李水龍，溫彥博，王興盛，劉健童，杜小剛

（甘肅華亭煤電股份有限公司煤制甲醇分公司，甘肅 華亭744100）

在煤氣化工藝中，鎖斗系統(tǒng)被普遍應用，是確保氣化爐正常運行的重要環(huán)節(jié)。氣化爐內反應后剩余的灰渣以粗渣形態(tài)進入鎖斗系統(tǒng)，被收集后排至界外。因鎖斗系統(tǒng)運行介質主要為粗渣含量較大的黑水，加之鎖斗系統(tǒng)相關閥門管件每半小時要承受一次高低壓變化，因此鎖斗系統(tǒng)故障率較高[1]。本文以某甲醇生產企業(yè)鎖斗系統(tǒng)為例，研究分析了鎖斗系統(tǒng)常見問題，并提出優(yōu)化改造措施，以實現鎖斗系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，保證煤氣化裝置的長周期穩(wěn)定運行[2]。

1 鎖斗系統(tǒng)流程

鎖斗系統(tǒng)流程示意圖見圖1。煤漿進入氣化爐，經反應后剩余的灰渣以及未完全反應的殘?zhí)颗c激冷水熱質交換后，沉降至氣化爐激冷室底部，經破渣機破碎后，粗渣進入鎖斗系統(tǒng)。

圖1 鎖斗系統(tǒng)流程示意圖

鎖斗循環(huán)大致分為泄壓、沖洗、加壓、排渣及收渣5 個階段。鎖斗在收渣狀態(tài)時，鎖斗安全閥、收渣閥打開，經破渣機破碎后的粗渣依靠鎖斗循環(huán)泵提供的流動動力，由激冷室底部沉降至鎖斗內，當收渣時間達到預設時間(28 min）后，收渣閥關閉，鎖斗循環(huán)泵入口閥關閉，循環(huán)閥打開，通過鎖斗循環(huán)泵進行自回流。鎖斗系統(tǒng)進入泄壓步驟，即泄壓閥打開，待鎖斗系統(tǒng)壓力降至接近常壓（≤0.28 MPa）時，鎖斗系統(tǒng)泄壓完畢，泄壓清洗閥打開，低壓灰水被用于清洗鎖斗泄壓管線。清洗完成后，泄壓清洗閥關閉。鎖斗沖洗水閥、排渣閥依次打開，利用鎖斗沖洗水罐灰水將鎖斗內積渣沖洗置換至渣池渣水側，當鎖斗沖洗水罐液位低報警時，排渣閥、鎖斗沖洗水閥依次關閉。隨后鎖斗加壓閥打開，來自灰水處理工段的高壓灰水（7.8 MPa）為鎖斗系統(tǒng)加壓，至鎖斗系統(tǒng)與氣化爐系統(tǒng)壓差低低報警（≤0.26 MPa）時，鎖斗加壓閥關閉。待鎖斗加壓完成后，收渣閥打開，鎖斗循環(huán)泵入口閥打開，循環(huán)閥關閉，鎖斗重新進入收渣狀態(tài)。渣池渣水側內的粗渣經靜置沉降一段時間（12 min）后，渣池溢流閥打開，渣池上部的澄清液溢流至渣池清水側。通過鎖斗系統(tǒng)5 個階段的連續(xù)循環(huán)運行，實現了氣化爐與鎖斗系統(tǒng)的定時連通及隔離，達到了收集、排放氣化爐粗渣的目的。

2 鎖斗系統(tǒng)存在的問題及優(yōu)化改造措施

2.1 泄壓管線振動問題及優(yōu)化改造措施

在鎖斗系統(tǒng)泄壓過程中，因泄壓閥至鎖斗沖洗水罐為低壓區(qū)（0.2 MPa），而鎖斗系統(tǒng)為高壓區(qū)（6.9 MPa），泄壓閥在打開時，鎖斗系統(tǒng)內高壓水瞬時向低壓區(qū)泄放，形成了較大沖擊力，引起鎖斗泄壓管線劇烈振動，管道管件移位，甚至發(fā)生管道焊縫撕裂等問題。據統(tǒng)計，某甲醇生產企業(yè)在開車初期，鎖斗泄壓管線安全閥和導淋閥根部焊縫補焊40 余次，泄壓閥故障近10 次，并造成生產減負荷2 次、氣化爐停車1次[3]。為此，提出了鎖斗系統(tǒng)泄壓管線優(yōu)化改造方案，具體改造流程如圖2 所示（圖中虛線部分為此次改造部分，云線內為2.3 節(jié)新增并聯鎖斗循環(huán)泵改造）。

圖2 鎖斗泄壓管線改造流程示意圖

鎖斗泄壓清洗管線是鎖斗系統(tǒng)高壓區(qū)和低壓區(qū)的連接通道，主要作用是為鎖斗系統(tǒng)泄壓和泄壓管線的清洗，而鎖斗沖洗水管線也具有連接鎖斗系統(tǒng)高壓區(qū)和低壓區(qū)的作用。因此，將鎖斗泄壓清洗管線管件取消，在鎖斗沖洗水閥及止逆閥處新增泄壓閥組（見圖2 虛線處），并對鎖斗程序進行改進，改進后的主要鎖斗程序步驟如下：

（1）泄壓步驟：泄壓閥組打開；

（2）排渣步驟：沖洗水閥打開，排渣閥打開；當鎖斗沖洗水罐液位低報警后，排渣閥關閉，沖洗水閥、泄壓閥組關閉；

（3）加壓步驟：加壓閥打開，氣化爐與鎖斗系統(tǒng)壓差低低報警后，加壓閥關閉；

（4）收渣步驟：收渣閥打開，鎖斗循環(huán)泵入口閥打開，循環(huán)閥關閉。

因取消了鎖斗泄壓清洗管道管件，并將鎖斗泄壓管件移至沖洗水管件旁路處，故而在鎖斗泄壓閥系列管件實際配管以及鎖斗程序改進過程中，要將鎖斗排渣步驟中利用鎖斗沖洗水罐灰水沖洗鎖斗泄壓管線作為重點。在實際配管中，泄壓閥系列管件標高要低于沖洗水閥系列管件，同時在排渣步驟中，鎖斗泄壓閥要先于沖洗水閥打開，后于沖洗水閥關閉，以此提高鎖斗沖洗水罐灰水沖洗泄壓管線的效果。

2.2 鎖斗循環(huán)泵進出口閥門管件泄漏問題及優(yōu)化改造措施

該甲醇生產企業(yè)在生產初期，鎖斗循環(huán)泵進出口閥門管件頻繁發(fā)生刺漏，僅2015 年因鎖斗循環(huán)泵進出口閥門管件刺漏，導致氣化爐停車2 次，減負荷3次，全年總計影響甲醇產量約1 333 t。

針對該問題，企業(yè)進行了專題分析。煤氣化工藝包中鎖斗循環(huán)泵出口流量設計為63.49 m3/h，但該泵在實際選型過程中，泵選型額定流量為100 m3/h，鎖斗循環(huán)泵出口管線最小管徑為100 mm，最大管徑為150 mm，根據核算，原設計鎖斗循環(huán)泵出口流速為2.25 m/s，實際出口流速為3.53 m/s，實際流速為設計流速的1.57 倍。因此，引起鎖斗循環(huán)泵進出口閥門管件頻繁刺漏的主要原因為鎖斗循環(huán)泵選型過大。

為了充分利用已有設備，最大程度減少改造投入，企業(yè)根據原設計出口流量數據，重新核算鎖斗循環(huán)泵葉輪尺寸，將原鎖斗循環(huán)泵葉輪外徑縮小，并將葉輪形式由閉式改為了半開式。改造后，從根本上解決了鎖斗循環(huán)泵進出口管件泄漏問題。

2.3 鎖斗循環(huán)泵機械密封故障及優(yōu)化改造措施

鎖斗循環(huán)泵在運行初期，機械密封頻繁出現過熱燒毀或泄漏問題，嚴重影響生產系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行。經研究分析，主要原因為機泵密封水投用量不連續(xù)，針對該設計缺陷，該甲醇生產企業(yè)實施了提高密封水總管壓力、改造密封水管道管徑、新增鎖斗循環(huán)泵的優(yōu)化改造措施。

氣化工段密封水換熱器原設計壓力為8.3 MPa，實際工作壓力為8.0 MPa，鎖斗循環(huán)泵出口壓力最高能夠達到7.5 MPa，除去管道阻力損失，鎖斗循環(huán)泵密封水很難有效保障密封效果。因此將密封水換熱器設計壓力由原8.3 MPa 提高至9.0 MPa，同時核算鎖斗循環(huán)泵密封水管線實際配管以及密封水管線實際管徑，對鎖斗循環(huán)泵密封水管線進行改造：將冷密封水至鎖斗循環(huán)泵總管由原DN20 改至DN40，密封水支管由原DN15 改為DN20。經過上述兩項優(yōu)化改造，從根本上解決了鎖斗循環(huán)泵機械密封故障問題。

另外，為了降低鎖斗循環(huán)泵故障對生產系統(tǒng)的影響，在原工藝設計基礎上新增并聯了1 臺鎖斗循環(huán)泵（圖2 云線部分），當運行鎖斗循環(huán)泵機械密封故障后，能夠實現鎖斗循環(huán)泵的在線切換，有效避免了生產系統(tǒng)減負荷甚至氣化爐停車事故發(fā)生。

2.4 鎖斗排渣系統(tǒng)問題及優(yōu)化改造措施

按照原設計，每套鎖斗系統(tǒng)對應一套渣池/ 撈渣機，當渣池或撈渣機故障后，鎖斗系統(tǒng)將停止收渣，導致氣化爐系統(tǒng)經常因積渣時間過長而被迫停車。針對該問題，提出在鎖斗排渣管道增加排渣旁路管線的優(yōu)化改造措施，具體改造流程如圖3 所示（虛線部分為新增管線）。因氣化爐系統(tǒng)設計為兩開一備，在正常生產運行過程中，一套鎖斗排渣系統(tǒng)長期處于備用狀態(tài)。因此，在鎖斗排渣管道上增加排渣旁路管線，考慮到鎖斗排出的灰渣極易沉積堵塞管道，新增旁路管道在實際配管中必須保證足夠的下傾角度，同時增設管道沖洗水。當鎖斗排渣系統(tǒng)出現問題后，能夠通過排渣旁路管線借用備用鎖斗排渣系統(tǒng)進行排渣，鎖斗完成排渣后，利用沖洗水對排渣旁路管線進行沖洗，避免灰渣沉積。

圖3 鎖斗排渣管線改造流程圖

3 結 語

通過對鎖斗系統(tǒng)常見問題的分析討論，有針對性地提出了相應優(yōu)化改造措施，完善了鎖斗系統(tǒng)設計缺陷，基本解決了鎖斗系統(tǒng)常見問題。經優(yōu)化改造后，生產裝置未因鎖斗系統(tǒng)故障出現減產停產事故。