摄像仪，采用防爆型，防爆等级为dⅡAT4。摄像仪的视频电缆、控制电缆应采用铜芯屏蔽线缆，穿钢管保护，并装设与其电子器件耐压水平相适应的电涌保护器。电源采用UPS供电。视频监控矩阵主机安装在控制室内。视频监控系统可靠接地，并与共用接地装置连接。
3.5电气设计
电气设备的选型：在爆炸危险区域内运行的电气设备全部采用隔爆型，防爆电气设备的防爆等级为dⅡAT4。所有防爆电气设备均采用WF1防中等腐蚀型，采用铝合金外壳，表面经高压静电喷塑，不锈钢外露紧固件。
应急照明系统：氨站采用自带蓄电池型的防爆应急照明灯具，防爆等级为dⅡAT4，连续供电时间不少于30min。
防雷及接地：工艺装置内露天布置的塔、容器等，顶板厚度等于或大于4mm，不设避雷针保护，但设防雷接地。氨介质的设备、管道均设置静电接地措施。
3.6消防设计
储罐上方设固定式水喷雾消防系统保护；液氨蒸发区设备及管道上方设固定式水喷雾消防系统保护。
火灾报警：氨站设置防爆火灾手动报警按钮，间距不大于100m。
3.6其它注意事项：
1、液氨储罐使用前或检修后应做气密性能试验，做气密性能试验时应满足以下要求：
⑴气密性试验应在液压试验合格后进行。
⑵气密性试验应采用洁净干燥的空气、氮气或其它惰性气体，气体温度不低于5℃。
⑶罐体的气密性试验应将安全附件装配齐全。
⑷罐体检修完毕，应作抽真空或充氮置换处理，严禁直接充装。真空度应不低于650mmHg（86.7kPa），或罐内氧含量不大于3%。
2、压力容器的设计和制造严格执行有关国家标准。
参考规范
1、《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008；
2、《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493-2009；
3、《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044-85；
4、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92；
5、《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2008；
6、《工业金属管道设计规范》GB50316-2000（2008年版）
关键词：氨站、液氨、设计、特性、措施
中图分类号：TQ113.6文献标识码：A 文章编号：
根据《重点区域大气污染防治“十二五”规划》，国家大力推进火电行业氮氧化物控制，要求加快燃煤机组低氮燃烧技术改造及脱硝设施建设，重点区域单机容量20万千瓦及以上、投运年限20 年内的现役燃煤机组全部配套脱硝设施，脱硝效率达到85%以上；根据《火电厂大气污染物排放标准》，2014年前所有大型机组均要完成脱硝改造，因此火电厂锅炉烟气氮氧化物污染防治成为国家大气防治工作的重点。
目前国内电厂多采用选择性催化还原法（SCR）脱硝技术进行锅炉烟气脱硝，SCR法是利用还原剂（氨气）在催化剂作用下有选择性地与烟气中的氮氧化物（主要是一氧化氮和二氧化氮）发生化学反应，生成氮气和水。氨站的作用提供还原剂（氨气），本文就某公司2×300MW机组烟气脱硝工程的氨站设计作简单介绍。该工程氨气的制备采用液氨法，具有流程简单，占地面积小等特点。
1、流程简述：
通过液氨卸料压缩机将液氨由槽车送入储氨罐内储存。储氨罐内的液氨在压差和重力作用下进入液氨蒸发器内蒸发为氨气，氨气经自力式减压阀减压至规定压力后进入氨气缓冲罐缓冲稳压，经流量自调阀控制流量，送入氨／空气混合器中，与来自稀释风机的空气充分混合，送至脱硝系统。氨系统故障排放的氨气进入氨气稀释槽中吸收处理，然后排入废水池收集，再送至废水处理厂处理。
2、有关的设计计算
2.1 氨气消耗量按下式计算：
脱硝装置在性能考核试验时的NOx脱除率不小于 80% ，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3转化率小于1%；
2×300MW机组各相关技术数据代入上述式1～4，可得BMCR工况下2×100％容量下氨耗量为490kg/h。
2.2设备选型计算
2.2.1 液氨储槽容量：按照2台锅炉BMCR工况，每天运行20小时，连续运行10天的消耗量考虑，需储存98吨。考虑0.85安全储存系数，该工程需设置2台91m3 液氨储罐。
2.2.2液氨蒸发器容量：按照在BMCR工况下2×100％容量设计，蒸发能力为490Kg/h。由于处于爆炸危险环境中，因而选择蒸汽水浴式液氨蒸发器。该工程设置2台液氨蒸发器，开一备一。
2.2.3液氨卸料压缩机：根据卸车鹤管气相接口管径DN50，操作压力小于1.6MPa下气氨流速控制在小于10m/s，选择流速U=8.5m/s，则Q=0.785×0.052×8.5×3600=60m3/h，压缩机出口压力不超过1.6MPa。选择压缩机型号为 ZW-1.0/16-24，压缩比1.5，电机功率为22kW。
2.2.4 氨气缓冲罐容量：按氨气缓冲2分钟的量设计，则计算得500m3。
3、氨站的安全设计
氨，分子式NH3，常温常压下为无色气体，有强烈的刺激性气味。20℃、891kPa下即可液化，并放出大量的热。液氨在温度变化时，体积变化的系数很大。溶于水、乙醇和乙醚。分子量为17.03，熔点-77.7℃，沸点-33.5℃，气体密度0.7708g/L，相对蒸气密度（空气＝1）0.59，相对密度（水＝1）0.7(-33℃)，饱和蒸气压1013kPa(26℃)，爆炸极限15%～30.2%（体积比），自燃温度630℃，最大爆炸压力0.580MPa。
火灾危险特性：氨极易燃，能与空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热引起燃烧爆炸；与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。流速过快容易产生和积聚静电。
毒性危险特性：对眼、呼吸道粘膜有强烈刺激和腐蚀作用。急性氨中毒引起眼和呼吸道刺激症状，支气管炎或支气管周围炎，肺炎，重度中毒者可发生中毒性肺水肿。高浓度氨可引起反射性呼吸和心搏停止。可致眼和皮肤灼伤。职业性接触毒物分类:Ⅳ(轻度危害)。
鉴于氨的危险特性，在设计中采取了相应的安全措施：
3.1工艺设计：
3.1.1液氨卸料：液氨在卸料过程中必须做到密闭，在可能发生泄漏的地方要有安全防范措施，并严禁超压。
⑴液氨装卸车，采用密闭式液下装卸车鹤管，禁止使用软管。
⑵在距卸车鹤位10m以外的装卸液氨管道上设便于操作的紧急切断阀。
⑶液氨卸车处设置水喷淋装置，一旦装卸过程出现脱扣、充装臂断裂、连接法兰呲开等情况大量泄漏时，可关闭紧急切断阀，启动水喷淋装置，防止事故进一步扩大。
⑷液氨卸料压缩机进口设置压力低限报警装置，出口设置压力高限报警及超限停机装置，液氨卸料压缩机出口设置安全阀，保证卸料安全。
3.1.2液氨储存：液氨储存采用常温压力卧式储罐，液氨储罐安全充装量不得超过储罐容积的85%，液氨储罐设置温度计、压力表、液位计、液位高限报警仪、压力高限报警仪、温度高限报警仪，并设置超流阀、逆止阀、紧急切关断阀和安全阀。储槽四周安装有工业水喷淋管线及喷嘴，当储槽温度过高时自动淋水装置启动，对槽体自动喷淋减温；当有微量氨气泄露时也可启动自动淋水装置，对氨气进行吸收，控制氨气污染。
3.1.3液氨蒸发：
液氨蒸发器采用蒸汽加热水浴式，管内液氨吸收温水的热量后气化，经气液分离装置去除雾滴后进入氨气管道。温水的热能由蒸汽喷射器提供。
为了避免出现水温超高引起液氨大量急剧蒸发而超压，或者水温较低引起液氨低温气化过液（气氨带液会造成气氨计量不准，造成脱硝装置逃逸率增加），液氨蒸发器在设计中设置了水温高低限报警联锁设施、水位高低限报警联锁设施、气氨温度低限报警联锁设施，气液分离装置上设置了液位高限报警联锁设施，蒸汽进口管道设置了蒸汽调节阀，液氨进口管道上设置了快关阀，气氨出口管道上设置了安全阀，以保护设备运行安全；液氨蒸发器还设有水位、水温、氨气温度及液氨进口压力、气氨出口压力等检测仪表。
3.1.4氨缓冲罐：氨气缓冲罐操作压力0.2MPa(G)，属于压力容器，设置安全阀、压力表。
3.1.5氨气排放系统：
設置氨气稀释槽，液氨系统排放的氨气汇集后从稀释槽底部进入，通过分散管进入稀释槽水中，利用大量水来吸收氨气，实现有毒废气密闭吸收。废液排到废水处理装置。
3.1.6氮气吹扫系统：
系统进行检修时，须先进行氮气置换，合格后方可进行检修；系统在原始开车、检修后开车时也需要氮气吹扫，防止氨气和系统中残余的空气混合形成爆炸性气体混合物。液氨卸料管、液氨储罐进出管、液氨蒸发器进口管、氨气缓冲罐上设计了氮气吹扫接口。
3.2储罐区防火堤设计
⑴液氨储罐区设置防火堤，防火堤高出堤内地坪0.6m，防火堤内堤脚线距储罐外壁不小于3米，堤内采用现浇混凝土地面，设置5‰的坡度坡向外侧，在防火堤的不同方位上设置两个人行踏步。
⑵在堤内较低处设置集水设施，连接集水设施的排水管道从地面以下接出，堤外设有控制开闭的阀门连接。
⑶管线、电缆尽量从堤顶跨越，液氨管道穿过堤身处预埋套管，并采取有效的密封措施。
3.3氨管道的设计
⑴ 氨对铜、铜合金、铝等有腐蚀性，相关的管道、阀门以及仪器上不能使用这些材料。
⑵氨管道除需要采用法兰、垫片、螺栓连接外，均采用焊接连接；法兰选用凹凸面带颈对焊法兰，垫片金属缠绕垫片。
⑶氨管道应避免“液袋”和“气袋”和“盲肠”；即在气体管道的最低点和液体管道的高点应加排净阀。
3.4仪表和监控
氨站采用PLC控制系统，所有控制及检测在PLC系统上进行显示、控制及报警。
氨既是可燃介质，又是有毒介质，在报警设置上只考虑有毒气体报警设施，有毒气体探测器选用电化学型，氨报警器报警设定值为30mg/m3（100%的短时间接触容许浓度）。
視频监控：氨站设置摄像仪，采用防爆型，防爆等级为dⅡAT4。摄像仪的视频电缆、控制电缆应采用铜芯屏蔽线缆，穿钢管保护，并装设与其电子器件耐压水平相适应的电涌保护器。电源采用UPS供电。视频监控矩阵主机安装在控制室内。视频监控系统可靠接地，并与共用接地装置连接。
3.5电气设计
电气设备的选型：在爆炸危险区域内运行的电气设备全部采用隔爆型，防爆电气设备的防爆等级为dⅡAT4。所有防爆电气设备均采用WF1防中等腐蚀型，采用铝合金外壳，表面经高压静电喷塑，不锈钢外露紧固件。
应急照明系统：氨站采用自带蓄电池型的防爆应急照明灯具，防爆等级为dⅡAT4，连续供电时间不少于30min。
防雷及接地：工艺装置内露天布置的塔、容器等，顶板厚度等于或大于4mm，不设避雷针保护，但设防雷接地。氨介质的设备、管道均设置静电接地措施。
3.6消防设计
储罐上方设固定式水喷雾消防系统保护；液氨蒸发区设备及管道上方设固定式水喷雾消防系统保护。
火灾报警：氨站设置防爆火灾手动报警按钮，间距不大于100m。
3.6其它注意事项：
1、液氨储罐使用前或检修后应做气密性能试验，做气密性能试验时应满足以下要求：
⑴气密性试验应在液压试验合格后进行。
⑵气密性试验应采用洁净干燥的空气、氮气或其它惰性气体，气体温度不低于5℃。
⑶罐体的气密性试验应将安全附件装配齐全。
⑷罐体检修完毕，应作抽真空或充氮置换处理，严禁直接充装。真空度应不低于650mmHg（86.7kPa），或罐内氧含量不大于3%。
2、压力容器的设计和制造严格执行有关国家标准。
参考规范
1、《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008；
2、《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493-2009；
3、《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044-85；
4、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92；
5、《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2008；
6、《工业金属管道设计规范》GB50316-2000（2008年版）