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淺談造氣系統(tǒng)開、停車煤棒制惰

向宏

(湖北新洋豐合成氨廠湖北荊門448150)

0 前言

惰性氣體置換是合成氨裝置開、停車過程中最常用、最重要的置換方法之一。能否成功置換，直接關(guān)系到人員、設(shè)備、生產(chǎn)、檢修的安全及生產(chǎn)裝置消耗，因而造氣操作工需熟練掌握制惰方法。本文論述合成氨裝置惰性氣體置換的重要性，并對以煤棒為原料的三步制惰、五步制惰方法及其優(yōu)缺點進行探討。

1 惰性氣體置換的重要性

惰性氣體是合成氨裝置開、停車時，造氣、脫硫、壓縮、變換等系統(tǒng)所必用的置換氣體。因為在合成氨生產(chǎn)中，半水煤氣都必須經(jīng)過4個系統(tǒng)的設(shè)備、管道，在開車過程中，其設(shè)備、管道中充滿空氣；停車過程中，其設(shè)備、管道中充滿半水煤氣。半水煤氣的爆炸極限(含可燃?xì)怏w)是6.9%～70.5%(體積分?jǐn)?shù)，下同)，當(dāng)半水煤氣中氧體積分?jǐn)?shù)≥1.0%時就有可能發(fā)生爆炸，因而半水煤氣中氧體積分?jǐn)?shù)必須嚴(yán)格控制在<0.5%。而空氣中氧體積分?jǐn)?shù)約21.0%，若開車時4個系統(tǒng)設(shè)備、管道內(nèi)的空氣未經(jīng)置換合格就直接通入半水煤氣，或停車時設(shè)備、管道中半水煤氣未經(jīng)置換合格就直接開啟閥門通入空氣，必然導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生，其后果不堪設(shè)想。

合成氨裝置置換所用的惰性氣體是造氣系統(tǒng)所生產(chǎn)的、符合裝置設(shè)備和管道置換需要的吹風(fēng)氣，惰性氣體成分(體積分?jǐn)?shù))見表1。

表1惰性氣體成分(體積分?jǐn)?shù))

%

由表1可知，惰性氣體中主要成分是不易與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的CO2和N2，而化學(xué)性質(zhì)較活潑的CO(爆炸極限12.0%～74.5%)和H2(爆炸極限4.0%～75.6%)的體積分?jǐn)?shù)均低于其爆炸極限，因此，可用惰性氣體對設(shè)備、管道中的空氣或半水煤氣進行徹底置換，以保障裝置開、停車及停車后檢修的絕對安全。

2 設(shè)備配置及工藝設(shè)置

2.1設(shè)備配置

在煤氣總管距氣柜進口水封上部約1 m處安裝1只放空蝶閥，用于造氣爐提溫階段不合格惰性氣體放空，并對煤氣總管進行徹底置換；若是大、中型合成氨裝置，經(jīng)常用于制惰的單元(一般用離氣柜最遠(yuǎn)的造氣系統(tǒng)造氣爐作為制惰單元)洗滌塔水封上部應(yīng)安裝氣體分析取樣點，便于隨時分析和掌握制得的惰性氣體成分變化情況，一旦制惰氣體合格后可及時送往后系統(tǒng)，加快全裝置惰性氣體的置換進程；造氣系統(tǒng)制惰單元在下行煤氣管上安裝放空管及控制閥門，閥門規(guī)格可略小于下行煤氣閥，并與下吹蒸汽閥和下行煤氣閥共用1只電磁換向閥，用于下吹階段煤氣放空；可采用人工手動加煤、手動下灰造氣爐，亦可以采用自動加焦、自動下灰造氣爐。

2.2工藝設(shè)置

未采用DCS中控系統(tǒng)的造氣系統(tǒng)，可在造氣微機中臨時輸入制惰程序；采用DCS中控系統(tǒng)的造氣系統(tǒng)，計算機中已經(jīng)預(yù)設(shè)制惰程序，制惰時直接將計算機顯示屏上“制惰、制氣”窗口切換為“制惰”即可。三步制惰法采用二次上吹、吹凈、吹風(fēng)3個階段制取惰性氣體；五步制惰法采用二次上吹、吹凈、吹風(fēng)、上吹、下吹5個階段制取惰性氣體。制惰時，可根據(jù)需要在計算機中輸入相應(yīng)程序，或者直接更改DCS中控系統(tǒng)計算機上的制惰循環(huán)時間設(shè)置工藝參數(shù)即可(三步制惰法將上吹時間和下吹時間設(shè)為0 s)；造氣爐提溫合格之后，每個制氣循環(huán)自動將吹風(fēng)氣回收至氣柜。Φ2 650 mm造氣爐使用烘干煤棒為原料、采用三步制惰法和五步制惰法制惰時的循環(huán)時間設(shè)置如表2所示。

表2制惰循環(huán)時間設(shè)置

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3 制惰操作

3.1制惰提溫方法

為了保證能夠在短時間內(nèi)制得合格的惰性氣體，制惰前應(yīng)先采用制惰提溫方法為造氣爐提溫。因造氣爐爐況不同，開車制惰和停車制惰所采用的提溫方法亦有所不同。

(1)開車制惰。開啟風(fēng)機、油泵，開啟各造氣爐空氣加氮閥，提溫；當(dāng)上行煤氣溫度達(dá)400 ℃左右時，啟用自動加焦補料程序(使用儲煤倉中的煤)或者采用電動葫蘆手動加煤(使用備煤)，直至造氣爐爐內(nèi)炭層和空程高度合格；上行煤氣溫度達(dá)到350～380 ℃時，關(guān)閉空氣加氮閥，停止提溫；通知型煤車間和鍋爐車間分別為造氣爐供應(yīng)煤棒以及蒸汽。手動加煤時，需啟動電動葫蘆吊煤棒備用，并將入爐空氣和造氣壓力調(diào)節(jié)至適宜范圍(以Φ2 650 mm造氣爐為例，三步制惰法和五步制惰法有關(guān)參數(shù)比較見表3)；造氣微機或者中控DCS系統(tǒng)計算機按表2輸入?yún)?shù)(根據(jù)各企業(yè)實際情況或者習(xí)慣選用三步制惰法或者五步制惰法)后，將造氣微機或中控DCS系統(tǒng)計算機的制氣/制惰開關(guān)切換至“制惰”程序，開始制惰造氣爐提溫操作。

(2)停車制惰。將造氣爐直接由制氣程序轉(zhuǎn)為制惰程序即可。

3.2制惰提溫操作

按表2制惰循環(huán)時間設(shè)置工藝參數(shù)對造氣爐進行全放空制惰、提溫操作。采用三步制惰法時，二次上吹、吹凈、吹風(fēng)階段所生成氣體全部自煙囪放空；采用五步制惰法時，除下吹階段生成的氣體從下行放空閥放空外，其他4個階段生成氣體自煙囪放空。當(dāng)制惰單元造氣爐炭層高度、爐溫正常后,再合上造氣微機的“加氮”按鈕，或者點擊中控系統(tǒng)計算機“壓回收”窗口，開始向煤氣總管送吹風(fēng)氣。停車制惰時，送1臺造氣爐吹風(fēng)氣的同時打開氣柜進口煤氣總管放空閥，將其他制惰單元爐的吹風(fēng)氣送至氣柜(先送1臺造氣爐的吹風(fēng)氣至煤氣總管進行置換。如果同時送多臺造氣爐的吹風(fēng)氣，由于未完全開啟氣柜進口放空閥而容易導(dǎo)致氣柜憋壓，因此需開啟放空閥后再將其他造氣爐的吹風(fēng)氣送至氣柜)，讓不合格的惰性氣體從氣柜進口水封上部的蝶閥處放空。

表3三步制惰法和五步制惰法有關(guān)參數(shù)比較

項 目三步制惰法五步制惰法加煤、下灰方式全手動全自動入爐空氣壓力/kPa23～2525～28入爐蒸汽壓力/MPa0.035～0.0400.035～0.040加煤間隔時間/min302每次加煤量/kg1500～155080～85爐內(nèi)空程/m1.30～1.601.25～1.30下灰間隔時間/min6010灰渣狀況疤多塊大、殘?zhí)几哒；以執(zhí)嫉蜖t條機轉(zhuǎn)速/(r·min-1)500～550400～450上行煤氣溫度/℃450～650300～320下行煤氣溫度/℃約100190～200

3.3制備惰性氣體

每15 min分析1次樣氣(取自制惰單元洗滌塔水封上部取樣點)。分析合格后，立即排空氣柜進口水封內(nèi)水，同時關(guān)閉氣柜進口水封處煤氣總管放空蝶閥，將惰性氣體送入氣柜，造氣系統(tǒng)進行制惰操作，直至后系統(tǒng)及本系統(tǒng)全部置換合格后，停止制惰操作。

4 制惰法效果比較

三步制惰法的主要特點：造氣爐爐面(最上炭層)溫度高，所以能在較短時間內(nèi)制得合格的惰性氣體，故適合于生產(chǎn)規(guī)模較小的裝置。但因其造氣爐爐面溫度高，故上行氣體溫度(約600 ℃)偏高，在手動加煤時爐口易爆鳴，易造成操作人員燒、燙傷，燒壞上行煤氣管保溫層、上行煤氣測溫?zé)犭娕夹盘柧€，甚至造成上行煤氣閥和煤氣總閥處起火，威脅安全生產(chǎn)；制惰時間過長，易導(dǎo)致造氣爐爐況波動，無法滿足大、中型合成氨裝置長時間大用量惰性氣體置換的需求；灰渣中殘?zhí)剂窟^高，造成煤棒浪費。目前，采用三步制惰法的企業(yè)呈減少趨勢。

五步制惰法的主要優(yōu)點：無需重新設(shè)置造氣循環(huán)步驟和時間，可利用原來的制氣工藝；制惰時，只需將“制氣、制惰”窗口切換為“制惰”即可進行制惰操作；可長時間保持制惰造氣爐爐況的穩(wěn)定，滿足造氣、脫硫、壓縮、變換等系統(tǒng)較長時間、較大用量的惰性氣體置換的需要；較低的上行煤氣和吹風(fēng)氣溫度為設(shè)備和操作人員的安全提供了切實的安全保障。故五步制惰法適合大、中型合成氨企業(yè)，尤其是采用DCS中控系統(tǒng)、自動加焦和自動下灰工藝的生產(chǎn)裝置的制惰需求。

5 制惰過程中的注意事項

(1)制惰前，尤其是停車檢修后開車制惰時，造氣爐點火、提溫后爐內(nèi)炭層溫度必須合格；爐溫過低時，不宜倉促啟動制惰操作程序，防止惰性氣體中氧含量偏高影響全裝置置換安全和置換進度。

(2)制惰過程中，尤其是采用手動加煤和手動下灰的造氣爐，若出現(xiàn)結(jié)疤、穿洞、炭層吹翻、塌方下生棒等不良現(xiàn)象時，應(yīng)及時處理，最好停止?fàn)t況不佳的造氣爐，而換用其他爐況較好的造氣爐繼續(xù)制惰。

(3)開車制惰時，因蒸汽管網(wǎng)預(yù)熱時部分蒸汽從導(dǎo)淋放空，鍋爐初送蒸汽時的蒸汽品位低，部分蒸汽冷凝成水從疏水閥排掉；同時，造氣爐內(nèi)炭層溫度低，蒸汽分解率較低，所以開車制惰初期蒸汽消耗較大。若減壓后蒸汽壓力過低，應(yīng)及時調(diào)整蒸汽壓力，確保入爐蒸汽能夠滿足生產(chǎn)需要，必要時減少制惰單元爐運行臺數(shù)，避免爐況惡化。

(4)在滿足后序系統(tǒng)惰性氣體置換的同時，造氣系統(tǒng)應(yīng)將其他單元煤氣系統(tǒng)進行惰性氣體置換，操作時只需手動開啟不進行制惰操作的造氣爐兩端的煤氣總閥和安全閥(共用1只電磁換向閥)，使惰性氣體從煤氣總管倒流至不進行制惰操作的造氣爐兩端的旋風(fēng)除塵器，從煙囪放空約5 min即可，但不可多單元爐系統(tǒng)同時進行置換，防止惰性氣體氣量不足。

(5)為保障造氣系統(tǒng)生產(chǎn)安全，需待脫硫、壓縮、變換等系統(tǒng)惰性氣體置換均合格后，再對尚未投入運行的單元爐煤氣系統(tǒng)進行惰性氣體置換，制惰結(jié)束后生產(chǎn)煤氣時還要進行煤氣置換。

(6)停車時，各單元煤氣系統(tǒng)惰性氣體置換合格后還要進行空氣置換，以確保生產(chǎn)和檢修的安全。

(收到修改稿日期2014- 10- 21)

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