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        100萬t/a甲醇裝置蒸汽加熱爐介紹及開車運行總結(jié)

        2022-11-30 09:48:36楊列省王明蘭
        氮肥與合成氣 2022年11期
        關(guān)鍵詞:長明燈爐管加熱爐

        楊列省,王 輝,王明蘭

        (聯(lián)泓(山東)化學(xué)有限公司,山東滕州 277500)

        聯(lián)泓(山東)化學(xué)有限公司是以對置式四噴嘴水煤漿加壓氣化生產(chǎn)的水煤氣為原料,經(jīng)變換轉(zhuǎn)換、低溫甲醇洗洗滌、凈化后進入合成系統(tǒng),在合成系統(tǒng)生產(chǎn)出粗甲醇后送入精餾系統(tǒng),在精餾系統(tǒng)可選擇性生產(chǎn)國標級和MTO級精甲醇。

        為提高產(chǎn)能、降低消耗,公司于2016年進行擴能改造項目,建設(shè)三期25 000 m3/h空分項目,并于2017年順利產(chǎn)出合格氧、氮產(chǎn)品。KDON-25000型空分裝置由中國杭汽股份有限公司設(shè)計制造,機組采用2.5 MPa中壓過熱蒸汽,在鍋爐蒸汽緊張的情況下,利用加熱爐將合成副產(chǎn)的2.5 MPa飽和蒸汽加熱為過熱蒸汽供三期空分使用。在實際運行中,加熱爐出現(xiàn)開車點火困難、真空度波動大、暖管效果差等問題。針對這些問題,對部分位置進行優(yōu)化改造。

        1 加熱爐流程

        2015年,公司在原甲醇合成的基礎(chǔ)上進行技術(shù)改造,以實現(xiàn)年產(chǎn)100萬t/a甲醇的目標。2016年,對項目進行了投資建設(shè),合成Ⅱ系統(tǒng)新增加1臺蒸汽過熱爐,利用氫回收系統(tǒng)的尾氣對合成Ⅱ系統(tǒng)副產(chǎn)的部分蒸汽進行過熱并送蒸汽管網(wǎng)。2017年擴能改造完成,2018年1月加負荷運行,實現(xiàn)達產(chǎn)達標。加熱爐工藝流程見圖1。

        圖1 加熱爐工藝流程工藝流程

        1.1 蒸汽流程

        合成Ⅱ系統(tǒng)汽包(VII5101A/B)出口蒸汽經(jīng)蒸汽自調(diào)閥(PV5104BA)調(diào)整汽包壓力后分成兩路,一路經(jīng)蒸汽切斷閥(HV5111B)去變換工段進行過熱,一路經(jīng)加熱爐蒸汽調(diào)節(jié)閥(FV5111B)去蒸汽過熱爐。為防止兩路蒸汽調(diào)整不好造成壓力波動,在HV5111B、FV5111B前設(shè)置了蒸汽放空閥(PV5130B)放空到消音器(XII5104)。飽和蒸汽經(jīng)FV5111B調(diào)整流量后,再經(jīng)過熱爐蒸汽入口切斷閥(XV5176B)進入蒸汽過熱爐對流段,初步加熱后進入輻射段,輻射段管壁溫度(TI5145A—D、E—H)控制在462 ℃以下,蒸汽經(jīng)加熱爐提溫蒸汽出口溫度(TI5143B)達到360 ℃以下后經(jīng)加熱爐過熱蒸汽出口閥(XV5174B)送往過熱蒸汽管網(wǎng)。過熱爐蒸汽進口閥(XV5176B)后經(jīng)0.3 MPa蒸汽閥(XV5177B)引入0.3 MPa蒸汽,用以預(yù)熱蒸汽過熱爐;出口閥(XV5174B)閥前設(shè)有蒸汽放空閥(XV5173B),放空到XII5104。

        1.2 燃料氣流程

        來自燃料氣管網(wǎng)的燃料氣通過自力式調(diào)節(jié)閥燃料氣總閥(PCV5110B)、燃料氣放空閥(PCV5142B)補充新鮮氣后,通過燃料氣放空閥(PV5142B)控制壓力在0.4 MPa以下,然后再分成兩路。一路經(jīng)過主燃料氣調(diào)節(jié)閥(PV5143B)減壓后控制主火管線壓力(PT5143B)為0.15 MPa以下,通過主燃料氣快切閥(XV5142B)、主燃料氣快切閥(XV5143B)后分四路進入4個主燃燒器ABCD;另一路經(jīng)過長明燈燃料氣調(diào)節(jié)閥(PV5145B)減壓后控制長明燈管線壓力(PT5145B)達0.15 MPa,通過長明燈快切閥(XV5148B和XV5150B)后分4路進入4個主燃燒器ABCD;兩路燃料氣管線上設(shè)有快速放空閥門(XV5144B和XV5149B),以保證安全使用。

        1.3 空氣流程

        空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(CII5106)提升壓力,通過鼓風(fēng)機出口閥(HV5142B)壓力達到1.2 kPa進入過熱爐上部預(yù)熱段,進行空氣預(yù)熱,空氣預(yù)熱器管壁溫度在250 ℃左右,空氣被預(yù)熱后進入燃燒器配風(fēng)。燃料氣燃燒后出口氧質(zhì)量分數(shù)為3%,對流段底部壓力(PI5148B)經(jīng)煙道自調(diào)閥(PV5148B)控制在-50~-100 Pa。

        為保證系統(tǒng)安全,界區(qū)引入0.3 MPa蒸汽,作為消防蒸汽通入加熱爐爐底,部分用于儀表伴熱。低壓氮氣通入燃料氣管線和精餾不凝氣管線,用于置換管線。界區(qū)內(nèi)所有燃料氣在放空和安全閥排放口處被收集后進入火炬管網(wǎng)??諝饬鞒讨饕O(shè)備參數(shù)見表1。

        表1 不同工況下的設(shè)計運行參數(shù)

        蒸汽加熱爐(FⅡ5101)的自控控制采用BMS系統(tǒng)與DCS操作系統(tǒng)、安全聯(lián)鎖儀表系統(tǒng)SIS相結(jié)合的方式。BMS系統(tǒng)主要作用是現(xiàn)場啟動點火和點長明燈;現(xiàn)場啟動主火分支閥門(XV5146BA~D)。DCS系統(tǒng)主要作用是顯示FⅡ5101系統(tǒng)壓力、溫度、流量等工藝參數(shù),系統(tǒng)控制和報警;燃燒器的運行狀態(tài)顯示;風(fēng)機運行狀態(tài)及遠程啟停。SIS系統(tǒng)主要作用是控制現(xiàn)場氣動開關(guān)閥,啟動停止加熱爐[1]。

        FⅡ5101共有4臺燃燒器,每臺燃燒器上有兩套火檢。BMS放置在現(xiàn)場,同時面板上設(shè)有16個按鈕,控制4個點火器的啟停、4個主火的啟停、1個尾氣的啟停。

        2 開車前的準備工作

        2.1 開車前的吹掃步驟

        加熱爐開車前需吹掃2.5 MPa蒸汽進出口管線及暖管蒸汽管線,保證加熱爐、蒸汽管道內(nèi)部的清潔,保證外送2.5 MPa過熱蒸汽的品質(zhì)[2]。

        2.1.1 主要操作步驟

        暖管前檢查加熱爐方向的各蒸汽閥門狀態(tài)。蒸汽加熱爐飽和蒸汽調(diào)節(jié)閥(FV5111B)前后截止閥打開旁路關(guān)閉,F(xiàn)V5111B閥門關(guān)閉,飽和蒸汽進口切斷閥(XV5176)打開;加熱爐過熱蒸汽出口切斷閥(XV5174)關(guān)閉,切斷閥后的手閥關(guān)閉;加熱爐出口放空閥(XV5173B)全開。

        蒸汽吹掃前必須充分暖管,防止發(fā)生水擊現(xiàn)象,注意做好疏水。過程中要做好管線檢查,多巡檢管線情況,并做好溫度檢測。前后溫差不可過大,溫度升至100 ℃前,尤其要控制好暖管速率。暖管期間,要有專人負責(zé),保證暖管安全,尤其是第一次暖管時。

        開始暖管時,應(yīng)及時通知調(diào)度,先把飽和蒸汽切斷閥(XV5176B)打開,再打開FV5111B的前后截止閥,根據(jù)暖管溫度壓力變化開FV5111B。升溫吹掃過程中,通過FV5111B開度來控制吹掃升溫速率及吹掃蒸汽用量。對比外送蒸汽量(FT5102B)和去加熱爐蒸汽量(FT5144B),避免FT5144B波動較大,減少對變換的影響。去加熱爐的蒸汽量無論增減都需提前聯(lián)系調(diào)度后調(diào)節(jié)。

        2.1.2 溫度控制原則

        暖管升溫速率≤10 K/h,升壓速率為0.1~0.3 MPa/min。管道吹掃時,蒸汽壓力低于工作壓力(2.5 MPa)。暖管結(jié)束后,吹掃壓力緩慢升至0.5 MPa,壓力維持2 h后緩慢升壓至1.0 MPa,壓力維持2 h,再繼續(xù)緩慢升至1.5 MPa,壓力穩(wěn)定2 h。吹掃過程中吹掃蒸汽流速不應(yīng)低于30 m/s。自然降溫后,用鐵錘輕敲管道,讓管道內(nèi)壁上的鐵銹等雜質(zhì)脫落。

        按照以上方法暖管、升溫升壓、吹掃,如此重復(fù)多次,直至靶板檢驗合格。在吹掃過程中,各部位觀測操作的人員要認真巡視管道的工作狀況,記錄管道滑動支架熱位移的尺寸,重點檢查固定支架是否牢固,導(dǎo)向支架、滑動支架是否能自由位移滑動。發(fā)現(xiàn)問題時,應(yīng)立即向指揮人員報告。

        2.1.3 吹掃合格標準

        吹掃質(zhì)量標準執(zhí)行GB 50235—2010《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》中的規(guī)定:“靶片上痕跡大小在0.6 mm以下,痕深小于0.5 mm,粒數(shù)為1個/cm2,吹掃時間為15 min(連續(xù)兩次皆合格)?!惫餐瑱z驗鋁板靶片,合格后在吹掃記錄表上簽字,吹掃工作結(jié)束。

        2.1.4 安全注意事項

        吹掃結(jié)束后緩慢關(guān)閉FV5111B,直至完全關(guān)閉,做好管道疏水工作,并關(guān)閉其前后截止閥。在拆除靶板時,應(yīng)將吹掃蒸汽臨時手動閥門關(guān)嚴,同時掛上禁止工作牌,以免誤操作傷人。吹管期間,有關(guān)部位要劃定禁區(qū),無關(guān)人員不得進入,尤其是不加保溫的管道及其排汽口,要注意防止燙傷。排汽口前方應(yīng)標明足夠范圍的禁區(qū),并樹立明顯標記,排汽口不得正對建筑物,并派專人監(jiān)視,與控制室保持密切聯(lián)系。作業(yè)人員工作時,應(yīng)使用隔熱手套和適合的工具,防止燙傷。作業(yè)人員嚴格穿戴勞保用品,登高作業(yè)要系好安全帶。

        3 開車過程中遇到的問題及優(yōu)化改造

        3.1 蒸汽暖管優(yōu)化

        在FⅡ5101點火之前需要對蒸汽進出口管線進行暖管。加熱爐進口蒸汽閥門后原設(shè)計有一條0.3 MPa蒸汽管線對管線進行升溫,蒸汽品質(zhì)約為139 ℃。但在實際使用過程中,由于管道較長,熱損失增加,同時加熱爐內(nèi)蒸汽盤管布局有低點,冬天爐內(nèi)盤管存有冷凝水積存,會產(chǎn)生管線液擊現(xiàn)象。為避免這一現(xiàn)象,將暖管熱源由0.3 MPa蒸汽改為1.27 MPa蒸汽,提高預(yù)熱蒸汽溫度。

        3.2 開車點火優(yōu)化

        由于FⅡ5101為首次點火開車,點火操作需要摸索進行。為保證點火過程安全,可采用多次數(shù)、多吹掃小閥位的方式,控制室內(nèi)操和現(xiàn)場外操緊密配合,不能單純依靠控制室火檢信號顯示,同時也要進行現(xiàn)場觀察,防止出現(xiàn)假信號。

        首先,在長明燈點火操作前,一定要控制好加熱爐爐內(nèi)負壓,通過控制加熱爐頂部PV5148的蝶閥開度來調(diào)節(jié)爐內(nèi)負壓為-50 Pa左右。爐內(nèi)負壓過低,爐內(nèi)空氣從底部向上流速過快,在點火時容易吹滅長明燈。

        其次,現(xiàn)場人員按下長明燈點火按鈕后,另外一人聽到爐內(nèi)有“啪啪啪”的電擊打火聲音后,將相應(yīng)的長明燈燃料氣球閥打開至總開度的1/3~1/2。開度過小,即使點著也容易被風(fēng)吹滅;開度過大,不容易點著?,F(xiàn)場每點火成功1個長明燈,PV5145B閥后壓力會迅速降低,此時等待自調(diào)閥調(diào)節(jié)完畢,閥后壓力恢復(fù)并穩(wěn)定后,再對角開啟下一個長明燈,以此類推。防止自調(diào)閥跟蹤不及時,導(dǎo)致PV5145B閥后燃料氣供氣不足,已經(jīng)點火成功的長明燈熄滅[3]。

        3.3 燃料氣管網(wǎng)優(yōu)化

        加熱爐配燒燃料氣原設(shè)計采用合成新鮮氣或天然氣。采用天然氣需利用廠外天然氣公司配置管線,管道長、投資大、不經(jīng)濟。采用合成新鮮氣配燒,管線較短,但需通過減壓閥調(diào)整高壓管線至低壓。此方法仍然缺乏經(jīng)濟性,故未采用。根據(jù)合成裝置的特點,采用華東理工大學(xué)開發(fā)的“管殼外冷絕熱復(fù)合式固定床催化反應(yīng)器”,操作壓力為4.5~5.3 MPa,合成溫度為220~260 ℃。合成反應(yīng)需要釋放部分弛放氣,維持合成反應(yīng)壓力,弛放氣進入氫回收后回收大部分CO、H2等有效氣體,以及大部分CO2、CH4、N2非滲透氣進入火炬管網(wǎng)燃燒放空。根據(jù)氣體組分及熱量計算,將此部分氣體并入燃料氣管網(wǎng)配燒是完全可行的。為提高燃料氣整體熱值,將合成膨脹槽產(chǎn)生的部分膨脹氣通過控制閥送入燃料氣管網(wǎng)。通過燃料氣管網(wǎng)的優(yōu)化,回收利用有效氣體,提升了經(jīng)濟效益。燃料氣管網(wǎng)氣體組分見表2。

        表2 燃料氣管網(wǎng)氣體摩爾分數(shù) %

        3.4 停車保護優(yōu)化

        合成加熱爐停車后,蒸汽管線內(nèi)會在彎頭或低點處形成積水,開車時暖管易造成液擊現(xiàn)象,影響生產(chǎn)安全。長時間累積,以及空氣、死氣匯集,會加快設(shè)備腐蝕,影響設(shè)備使用壽命。采用膠皮管臨時管充氮氣,會發(fā)生漏氣或崩開現(xiàn)象,造成人員窒息。所以配一路氮氣引至加熱爐飽和蒸汽管線上吹掃管線內(nèi)積水,并進行氮氣氣封保護。

        改造后效果如下:

        (1)管線內(nèi)積水吹掃徹底后,降低了開車時暖管難度,也避免了液擊現(xiàn)象的發(fā)生。

        (2)采用氮氣氣封后,既防止積水,也防止空氣及死氣累積,減緩腐蝕,延長設(shè)備使用壽命。

        (3)采用固定管,保障氮氣使用安全,避免人員傷害。

        4 操作中的注意事項

        4.1 火嘴燃燒的控制

        加熱爐事故大多數(shù)是因燃燒控制不當(dāng)引起的,必須加強維護和管理。要求火焰形狀穩(wěn)定,火焰不應(yīng)觸及任何管壁,燃燒處的燃料壓力和溫度應(yīng)適當(dāng),爐內(nèi)所有的火嘴應(yīng)燃燒均勻,應(yīng)通過風(fēng)門、擋板調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)目諝饬縼肀3肿罴训娜紵隣顟B(tài)。如果過??諝庀禂?shù)過大,熱效率就會降低,風(fēng)量過大,火焰容易熄滅。如果過??諝庀禂?shù)太小,則燃燒不完全,CO未燃燒完就會存在加熱爐和煙氣總管發(fā)生二次燃燒的危險[4]。

        4.2 火焰的辨別及調(diào)節(jié)

        跳動且明亮的綠色火焰,代表燃燒良好;拉長的綠色火焰一般代表空氣過量;光亮發(fā)飄的火焰一般代表空氣不足。火焰熄滅一般是抽力過大、負壓太大造成,可適當(dāng)調(diào)整負壓;火嘴堵塞也可造成熄滅,應(yīng)卸下進行清理。如果發(fā)生回火,一般是抽力不足,應(yīng)增加負壓;空氣量不足,也會造成回火,應(yīng)適當(dāng)增加空氣量;燃料氣壓力大幅度波動,燃料氣帶液等也會引起回火。

        4.3 爐膛壓力的控制

        爐膛壓力應(yīng)始終保持負壓。造成爐膛壓力高的原因主要有過??諝饬刻?、煙道擋板開度不夠、對流室積垢嚴重等。

        4.4 爐管表面溫度控制

        爐管壁溫是衡量爐管表面受熱強度的重要參數(shù)。對于定型爐管來說,壁溫超高,意味著爐管使用壽命的縮短,也容易導(dǎo)致管內(nèi)油品結(jié)焦,使爐管壓降增加,甚至燒壞爐管。爐管表面溫度通過爐管表面熱電偶的測量進行檢查。

        5 結(jié)語

        蒸汽加熱爐的投用,為汽輪機驅(qū)動源提供了有效保障,減少了鍋爐高壓蒸汽的浪費,同時回收利用有效氣體,對公司節(jié)能、降耗、減排均有明顯積極作用。

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