崔小明

(河南龍宇煤化工有限公司, 河南永城 476600)

1 裝置概況

某化工園區(qū)現(xiàn)有0系列和1系列五環(huán)爐，其中，0系列完成技術(shù)改造，于2016年7月投料開車。2套五環(huán)爐13.8萬m3/h的有效氣不僅滿足園區(qū)現(xiàn)有40萬t/a醋酸和20萬t/a乙二醇高負(fù)荷運(yùn)行的需求，富余有效氣還可以提供給在建的20萬t/a乙二醇裝置。

五環(huán)爐是在殼牌氣化爐的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，相對(duì)后者，其操作彈性理應(yīng)更寬、運(yùn)行周期理應(yīng)更長，然而試車初期，運(yùn)行時(shí)間突破不了72 h[1]。問題到底出在哪兒？該單位成立了技術(shù)攻關(guān)組，針對(duì)影響五環(huán)爐長周期運(yùn)行的瓶頸問題進(jìn)行技術(shù)改造。首先針對(duì)氣化爐激冷段的冷卻介質(zhì)進(jìn)行改造，氣化爐激冷段頻繁堵渣問題得到有效解決。其次針對(duì)激冷罐頂部激冷水的噴淋方式及進(jìn)入激冷罐的合成氣流速進(jìn)行改造，解決了激冷水量不足及激冷罐頂部通道易堵塞的問題。至此，五環(huán)爐A級(jí)運(yùn)行時(shí)長一舉突破了150 d。然而，仍存在一大制約因素，即隨著運(yùn)行周期的延長，濕洗塔壓差持續(xù)上漲。如何在確保濕洗塔除灰能力的同時(shí)降低壓差？該單位一方面不斷優(yōu)化洗滌水量和調(diào)整藥劑添加量；一方面將原設(shè)計(jì)的固閥塔盤改為立體傳質(zhì)塔盤，增加氣液接觸面積，提高傳質(zhì)效果。對(duì)比分析兩套濕洗塔不同的塔盤工藝，找出濕洗塔壓差上漲原因，并進(jìn)行相應(yīng)的控制措施。

2 1系列五環(huán)爐濕洗塔改造效果

為解決五環(huán)爐濕洗塔壓差隨運(yùn)行周期的延長逐步上漲并出現(xiàn)帶液的問題，將1系列五環(huán)爐濕洗塔作為試點(diǎn)進(jìn)行改造。將原設(shè)計(jì)的固閥塔盤(見圖1)改為立體傳質(zhì)塔盤(見圖2)，增加氣液接觸面積，提高傳質(zhì)效果。

圖2 立體傳質(zhì)塔盤結(jié)構(gòu)圖

立體傳質(zhì)塔盤中，氣體、液體的接觸傳質(zhì)分別經(jīng)歷提升拉膜、氣流破碎、撞頂破碎、噴射破碎、對(duì)噴破碎、強(qiáng)制分離6個(gè)步驟(見圖3)。

圖3 立體傳質(zhì)塔盤運(yùn)行過程

立體傳質(zhì)塔盤較固閥塔盤主要有以下顯著特點(diǎn)：

(1) 氣相操作上限高。立體傳質(zhì)塔盤以霧沫夾帶10%作為上限，其板孔動(dòng)能因子可達(dá)34.0， 氣相空塔動(dòng)能因子可突破3.0。固閥塔盤的板孔動(dòng)能因子為13.0～16.0，其氣相空塔動(dòng)能因子只能達(dá)到1.5～2.0。

(2) 液相通量大。立體傳質(zhì)塔盤上液體基本為清液層，流到降液管中的液體基本不含氣泡，提高了降液管的溢流強(qiáng)度，通過能力可提高1倍以上；設(shè)計(jì)降液管停留時(shí)間可由5 s縮短至2.5 s以下；開孔率超過20%。與固閥塔盤相比，立體傳質(zhì)塔盤無論是氣相還是液相通量均提高了80%～100%。

(3) 塔盤傳質(zhì)效率高。立體傳質(zhì)塔盤由于塔盤空間利用率提高到40%～60%，氣液接觸充分，液相返混小，提高了傳質(zhì)效率。與固閥塔盤相比，立體傳質(zhì)塔盤在低負(fù)荷時(shí)傳質(zhì)效率高出10%，在高負(fù)荷時(shí)傳質(zhì)效率高出40%。

(4) 抗堵能力強(qiáng)。立體傳質(zhì)塔盤塔盤開孔大(一般大于30 mm×120 mm)，有自沖刷作用。

(5) 立體傳質(zhì)塔盤為噴射工況，無發(fā)泡機(jī)制，高速噴射的液滴又具有破沫作用。

(6) 盤上液面梯度影響小，適合在大塔徑、大液體負(fù)荷下高效運(yùn)行。液體進(jìn)入罩內(nèi)是靠負(fù)壓吸入作用，盤上液層高度對(duì)操作工況影響不顯著，不會(huì)出現(xiàn)局部漏液、局部氣體過量等現(xiàn)象。

1系列五環(huán)爐改造后運(yùn)行周期明顯延長，2020年達(dá)到A級(jí)運(yùn)行時(shí)長為283 d，為園區(qū)的長周期運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 0系列五環(huán)爐運(yùn)行情況

2021年4月，0系列五環(huán)爐在連續(xù)運(yùn)行107 d后，出現(xiàn)濕洗塔壓差高并有帶液現(xiàn)象。在出現(xiàn)帶液之前，0系列濕洗塔壓差一直呈緩慢上漲趨勢(shì)，但基本可控，整體壓差在2.5 kPa左右。隨著運(yùn)行周期的延長，壓差上漲趨勢(shì)愈加明顯，4月1日壓差為3 kPa，4月12日壓差為13 kPa。隨著壓差的上漲，帶液現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，雖然粗煤氣量未出現(xiàn)明顯波動(dòng)，但是對(duì)變換裝置、水平衡、污水處理造成很大影響，危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行，于是停車處理。

4 濕洗塔壓差上漲原因

根據(jù)本次運(yùn)行分析，結(jié)合1系列五環(huán)爐對(duì)比分析，判斷0系列五環(huán)爐濕洗塔壓差上漲原因?yàn)椋?/p>

(1) 煤種灰分不穩(wěn)定[2]，特別是3月1—15日入爐煤灰分整體在20%～23%之間，最高達(dá)到23.72%(3月6—7日)(見表1)。

表1 煤粉樣品灰分統(tǒng)計(jì)

(2) 本次0系列五環(huán)爐運(yùn)行負(fù)荷基本在95%～100%之間，之前其A級(jí)運(yùn)行150 d時(shí)的負(fù)荷基本在85%～90%之間。0系列五環(huán)爐負(fù)荷高于之前長周期的運(yùn)行負(fù)荷。

(3) 基于1系列五環(huán)爐濕洗塔塔盤已改造為立體傳質(zhì)塔盤，塔盤抗堵能力相對(duì)較強(qiáng)，臥螺機(jī)的濾液全部回用。在1系列臥螺機(jī)出現(xiàn)問題以后，將部分濾液切到0系列回用，0系列五環(huán)爐壓差增加趨勢(shì)相比切水之前明顯。

(4) 五環(huán)爐在上個(gè)長周期運(yùn)行時(shí)濁度基本上控制在50 NTU，現(xiàn)在為了兼顧臥螺機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定，溢流水濁度控制在100～150 NTU，水質(zhì)濁度控制偏高。高濁度溢流水回用到系統(tǒng)后會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)激冷水過濾器壓差、激冷氣換熱器壓差、濕洗塔壓差等上漲。

(5) 原除氟裝置的污泥水處理只固定用1臺(tái)臥螺機(jī)，濾液基本不回用系統(tǒng)。該臥螺機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后因出現(xiàn)堵泥需要檢修。為保證除氟裝置的運(yùn)行，將除氟裝置的灰漿通過泵打到灰漿儲(chǔ)罐與澄清的灰漿混合后，送到臥螺機(jī)分離，其濾液回到澄清槽澄清后再回用到系統(tǒng)。除氟裝置的水引入鈣離子，改變系統(tǒng)的pH值，加速了濕洗塔塔盤的結(jié)垢。

5 處理措施

(1) 更換煤種或配比降低入爐煤灰分。

(2) 兼顧臥螺機(jī)運(yùn)行的情況下，調(diào)整絮凝劑添加量，盡量降低溢流水濁度。

(3) 控制絮凝劑及分散劑的添加量，保證水質(zhì)穩(wěn)定，減少濕洗塔塔盤積灰，減緩結(jié)垢速度。

(4) 優(yōu)化水量分配，及時(shí)調(diào)整濕洗塔上、中、下3層噴淋水量，控制好粗煤氣問題。

(5) 制定相關(guān)濕洗塔壓差高的操作注意事項(xiàng)。

(6) 控制濕洗塔液位在47%～50%之間，激冷罐液位控制在50%左右。根據(jù)濕洗塔壓差上升情況，可適當(dāng)微降濕洗塔液位，盡量保證洗滌效果，防止合成氣向后系統(tǒng)帶灰[3]。

(7) 穩(wěn)定操作，減少氣化爐溫度、壓力、負(fù)荷波動(dòng)。

(8) 濕洗塔壓差升至5 kPa后，檢查是否帶液。若未帶液，可加大濕洗塔和激冷罐排放量，降低塔釜溫度。

(9) 適當(dāng)降低除氧器溫度和高壓灰水溫度。

(10) 帶液時(shí)可減少上層塔盤水量，緩解帶液情況?？刂坪脻裣此妥儞Q氣液分離罐液位,杜絕合成氣帶水導(dǎo)致變換爐催化劑出現(xiàn)淹塔。如通過調(diào)整后帶液情況無法緩解，可降負(fù)荷處理。

6 后續(xù)改造

為徹底解決濕洗塔壓差問題，計(jì)劃進(jìn)行以下改造：

(1) 參照1系列五環(huán)爐濕洗塔，將0系列五環(huán)爐濕洗塔的塔盤改為立體傳質(zhì)塔盤，增強(qiáng)抗堵性。

(2) 為解決澄清黑水問題，增加上板框壓濾機(jī)，澄清槽溢流水濁度控制在50 NTU以內(nèi)，減小系統(tǒng)用水濁度，有利于控制整個(gè)系統(tǒng)的壓差，實(shí)現(xiàn)氣化爐的長周期運(yùn)行[4]。

(3) 選擇更合適配煤并穩(wěn)定煤種，盡量控制入爐煤灰分。

7 結(jié)語

雖然通過改造塔盤能提高濕洗塔的運(yùn)行工況，但是在運(yùn)行過程中會(huì)受煤種波動(dòng)、人員操作精細(xì)化水平、渣水處理能力等諸多客觀因素影響，需要不斷總結(jié)分析，全面提升各方面的管理能力，為化工安全生產(chǎn)提供保障。