趙宗凱（神華煤制油化工陜西咸陽化學(xué)工業(yè)有限公司,陜西 咸陽 712000）

1 概況

鄂爾多斯神華煤直接液化項(xiàng)目是國內(nèi)新建大型煤化工項(xiàng)目，規(guī)劃煤液化工廠油品總生產(chǎn)能力為500萬噸/年，分兩期進(jìn)行建設(shè)，其中一期100萬噸/年。煤制氫裝置是煤直接液化項(xiàng)目的主要生產(chǎn)裝置之一，其任務(wù)是為煤液化裝置和液化油提質(zhì)加工裝置制氫裝置提供氫氣，分別稱為第一、第二煤制裝置（105/106單元），單套制氫裝置生產(chǎn)能力為287t/d(設(shè)計100%負(fù)荷)。每套制氫裝置分為煤氣化裝置和凈化裝置兩部分，其中煤氣化裝置采用Shell干煤粉加壓煤氣化工藝，設(shè)計單爐原煤用量為2000噸/天，單臺氣化爐的設(shè)計能力為有效氣150,000Nm3/h，年操作時間8000小時。該爐采用干煤粉加壓進(jìn)料方式，純氧作為氣化劑，氣化爐膛溫度高達(dá)1400-1600℃，壓力3.96MPa，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上，氧耗低、冷煤氣效率高、液態(tài)排渣，有效氣體(CO+H2)高達(dá)85%（干基）以上。

在裝置試車初期，由于存在設(shè)計不足、設(shè)備缺陷以及操作人員經(jīng)驗(yàn)欠缺等問題，氣化裝置停車比較頻繁，很難實(shí)現(xiàn)安穩(wěn)長滿優(yōu)運(yùn)行，給直接液化項(xiàng)目的試車也帶來一定的不利影響。近年來，隨著對裝置逐步進(jìn)行技術(shù)改造，消除瓶頸問題，同時加強(qiáng)人員培訓(xùn)，積累相關(guān)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，兩套氣化裝置運(yùn)行時間逐步提高，目前已達(dá)到百日運(yùn)行常態(tài)化（A級連運(yùn)），105單元A級運(yùn)行最長時間185天，106單元A級運(yùn)行最長時間137天。雖與國內(nèi)最好的運(yùn)行記錄仍有差距，但相信經(jīng)過不斷的探索與發(fā)展，裝置運(yùn)行會不斷進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)更好的運(yùn)行記錄。

2 裝置存在的主要問題

2.1 合成器冷卻器十字吊架積灰

最初運(yùn)行階段因?yàn)閷t溫控制經(jīng)驗(yàn)不足，曾經(jīng)多次發(fā)生十字吊架積灰的情況。十字吊架積灰后造成通道變小，合成氣流速變高，系統(tǒng)阻力降增大，激冷氣下降，如果長時間運(yùn)行，十字吊架處水冷管將會磨損嚴(yán)重，甚至磨漏。同時激冷氣下降還會導(dǎo)致合成器冷卻器入口溫度升高，系統(tǒng)被迫降低負(fù)荷運(yùn)行。

2.2 高溫高壓陶瓷過濾器濾芯斷裂

飛灰高溫高壓過濾器是氣化裝置核心設(shè)備，主要作用是分離從合成器冷卻器出來的合成氣和飛灰。由于神華項(xiàng)目設(shè)計煤種灰分偏低，只有7%左右，因此該過濾器只設(shè)計了15組陶瓷濾芯，其它同規(guī)模廠家的24組濾芯相比，少了接近37.5%。

由于受當(dāng)?shù)孛嘿|(zhì)限制，裝置在實(shí)際投產(chǎn)時使用的煤種灰分在12%左右，遠(yuǎn)高于設(shè)計煤種，導(dǎo)致高溫高壓過濾器設(shè)計余量不足，抗沖擊能力較差。同時因?yàn)闉V芯組數(shù)偏少，反吹閥動作頻率高，達(dá)到了其它廠家的3倍多，因此閥門故障率高。在開車初期，濾芯出現(xiàn)頻繁斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致的停車次數(shù)占到了停車總數(shù)的1/3左右。

2.3 煤粉收集器布袋損壞

煤粉收集器是磨煤及干燥單元的主要設(shè)備，主要作用是分離過濾磨機(jī)出口的煤粉和熱惰性氣體，分離后的煤粉送入煤粉輸送單元。試車運(yùn)行階段，煤粉收集器的布袋燒損現(xiàn)象嚴(yán)重，嚴(yán)重影響磨煤系統(tǒng)的安全、長周期運(yùn)行，制約了裝置負(fù)荷提高，甚至造成裝置停車。

2.4 燒嘴頭、燒嘴罩泄漏

隨著裝置運(yùn)行時間的增加，煤燒嘴的燒嘴頭、燒嘴罩泄漏成為影響氣化裝置長周期運(yùn)行的重大因素。在燒嘴頭、燒嘴罩泄漏初期，泄漏的水汽對氣化爐爐溫變化較小，運(yùn)行一段時間泄漏變大后，氣化爐渣口堵渣現(xiàn)象頻繁發(fā)生。為解決渣口堵渣的問題，氣化爐需要提高爐溫運(yùn)行，這將導(dǎo)致氣化爐壁掛渣變薄，水冷壁銷釘磨損嚴(yán)重。爐溫升高還會導(dǎo)致合成氣冷卻器入口溫度升高，十字吊架處將會發(fā)生積灰現(xiàn)象，最終造成負(fù)荷降低，裝置停車。

2.5 撈渣機(jī)運(yùn)行周期短

原設(shè)計的撈渣機(jī)為刮板式撈渣機(jī)，設(shè)計負(fù)荷為25t/h，主要由驅(qū)動裝置、刮板鏈條、殼（槽）體、貯水槽、放水閥（活動堰板）及控制系統(tǒng)等所組成。該撈渣機(jī)自2008年投入使用后，因設(shè)計出力偏低、部件材質(zhì)不過關(guān)、工藝操作等原因，出現(xiàn)傳動鏈卡鏈、繃斷，斜升段軌道損壞、粉料盤損壞、減速機(jī)損壞、鋼結(jié)構(gòu)梁損壞等現(xiàn)象，當(dāng)氣化爐負(fù)荷到90%以上時，撈渣機(jī)的負(fù)荷很難滿足生產(chǎn)要求。

2.6 濾餅機(jī)故障頻繁

S1702真空皮帶過濾機(jī)是氣化裝置初步水處理單元的關(guān)鍵設(shè)備，對氣化水質(zhì)有很大的影響，一旦皮帶過濾機(jī)故障，將造成氣化排放水質(zhì)惡化，不能循環(huán)利用，在增大用水量的同時，還導(dǎo)致下游污水處理難度增加，工廠環(huán)保壓力增大。

2.7 設(shè)備、管線泄漏

煤氣化裝置工藝流程復(fù)雜，物料種類多樣，試車初期泄漏發(fā)生頻繁。既有含固氣液相輸送造成的設(shè)備及管線磨蝕泄露，又有合成氣腐蝕造成的管線、儀表引壓點(diǎn)泄漏，即污染了現(xiàn)場環(huán)境，又有可能引成工藝波動，嚴(yán)重的甚至造成裝置停車。煤氣化裝置因合成氣管線泄漏曾經(jīng)多次停車。

2.8 產(chǎn)氣量未達(dá)到設(shè)計負(fù)荷

神華項(xiàng)目單臺氣化爐的設(shè)計能力為有效氣150000Nm3/h，試生產(chǎn)中進(jìn)行的第一次100%負(fù)荷標(biāo)定時實(shí)際有效氣產(chǎn)量僅為132000Nm3/h。造成這種情況的原因有兩個，一是氣化爐使用煤種與設(shè)計煤種存在偏差，設(shè)計的上灣煤灰分只有7%，但實(shí)際運(yùn)行時原料煤灰分在10%-11%；二是由于諸多原因限制，裝置實(shí)際的碳轉(zhuǎn)化率在95%左右，未能達(dá)到SHELL宣稱的98%-99%；三是受限于激冷氣壓縮機(jī)的能力，系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行。

由于目前使用的煤種與設(shè)計煤種有較大偏差，以及激冷氣壓縮機(jī)能力不足的原因，雖然經(jīng)過長期的摸索，但氣化爐的實(shí)際最高運(yùn)行負(fù)荷（氧負(fù)荷）只能維持在90%左右，遠(yuǎn)低于設(shè)計能力，后續(xù)仍需繼續(xù)提高。

3 近年來裝置改造情況

針對在試車和運(yùn)行過程中暴露出來的問題，從2009年開始，神華煤制油鄂爾多斯分公司聯(lián)合Shell公司和部分國內(nèi)的設(shè)備制造商、科研單位一起對系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的技術(shù)改造，共完成了技改項(xiàng)目31項(xiàng)，科研項(xiàng)目6項(xiàng)，大部分取得了良好效果。

3.1 S1501濾芯改為金屬濾芯

2010 年開始分公司與北京安泰科技股份有限公司就S1501陶瓷濾芯國產(chǎn)化進(jìn)行合作，金屬濾芯首次考核評價時間從2010年11月22日起，運(yùn)行裝置為106單元，安裝濾芯1組共48支，至2011年7月7日裝置大修停車，使用時間約7個月，過濾系統(tǒng)最高氧負(fù)荷90%，濾芯運(yùn)行狀態(tài)良好。運(yùn)行數(shù)據(jù)與進(jìn)口陶瓷濾芯基本一致。2011年9月7日，將使用后的1組國產(chǎn)金屬濾芯經(jīng)清洗后加上4組全新金屬濾芯（合計192支）混合10組清洗后的陶瓷濾芯組重新使用至煤氣化裝置105單元，同時，106單元使用全新進(jìn)口陶瓷濾芯，兩套裝置對比運(yùn)行。兩套裝置氧負(fù)荷均基本穩(wěn)定在90%，過濾系統(tǒng)操作壓力3.79MPa，操作溫度270℃，合成氣量380000Nm3/h，反吹氣壓力7.5MPa，反吹氣溫度225℃，105單元初期使用時壓差15-16KPa，比106單元低2KPa左右，說明金屬濾芯流通能力達(dá)到或優(yōu)于進(jìn)口陶瓷濾芯。

鑒于105、106兩套裝置的金屬濾芯試用情況，2012年8月將105單元S1501飛回過濾器的720根濾芯全部更換為國產(chǎn)金屬濾芯。

裝置運(yùn)行了約8個月后，從濾芯壓差數(shù)據(jù)來看，運(yùn)行狀態(tài)良好。更換金屬濾芯后，濾芯強(qiáng)度提高，抗波動能力明顯增強(qiáng)；備件投資額下降約1/3。

3.2 5.5MPa過熱蒸汽并網(wǎng)改造

在試車運(yùn)行階段，由于SGC積灰情況超出預(yù)想，導(dǎo)致氣化爐自產(chǎn)過熱蒸汽溫度只能達(dá)到340℃，與原設(shè)計溫度400℃的指標(biāo)偏差達(dá)60℃，達(dá)不到蒸汽并網(wǎng)的要求，兩套裝置約有70t/h的3.5MPa蒸汽只能就地排放，造成能源浪費(fèi)。為了提高過熱蒸汽溫度，分公司分別對混煤比例、上水溫度、敲擊器頻率、供水方式等進(jìn)行了多項(xiàng)改造和實(shí)驗(yàn)，但收效甚微。

為了能回收這一部分蒸汽，降低消耗，結(jié)合全廠蒸汽系統(tǒng)不平衡，1.1MPa蒸汽不足的情況，我們采用了將這些蒸汽降溫減壓使用的方案，即增加減溫減壓器，將這部分蒸汽送至1.1MPa蒸汽管網(wǎng)。減溫減壓器按照80t/h×2設(shè)置，一開一備，布置在106裝置由106單元控制。改造完成當(dāng)年即收回改造投資，并創(chuàng)造了可觀的效益，有效的降低了裝置的生產(chǎn)綜合能耗，此項(xiàng)改造對裝置的生產(chǎn)綜合能耗影響占約5.4%。

3.3 煤粉收集器改造

試車運(yùn)行階段，煤粉收集器運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)布袋燒損現(xiàn)象，在帶來安全隱患的同時，嚴(yán)重影響制約磨煤系統(tǒng)的長時間運(yùn)行。經(jīng)過多次觀察與分析，我們認(rèn)為導(dǎo)致布袋燒損主要是由于反吹氮?dú)獠蛔?、溫度偏低，煤粉收集器?nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致煤粉分布不均勻，局部堆積等原因造成的。

針對以上原因，裝置采用增大氣包容量、增加反吹氮?dú)饩彌_罐；加粗氮?dú)饩彌_罐至反吹氣包管線的管徑、更換脈沖閥等措施克服反吹氮?dú)饬坎蛔愕钠款i；通過上箱體內(nèi)部增加保溫襯板，保證了箱體溫度，防止結(jié)露；通過對煤粉收集器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，增加煤粉分配板，使煤粉均勻分配，且有部分煤粉不需要附著于濾袋而直接進(jìn)入下一工序，增加了濾袋的使用壽命。經(jīng)過上述改造后，備煤系統(tǒng)從09年運(yùn)行良好，未再發(fā)生燒布袋現(xiàn)象，為裝置的長周期運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。

3.4 撈渣機(jī)系統(tǒng)改造

撈渣機(jī)系統(tǒng)災(zāi)運(yùn)行初期，主要問題一是撈渣機(jī)本身故障率高，二是設(shè)備附屬閥門故障率高，因此該系統(tǒng)的改造分為兩部分進(jìn)行：

第一次技改為T1401改造，即在T1401小室增加攪拌機(jī)，防止細(xì)渣沉積；將內(nèi)部蝶閥改為外部球閥，便于檢修，同時減小下渣時渣水對閥門的沖擊，增加閥門的密閉性。改造后運(yùn)行良好，閥門故障率明顯降低，密封性能更好，未再因閥門故障造成裝置污水溢流，閥門能夠在外部處理，檢修時間大大縮短；T1401小室增加攪拌器后，撈渣機(jī)未能撈凈的細(xì)渣能及時通過P1403被輸送，沉積物較少，大大減少了管線堵塞、機(jī)泵故障的發(fā)生率。

第二次技改為撈渣機(jī)技改，即將撈渣機(jī)拖動鏈條由板式鏈改為強(qiáng)度高、使用壽命長、易更換的圓環(huán)鏈，；刮板采用矩形刮板，且鑲焊耐磨板，增強(qiáng)刮板的耐磨性能，延長使用壽命，增強(qiáng)了刮板的抗彎性和抗扭強(qiáng)度；將拖動鏈輪改用鍛造凹齒鏈輪，具有承載能力高、耐磨損、壽命長、固定可靠等優(yōu)點(diǎn)，不易造成夾鏈現(xiàn)象；將張緊機(jī)構(gòu)由機(jī)頭改為機(jī)尾，更便于鏈條張緊且對頭部拖動機(jī)構(gòu)不產(chǎn)生任何干涉，保證了設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行；撈渣機(jī)、斜升段的上部工作面全部鋪砌40mm厚的玄武巖鑄石襯板，鋪砌方式采用“帶耳板方形鑄石＋孔條斜鋪”的方式，不易脫落，延長了其使用壽命。撈渣機(jī)改造后，運(yùn)行周期大大延長，維修費(fèi)用顯著降低，取得了良好的效果

3.5 系統(tǒng)管道升級

針對氣化裝置管道泄漏比較集中的區(qū)域，廠家與專利商一起對管道進(jìn)行過多次升級，一是將碳鋼管道升級為316L，包括氣化爐環(huán)形空間安全閥入口管線、13XV0033至氣化爐管線、吹掃氮?dú)饩€至SGC管線、氣化爐取壓總管、13XV0038至激冷氣管線、激冷氣入氣化爐管線等；二是將壓縮機(jī)防喘管線進(jìn)行升級，升級為內(nèi)襯8825管線；三是初步水處理系統(tǒng)管線升級，將P1704出口至T1702管線，P1709出口至S1702管線由碳鋼升級為雙相鋼材質(zhì)。

管線升級后泄漏頻率明顯降低，但煤氣化裝置流程較長，工藝比較復(fù)雜，儀表點(diǎn)眾多，存在泄漏機(jī)會較高，后續(xù)仍需要繼續(xù)統(tǒng)計泄漏點(diǎn)出現(xiàn)的位置及頻率，對泄漏率較高的部位進(jìn)行升級。

3.6 濾餅機(jī)長周期運(yùn)行改造

濾餅機(jī)改造方案包括濾餅機(jī)增加真空泵技改及濾餅機(jī)長周期運(yùn)行改造項(xiàng)目，主要是增大真空泵出力、增加濾餅機(jī)速度開關(guān)、皮帶增加光電式跑偏開關(guān)、增加沖洗水等。

濾餅機(jī)改造后，運(yùn)行周期明顯延長，但由于濾餅機(jī)運(yùn)行環(huán)境惡劣且無備機(jī)，一旦檢修時間較長，仍有可能導(dǎo)致1700單元水質(zhì)惡化，因此濾餅機(jī)仍有繼續(xù)進(jìn)行改造的需要以達(dá)到更長周期運(yùn)行。

3.7 氣化爐出口溫度控制改造

試車運(yùn)行階段，氣化爐合成氣冷卻器出口溫度（13TI0018）一度超過了設(shè)計值（380℃），且在采取降低爐溫、提高敲擊頻率、調(diào)節(jié)激冷氣量、改變煤粉粒度等多種措施后仍然無法得到控制，尤其是在高負(fù)荷生產(chǎn)情況下情況更為嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了氣化爐負(fù)荷的提高。經(jīng)過Shell公司的分析，認(rèn)為最好也最有效的辦法就是將部分鍋爐給水直接注入合成氣冷卻器末端相對低溫的蒸汽發(fā)生器（E1303D），替代原來的強(qiáng)制循環(huán)鍋爐水，并提供了具體的實(shí)施方案。

改造投用后，發(fā)現(xiàn)氣化爐出口溫度降低并不明顯，只能降低6-8度，并未能有效緩解存在的問題，也未能對系統(tǒng)提高負(fù)荷提供空間，沒有達(dá)到預(yù)期的改造目標(biāo)。因?yàn)樵斐蓡栴}的主要原因是原料煤中堿金屬含量高，飛灰粘度大，目前根據(jù)SHELL的建議及其它廠家的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在原料煤中摻入高硫煤，有效的解決了出口溫度高的問題。

4 進(jìn)一步的努力方向

4.1 實(shí)現(xiàn)煤燒嘴、燒嘴罩長周期運(yùn)行

經(jīng)過大量的技改及科研攻關(guān)，現(xiàn)在氣化爐長周期運(yùn)行的主要瓶頸為燒嘴頭、燒嘴罩泄露，導(dǎo)致氣化爐運(yùn)行惡劣，直至停工。

經(jīng)過論證，延長燒嘴頭及燒嘴罩的使用周期，需從材料升級、燒嘴插入深度及煤線循環(huán)、煤線速度等各方面進(jìn)行攻關(guān)，目前此項(xiàng)工作正在逐步實(shí)施。

4.2 力爭高溫高壓過濾器運(yùn)行正常

由于裝置高溫高壓過濾器設(shè)計較小，更換完金屬濾芯后，濾芯抗沖擊能力變強(qiáng)，但使用清洗過后的濾芯，濾芯壓差上升較快，壓差長時間在高位運(yùn)行，進(jìn)入水洗單元的合成氣中飛灰含量變大，文丘里管處易堵塞，造成激冷氣量降低，限制氣化運(yùn)行負(fù)荷。

此問題需要對濾芯長度、安裝質(zhì)量等方面進(jìn)一步優(yōu)化，保證氣化裝置長時間運(yùn)行后，高溫高壓過濾器過濾精度未受影響，保障后續(xù)裝置運(yùn)行穩(wěn)定。

4.3 避免設(shè)備、管線泄漏

隨著裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時間的延長，設(shè)備、管道的腐蝕、磨蝕現(xiàn)象會逐漸加重，關(guān)鍵部分管線尤其是合成氣部分設(shè)備、管線一旦泄漏，將會造成生產(chǎn)波動，甚至并且造成環(huán)境污染及人身傷害等重大事故。因此在對易腐蝕的設(shè)備管線加強(qiáng)檢查、檢測的同時，要根據(jù)現(xiàn)場情況，提前對這部分設(shè)備、管線進(jìn)行技術(shù)改造和材質(zhì)升級，保障裝置安全可靠，避免形成人身傷害。

4.4 延長部分轉(zhuǎn)動設(shè)備運(yùn)行周期

目前氣化裝置部分轉(zhuǎn)動設(shè)備雖未影響裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，但限制了裝置運(yùn)行負(fù)荷，增加了裝置能耗，對生產(chǎn)裝置造成波動，對環(huán)保造成了一定影響。如單套磨機(jī)發(fā)生故障造成負(fù)荷降低；渣水泵故障頻繁造成低壓除氧水用量過大，堵渣后除渣效果降低等。

這些問題一方面要進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，提高計劃檢修的效率；另一方面對于設(shè)備的關(guān)鍵部位、易損部位進(jìn)行升級改造；第三對于有條件的設(shè)備增加備用機(jī)泵，保障生產(chǎn)的可靠性。

5 結(jié)語

5.1 神華Shell氣化裝置進(jìn)行了較多技術(shù)改造、科研、攻關(guān)，取得了良好的效果，氣化裝置運(yùn)行周期明顯增加，運(yùn)行周期由40天左右提高至現(xiàn)在的100天左右。

5.2 神華Shell氣化裝置仍存在部分瓶頸問題，如燒嘴頭及燒嘴罩泄漏、高溫高壓過濾器長期運(yùn)行壓差高、設(shè)備和管線泄漏等，一定程度上限制了氣化裝置的長周期運(yùn)行。

5.3 神華Shell氣化爐運(yùn)行負(fù)荷偏低的問題仍然存在，主要是原始設(shè)計階段存在的設(shè)計缺陷造成的，需要有針對性的進(jìn)行改造，以進(jìn)一步提高氣化爐的運(yùn)行負(fù)荷。