GB∕T 51316-2018 烟气二氧化碳捕集纯化工程设计标准.pdf
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1、UDC P 中华人民共和国国家标准II GB/T 51316 - 2018 烟气二氧化碳捕集纯化工程设计标准Standard for design of carbon dioxide capture and purification engineering for flue gas 2018 - 09 -11 发布2019 - 03 -01 实施中华人民共和国住房和城乡建设部国家市场监督管理总局联合发布中华人民共和国国家标准烟气二氧化碳捕集纯化工程设计标准Standard for design of carbon dioxide capture and purification enginee
2、ring for flue gas GBjT 51316 - 2018 主编部门:中国石油化工集团公司批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部施行日期:2 0 1 9 年3 月1 日中国计划出版社2018北京中华人民共和国住房和城乡建设部公告2018年第208号住房城乡建设部关于发布国家标准烟气二氧化碳捕集纯化工程设计标准的公告现批准烟气二氧化碳捕集纯化工程设计标准为国家标准,编号为GB/T513162018,自2019年3月1日起实施。本标准在住房城乡建设部门户网站() 公开,并由住房城乡建设部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。中华人民共和国住房和城乡建设部2018年9月11日前言本
3、标准是根据住房城乡建设部关于印发(2014年工程建设标准规范制订、修订计划的通知(建标C2013J169号)的要求,由中石化石油工程设计有限公司会同有关单位共同编制完成的。本标准在编制过程中,编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考了国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,最后经审查定稿。本标准共分为11章和1个附录,主要内容包括总则、术语、基本规定、工艺系统、设备与材料、总图布置、装置布置 与管道设计、仪表与控制系统、公用工程、节能与环保、安全与职业卫生等。本标准由住房城乡建设部负责管理,由中国石化集团公司负责日常管理,由中石化石油工程设计有限公司负责具体技术内容的解释。执行过
4、程中如有意见或建议,请寄送给中石化石油工程设计有限公司(地址:山东省东营市济南路49号,邮政编码:2 57026),以供今后修订时参考。本标准主编单位、参编单位、主要起草人和主要审查人:主编单位:中石化石油工程设计有限公司参编单位:中石化南化集团研究院中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司中石化宁波工程有限公司中电投远达环保工程有限公司主要起草人:王强中林名帧刘建武孙晓春王智张建许世森陈昕毛松柏l喻江涛全明部时旺牛红伟秦福初同广宏杜善波孙启昌汪东万克栋周兴辉 1 宋荣英伍灵李景芳魏子云张敏芳周双艳陈宏福黄钟斌彬p亭狄彦李敬回京山主要审查人:陈幼军何龙辉葛春玉王之茵刘国助杨良瑾沈海啸尹继东俞国梅
5、刘杨龙张津吴宝祥韩涛 2 目次l总则(1 ) 2术语(2 ) 3 基本规定4 工艺系统( 4 ) ( 5 ) 4.1 一般规定 ( 5 ) 4. 2 烟气预处理( 6 ) 4. 3 二氧化碳吸收与解吸(6 ) 4. 4 二氧化碳压缩与脱水(7 ) 4. 5 二氧化碳液化与储存(8 ) 5 设备与材料门o) 5. 1 静设备( 10 ) 5. 2 动设备u6 总图布置u 6.1 场址选择(山)6. 2 总平丽布置( 12 ) 7 装置布置与管道设计. . (13) 7. 1 装置及设备布置 . (13) 7.2 管道布置与设计(13) 8 仪表与控制系统( 16 ) 8. 1 一般规定( 16
6、) 8. 2 仪表选型( 16 ) 8. 3 控制系统( 17 ) 9 公用工程门们9. 1 供配电(18 ) 9. 2 消防与给排水9.3 建(构)筑物(山9.4 供暖通风和空气调节(21 ) 10 节能与环保(23 ) 10. 1 节能10.2 环保(23 ) 11 安全与职业卫生门川11. 1 安全11. 2 职业卫生(25 ) 附录A二氧化碳能耗计算方法(27 ) 本标准用词说明. . (28) 引用标准名录(29 ) 附:条文说明( 33 ) 2 Contents 1 Gen era l prOV1Slons( 1 ) 2 T erms ( 2 ) 3 Basic requirem
7、ents ( 4 ) 4 Processes system s ( 5 ) 4. 1 General requirements ( 5 ) 4. 2 Flue gas pretreatment ( 6 ) 4. 3 Absorption and desorption of carbon dioxide( 6 ) 4. 4 Compression and dehydration of carbon dioxide. ( 7 ) 4. 5 Liquefaction and storage of carbon dioxide( 8 ) 5 Equipment and materials( 10 )
8、5. 1 Static equipment( 10 ) 5. 2 Rotary equipment ( 11 ) 6 G eneral layout . (12) 6. 1 Siting of selection ( 12 ) 6. 2 Plane layout . ( 12) 7 Equipment layout and piping desig n . ( 13) 7. 1 Equipment layout ( 13 ) 7. 2 Piping layout and design ( 13 ) 8 Instrum巳ntationand control system s. . (16) 8.
9、 1 General requirements ( 16 ) 8. 2 Instrument selection ( 16 ) 8. 3 Control systems ( 17) 9 Utility( 18 ) 9. 1 Power supply and distribution( 18 ) 3 9. 2 Fire-fighting and water supply . (19) 9. 3 Building structures( 19 ) 9. 4 Heating and venlation systems( 21 ) 10 Energy saving and environmental
10、protection ( 23 ) 10. 1 Energy saving ( 23 ) 10. 2 Environmental protection ( 23 ) 11 Safety and occupational health( 25 ) 11. 1 Safety ( 25 ) 11. 2 Occupational health ( 25 ) Appendix A Calculation method of energy consumptlon( 27 ) Explanatio口ofwording in this standard ( 28 ) List of quoted standa
11、rds ( 29 ) Addition: Explanation of provisions ( 33 ) 4 1总则1. 0.1 为了使烟气二氧化碳捕集纯化工程技术先进、经济合理、安全适用、节能环保,制定本标准。1. O. 2 本标准适用于新建、扩建或改建的烟气二氧化碳捕集纯化工程设计。1. O. 3 烟气二氧化碳捕集纯化工程设计除应符合本标准外,尚应符合国家现行有关标准的规定。 1 2术语2.0.1 烟气flue gas 化石燃料燃烧产物,经脱硫、脱硝及除尘处理后形成的气体和烟尘的泪合 物。2.0.2 捕集纯化capture and purification 利用化学方法和物理方法将烟气中
12、的二氧化碳分离、提纯使之达到一定性能指标要求的过程。主要包括烟气预处理、二氧化碳吸收与解吸、二氧化碳压缩、二氧化碳脱水、二氧化碳液化等工序。2.0.3 烟气预处理flue gas pretreatment 进入捕集装置前,将烟气中携带的粉尘、SO,、NO.r等杂质分离出去,并将烟气冷却,使烟气中杂质含量及物性指标满足捕集装置的进料要求。2.0. 4 化学吸收法chemical absorption method 化学吸收剂在吸收塔内与 烟气中的二氧化碳进行化学反应,生成化合物,并在解吸塔内经升泪后释放出吸收的二氧化碳,完成二氧化碳与其他气体分离的方法。2.0. 5 固体吸附法solid ads
13、orption method 利用多孔性固体吸附剂将二氧化碳气体中的水分吸附于其表面,随后通过再生气加热及冷吹等工序对吸附组分解吸,达到二氧化碳与水分离的目的,从而满足二氧 化碳气体的水露点要求。2.0.6 洗涤塔scrubber 利用水或碱液脱除烟气中含有的硫化物以及烟尘等杂质的塔器设备。2.0.7 碳捕集率carbon capture rate 二氧化碳捕集装置捕集前后烟气中二氧化碳质量的差值与捕集前烟气中二氧化碳质量的百分比。 3 3基本规定3.0.1 烟气二氧化碳捕集纯化工艺技术应先进成熟、安全可靠、节能环保。3.0.2 烟气二氧化碳捕集纯化工艺技术方案应根据烟气组成及性质、产品方案、
14、自然条件等,经技术经济比选后确定。3.0.3 工艺流程应满足正常生产、装置试压、吹扫、试车及事故处理的要求。3.0.4 二氧化碳捕集纯化工程宜与产生烟气的装置同步建设。3.0. 5 操作温度低于20C的管道阀门应选用长颈型阀盖。3.0.6 非金属密封材料应满足介质温度、压力和腐蚀性要求。 4 4工艺系统4.1一般规定4.1.1 二氧化碳捕集宜采用化学吸收法。4.1.2 捕集纯化装置的操作弹性直取设计能力的50%110%。4.1. 3 捕集纯化装置的年设计开工时数宜取8000ho4.1.4 进出捕集纯化装置的烟气管道应设切断间。切断阀应设置在操作方便的地方。4.1.5 进入吸收装置的烟气指标宜符
15、合下列规定:1 温度不直高于45C;2 粉尘含量不直大于5mg/Nm3; 3 S02含量不直大于10mg/Nm3; 4 NO_,.含量不宜大于50mg/Nm3o4.1.6 捕集纯化装置的碳捕集率不宜低于80%,碳捕集率可按下式计算:F,C, - F?C? 7Jc2=llZ Z100% F1C1 式中:平2一一碳捕集率;FI一一吸收塔烟气进口流量,kg/h;F2 吸收塔烟气出口流量,kg/h;C1一一吸收塔进口烟气中二氧化碳浓度,kg/kg;C2-一吸收塔出口烟气中二氧化碳浓度,kg/kg。(4.1.6) 4.1.7 二氧化碳捕集装置的能耗不宜高于4.2GJ/ t CO2,二氧化碳捕集能耗可按本
16、标准附录A的方法计算。4.1.8 二氧化碳产品指标应符合下列规定:1 工业用二 氧化碳应符合现行国家标准工 业被体二氧化 5 碳)GBjT6052的有关规定;2 灭火用二氧化碳应符合现行国家标准二氧化碳灭火剂GB 4396的有关规定;3 其他用途的二氧化碳应符合设计委托书或设计合同的要求。4.2 烟气预处理4.2.1 进入吸收装置的烟气指标不符合本标准第4.1. 5条规定时,宜对烟气进行预处理。4.2.2 烟气预处理工艺应采用直接喷淋冷却方式,洗涤液应根据烟气中SOx、NOx含量选用工业水或碱液。4. 2. 3 预处理系统的烟气进出口管道上应设取样口。4.2.4 洗涤塔洗涤液出口管道上宜设pH
17、计,洗涤液的pH值宜为68。4.3 二氧化碳吸收与解眼4.3.1 吸收剂应选用吸收二氧化碳的能力强、再生性能好、腐蚀性小、不易降解的榕剂。4.3.2 二氧化碳吸收与解吸系统应保持水平衡。4.3.3 二氧化碳吸收与解吸系统的能量应回收利用。4.3.4 吸收剂应定期再生回用。4.3.5 吸收塔、解吸塔宜采用填料塔,吸收塔的填料高度不宜高于20m,解吸塔的填料高度不直高于15m。4.3.6 吸收塔、解吸塔的设计空塔气速宜取泛点气速的50%70%。4.3.7 进入吸收塔的贫液温度宜为40C50C,解吸塔底的温度宜为100C125C。4.3.8 吸收塔洗涤系统补充用水应采用脱盐水。4.3.9 吸收塔烟气
18、进口管道应设握度和流量监测,烟气出口管道 6 上应设取样口,贫液进口管道应设旁路过滤器,旁路过滤器宜包括预过滤器、活性炭过捷器和后过滤器。4.3.10 解吸塔塔顶出口管道宜设温度检测及高低温报警,并宜与塔底再沸器蒸汽流量联锁调节。4.3.11 贫液、富液管道上应设取样口。4.3. 12 设置增压风机时,应符合下列规定:1 增压风机宜选用离心式风机;2 增压风机可采用进口节流或变速调节,电机直联驱动的增压风机宜采用进口节流调节;3 增压风机的最小流量不应小于喘振流量的105%; 4 增压风机的出口压力宜取系统通过最大气量时压力降的1.2倍。4.3.13 热交换器的选择应符合下列规定:1 板式热交
19、换器的冷端温差不直小于3.C,管壳式热交换器的冷端温差不宜小于8.C;2 贫富液换热器、贫液冷却器宜选用板式换热器;3 再沸器宜选用热虹吸式或釜式再沸器。4.4 二氧化碳压缩与脱水4.4.1 二氧化碳压缩系统应能适应气体组成、进气压力、进气温度和进气量的波动。4.4.2 二氧化碳压缩机的选型,宜符合下列要求:1 气量较大时,宜选用离心式压缩机;2 压比较大、气量较小时,宜选用往复式压缩机;3 压比较小、气量较小时,宜选用螺杆式压缩机。4.4.3 往复式压缩机应设置备用机组,螺杆压缩机宜设置备用机组,离心式压缩机可不设备用机组。4.4.4 往复式压缩机宜设减振沟。4.4.5 二氧化碳脱水系统应设
20、在压缩机级间或末级之后,脱水方 7 法宜采用固体吸附法。4.4.6 二氧化碳脱水后的露点温度应满足下列要求:1 若产品要求为气态,水露点应低于输送条件下最低环境温度5C;2 若产品要求为液态,水露点应低于液化温度5C。4.4.7 二氧化碳脱水系统出口管道上应设在线水露点分析仪。4.5 二氧化碳液化与储存4.5.1 二氧化碳液化工艺可采用高压液化法或低温液化法,应根据产品用途、输送方式及储存方式经综合比选后确定。4.5.2 二氧化碳液化采用高压液化法时,应采用管道直接外输。4.5.3 二氧化碳液化采用低温液化法时,制冷剂宜选用氨。4.5.4 二氧化碳储存可选用立式、卧式或球形储罐,储罐型式应根据
21、工艺要求及储存规模并经综合比选后确定。4.5.5 二氧化碳储罐不宜少于2座。4.5.6 二氧化碳储罐的设计,应符合下列规定:1 储罐的充装系数宜取0.9;2 储罐的设计压力宣取2.3MPa;3 储罐应采取保冷措施,保冷层的厚度计算应符合现行国家标准工业设备及管道绝热工程设计规范)GB50264的有关规定;4 单罐容积小于或等于200旷的小型储罐宜采用真空粉末绝热罐。4.5. 7 二氧化碳储罐附属设备的设置应符合下列规定:1 储罐应设置全启封闭式安全阅及备用安全阀,备用安全阀的世放能力不应小于主安全阀的泄放能力;2 安全阀与储罐之间应设切断阀,切断间在正常操作时应处于铅封开启状态;3 储罐进出口
22、管道应设置可远程操作的切断间;4 单罐容积大于200m3储罐的气相排放管道上应设置可远 8 程控制的释放阀;5 储罐应分别设置就地和远传温度仪表。温度检测应设置高位报警;6 储罐的气相部位应分别设置就地和远传压力仪表,压力检测应设置高压报警、高高压报警并自动联锁释放阀开启措施;7 储罐应分别设置就地和远传液位计。液位检测应设置高低液位报警、高高液位报警并联锁关闭储罐进口切断阀、低低液位报警可联锁储罐出口切断阀或停泵。4.5.8 二氧化碳泵宜选用屏蔽泵。4.5.9 二氧化碳储罐底部可设自增压用汽化器,汽化器的设计应符合下列规定:1 汽化器的设计压力不应低于储罐的设计压力;2 汽化器的汽化能力应满
23、足泵的正常运行要求;3 汽化器出口应设调压阅。 9 5 设备与材料5. 1静设备5.1. 1 压力容器的设计应符合现行国家标准固定式压力容器安全技术监察规程)TSG21、压力容器第1部分:通用要求)GB150 .1及压力容器第3部分:设计)GB150 .3的有关规定。5.1.2 塔式容器的设计应符合现行行业标准(塔式容器)NB/T47041的有关规定。5.1.3 管壳式换热器的设计应符合现行国家标准热交换器GB/ T 151的有关规定。5.1.4 板式换热器的设计应符合现行行业标准板式热交换器第1部分:可拆卸板式热交换器)NB/T47004. 1的有关规定。5.1.5 球形储罐的设计应符合现行
24、国家标准钢制球形储罐)GB12337的有关规定。5.1.6 设备材料的选择应符合下列规定:1 压力容器受压元件所用材料应符合现行国家标准压力容器第2部分:材料)GB150.2的有关规定;2 洗涤塔壳体材质宜选用奥氏体不锈钢一钢复合板,与壳体焊接的内构件应采用奥氏体不锈钢材质。不锈钢一钢复合板的技术要求应符合现行行业标准压力容器用爆炸焊接复合板第1部分:不锈钢一钢复合板)NB/T47002. 1的有关规定;3 解吸塔壳体材质宜选用奥氏体不锈钢板,不锈钢板的技术要求应符合现行国家标准承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带)GB/T24511的有关规定;4 富液或含游离水的二氧化碳气体换热器材质宜选用奥
25、氏体不锈钢。 10 5.1.7 洗涤塔、吸收塔和解吸塔的设计除应满足强度和稳定性要求外,还应满足吊装和运输的刚度要求。5.2动设备5.2.1 压缩机组系统的设置,应符合下列规定:1 进、出口管道直设置自动切断间和自动放空阀;2 压缩机进出口应设置压力限值报警并联锁停机;3 压缩机组润滑油及 冷却系统应设置压力及温度监测报警,润滑油系统应设低低压力报警并联锁停机;4 压缩机组内空冷器风机应设置振动开关;5 往复式压缩机组及管道应进行气流脉动和管道机械振动分析;6 离心式压缩机应设置喘振检测及控制设施;7 离心式压缩机的干气密封系统应设置泄放报警;8 往复式和蝶、杆式压缩机入口及各级出口管谨上应设
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