孔祥昶

(實(shí)聯(lián)化工(江蘇)有限公司, 江蘇淮安 223001)

1 概述

實(shí)聯(lián)化工(江蘇)有限公司100萬(wàn)t/a純堿及100萬(wàn)t/a氯化銨聯(lián)堿為主生產(chǎn)項(xiàng)目，40萬(wàn)t/a合成氨項(xiàng)目為聯(lián)堿項(xiàng)目配套裝置。

合成氨項(xiàng)目煤氣化裝置采用GE水煤漿加壓氣化技術(shù)，氣化爐規(guī)格為φ3 200×19 400 mm，2開(kāi)1備，氣化壓力為6.5 MPa，溫度為1 356 ℃。生產(chǎn)(CO+H2)氣體量為118 200 m3/h，以滿(mǎn)足40萬(wàn)t/a合成氨裝置所需的粗水煤氣。單臺(tái)氣化爐正常處理煤量約為1 000 t/d，最大處理量為1 350 t/d。

水煤漿氣化工藝是以純氧和水煤漿為原料，采用氣流床反應(yīng)器，在加壓非催化條件下進(jìn)行部分氧化反應(yīng)。在此高溫下化學(xué)反應(yīng)速率相對(duì)較快，而氣化過(guò)程速率由傳遞過(guò)程控制。

氣化采用的高溫反應(yīng)氣通過(guò)激冷環(huán)冷卻、文丘里洗滌，最后通過(guò)碳洗塔洗滌將反應(yīng)氣冷卻至243 ℃左右，送至下游變換裝置。

本裝置于2013年12月4日第一次投料試車(chē)。開(kāi)車(chē)運(yùn)行40 d后，氣化爐液位波動(dòng)較大，通過(guò)加大激冷水流量和降低碳洗塔的入口溫度后，裝置還能繼續(xù)運(yùn)行，但后期被迫減量倒?fàn)t。

針對(duì)多次出現(xiàn)的故障，對(duì)該裝置進(jìn)行多項(xiàng)技術(shù)改造，較好地穩(wěn)定了氣化爐的液位，運(yùn)行周期為兩個(gè)燒嘴周期(150 d)，生產(chǎn)運(yùn)行能夠按照計(jì)劃組織倒?fàn)t和檢修。

2 問(wèn)題分析及改善評(píng)估

2.1 氣化爐激冷水分布平衡管堵塞

2.1.1 現(xiàn)象及原因分析

2015年6月，氣化爐投料生產(chǎn)后不久，即出現(xiàn)4個(gè)托磚板溫度偏差大、氣化爐液位偏低、3個(gè)氣化爐液位計(jì)偏差大的現(xiàn)象，被迫降負(fù)荷生產(chǎn)，最終導(dǎo)致停車(chē)[1]。初步分析原因?yàn)闅饣癄t帶水。停車(chē)后檢查發(fā)現(xiàn)，每次都有2～3根激冷水分布平衡管發(fā)生堵塞。判斷根本原因?yàn)榧だ渌植计胶夤茉O(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致供水分布不均，造成激冷水偏流。

3臺(tái)氣化爐均出現(xiàn)以上現(xiàn)象。每臺(tái)氣化爐停車(chē)后，均要拆開(kāi)激冷水分布平衡管，利用高壓水槍進(jìn)行清洗后，再次投料。此問(wèn)題導(dǎo)致停車(chē)檢修時(shí)間延長(zhǎng)、任務(wù)加重、成本上升。

2.1.2 改善方式

激冷水分布平衡管是為了讓氣化爐激冷環(huán)的水分布較均勻。在激冷水入爐內(nèi)激冷環(huán)前，該裝置設(shè)計(jì)沿氣化爐爐外周?chē)O(shè)置了長(zhǎng)度為25.4 cm的激冷水分布平衡管，然后通過(guò)該平衡管上均勻分布的6根長(zhǎng)度為15.24 cm的支管將激冷水送入爐內(nèi)激冷環(huán)(見(jiàn)圖1)。經(jīng)分析，原始設(shè)計(jì)中，激冷水分布平衡管上的6根支管雖然是均勻分布的，但其上游和下游的支管激冷水進(jìn)水分布不平衡；因管道尺寸變化，使得激冷水流通面積變大，導(dǎo)致流速變慢，上游和下游激冷水阻力不同，引起激冷水中懸浮物更易沉積，故下游平衡管容易堵塞。

圖1 改造前，激冷水分布平衡管示意圖

經(jīng)討論，采取增設(shè)二次平衡管的方法，第一次將長(zhǎng)度為25.4 cm 激冷水管分為兩路長(zhǎng)度為20.32 cm激冷水管道進(jìn)入激冷水分布平衡管；第二次分配需將一根激冷水分布平衡管平均斷開(kāi)分為2段，端口以法蘭連接，每一根20.32 cm 激冷水管道對(duì)應(yīng)一段平衡管，從中間進(jìn)入，二次分配入爐激冷水(見(jiàn)圖2)。這樣既便于定期清理平衡管，又可避免平衡管下游激冷水流動(dòng)緩慢導(dǎo)致結(jié)垢、堵塞。

圖2 改造后，激冷水分布平衡管示意圖

2.1.3 效果評(píng)估

改造后，氣化爐液位控制在50%～60%，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)；平衡管結(jié)垢、堵塞問(wèn)題得到解決，有效降低了管道清洗成本。

2.2 激冷水過(guò)濾器堵塞

2.2.1 現(xiàn)象及原因分析

激冷水(黑水)過(guò)濾器的作用是為防止激冷環(huán)的環(huán)隙被激冷水中含有的固體顆粒堵塞，引起水噴淋不均勻或者激冷水量不足，從而造成激冷環(huán)和下降管損壞[2]。本裝置實(shí)際運(yùn)行中，氣化爐檢修后投料運(yùn)行20 d左右，因激冷水中灰渣在過(guò)濾器濾筐內(nèi)不斷累積，堵塞過(guò)濾器內(nèi)濾網(wǎng)，造成過(guò)濾器壓差上升和激冷水供水量減少[3]。由于激冷水為高溫高壓介質(zhì)，閥門(mén)沖蝕嚴(yán)重，易造成過(guò)濾器無(wú)法隔離，不能進(jìn)行過(guò)濾器倒換。激冷水與氣化爐運(yùn)行息息相關(guān)，一旦水量降至一定程度后系統(tǒng)將跳車(chē)，嚴(yán)重制約氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，有必要進(jìn)行改造。

2.2.2 改善方式

改造前，過(guò)濾器內(nèi)濾筐呈“U”型放置，將其改造成倒“U”型放置(見(jiàn)圖3)。改造后，濾筐積灰容積加大了3倍，并且可以通過(guò)底部排污口定期在線(xiàn)排灰。

(a) 改造前

(b) 改造后圖3 激冷水過(guò)濾器改造前后對(duì)比圖

2.2.3 效果評(píng)估

改造后，當(dāng)氣化爐運(yùn)行70～80 d時(shí)，激冷水過(guò)濾器壓差處于正常范圍，激冷水量穩(wěn)定，大大延長(zhǎng)了激冷水過(guò)濾器的運(yùn)行時(shí)間?？梢?jiàn)，此項(xiàng)改造效果顯著。

2.3 鎖斗泄壓閥故障率

2.3.1 現(xiàn)象及原因分析

鎖斗是氣化爐定時(shí)排渣的關(guān)鍵，本裝置鎖斗正常工作壓力為6.2 MPa以上，鎖斗排渣至渣池頻次為30 min/次，每次排渣前鎖斗內(nèi)6.2 MPa壓力需要泄壓后才能進(jìn)行排渣(防止高壓竄低壓)；泄壓閥后管線(xiàn)至氣化7樓的鎖斗沖洗水罐泄壓(見(jiàn)圖4中A實(shí)線(xiàn)管線(xiàn))，泄壓閥位于氣化3樓，泄壓時(shí)壓力由6.2 MPa瞬間降為0 MPa，由于泄壓閥后管線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)(約34 m)且有7個(gè)彎頭，所以泄壓時(shí)管線(xiàn)以及閥門(mén)振動(dòng)大。管線(xiàn)振動(dòng)導(dǎo)致的后果包括：泄壓閥易損壞使檢修周期變短、檢修成本增加；管線(xiàn)振動(dòng)大使管支架經(jīng)常性發(fā)生變形、斷裂，不利于安全生產(chǎn)。經(jīng)分析，鎖斗泄壓時(shí)管線(xiàn)振動(dòng)大的根本原因在于壓差大、泄壓閥后管線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)及彎頭多。

圖4 鎖斗泄壓閥后管線(xiàn)改造示意圖

2.3.2 改善方式

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)研討，泄壓閥后加管線(xiàn)至烘爐水封槽去渣池的管線(xiàn)(見(jiàn)圖4中B虛線(xiàn)管線(xiàn))，此段管線(xiàn)為低壓管，長(zhǎng)度約為8 m。當(dāng)渣池故障檢修時(shí)，此管線(xiàn)需要關(guān)閉，可重新切換至沖洗水罐泄壓。后期增加了盲板，更好地保障了檢修的安全。

2.3.3 效果評(píng)估

改造后，鎖斗實(shí)現(xiàn)了雙向泄壓，有效地緩沖了沖擊力，閥門(mén)的使用周期由原來(lái)的4個(gè)月變?yōu)?2個(gè)月以上。管支架損壞率降低，減少了檢修成本。

2.4 撈渣機(jī)故障

2.4.1 現(xiàn)象及原因分析

本煤氣化裝置撈渣機(jī)為GBL1.3X21系列型刮板撈渣機(jī)，主要用于氣化爐的機(jī)械排渣。撈渣機(jī)由電機(jī)帶動(dòng)，經(jīng)過(guò)減速器帶動(dòng)鏈條及刮板運(yùn)動(dòng)，把從氣化爐排下的渣刮出渣池。刮板撈渣機(jī)置于氣化爐底部，鎖斗排渣口與渣倉(cāng)系統(tǒng)連接，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)排渣和運(yùn)轉(zhuǎn)。

渣池中渣水具有腐蝕性，pH值為6.5～7.5，水中溶解了CO、CO2、H2S、NH3和氯離子、碳酸根離子；渣池中的粗渣含有腐蝕性及磨蝕性，因此撈渣機(jī)工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常發(fā)生刮板傾斜、鏈條過(guò)松或脫落、電機(jī)過(guò)載跳車(chē)等問(wèn)題。本裝置設(shè)計(jì)為1臺(tái)氣化爐對(duì)應(yīng)1臺(tái)撈渣機(jī)，一旦撈渣機(jī)發(fā)生故障，無(wú)法在線(xiàn)檢修，被迫氣化爐減量或者退氣處理，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。

2.4.2 改善方式

在原排渣管線(xiàn)盲板前位置，新增配排渣管道及盲板，并通過(guò)聯(lián)通管道將新增的3條排渣管道聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)3套撈渣機(jī)互相切換(見(jiàn)圖5)。

圖5 撈渣機(jī)互備施工圖

2.4.3 效果評(píng)估

改造后，當(dāng)撈渣機(jī)故障時(shí)，均可順利切換至其他撈渣機(jī)，未再出現(xiàn)過(guò)因撈渣機(jī)故障而減負(fù)荷或退氣停產(chǎn)的情況，為穩(wěn)定生產(chǎn)贏取了時(shí)間。

2.5 上升管和下降管之間積灰

2.5.1 現(xiàn)象和原因分析

由于原料煤批次更換頻繁，運(yùn)行中后期液位突然偏高，氣化爐帶水比較嚴(yán)重，被迫減量倒?fàn)t。停車(chē)后發(fā)現(xiàn)上升管和下降管之間積灰嚴(yán)重。由于熱負(fù)荷較高，通過(guò)擴(kuò)大上升管和下降管之間的間隙來(lái)進(jìn)行優(yōu)化[4]。

2.5.2 改善方式

原設(shè)計(jì)的上升管內(nèi)徑為1 257.3 mm，底部改善成為鐘罩式結(jié)構(gòu)，下部上升管1 500 mm高度的部分直徑擴(kuò)大為1 500 mm。這樣上升管和下降管之間的截面直徑擴(kuò)大了242.7 mm，激冷室的熱負(fù)荷明顯下降。

2.5.3 效果評(píng)估

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化后，較好地實(shí)現(xiàn)了固液分離，降低了氣化爐的熱負(fù)荷，增加了操作彈性，穩(wěn)定了氣化爐液位，裝置運(yùn)行平穩(wěn)。

3 結(jié)語(yǔ)

煤氣化裝置在生產(chǎn)運(yùn)行中暴露出各種各樣的問(wèn)題，而這些問(wèn)題也是同行業(yè)中經(jīng)常遇到的。通過(guò)以上優(yōu)化，較好地解決氣化爐液位穩(wěn)定問(wèn)題，保障了裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。