王子修

(河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工有限公司，河南 鶴壁 458000)

0 引 言

河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工有限公司(簡稱鶴壁煤化)600 kt/a甲醇項(xiàng)目氣化裝置采用殼牌粉煤加壓氣化工藝(SCGP)，設(shè)置1臺Shell氣化爐，設(shè)計(jì)投煤量2 850 t/d，配套65 000 m3/h(制氧量)空分裝置。氣化裝置簡要工藝流程為，原料煤經(jīng)磨煤單元磨制成粒徑、水分合格的煤粉進(jìn)入氣化爐內(nèi)反應(yīng)生成粗合成氣，粗合成氣經(jīng)干法除灰、濕洗單元洗滌后送往變換系統(tǒng)，爐渣、飛灰經(jīng)除渣、飛灰脫除單元后裝車送走，產(chǎn)生的廢水經(jīng)初步水處理后大部分循環(huán)利用，少部分送污水處理站深度處理。其中，干煤粉加壓輸送系統(tǒng)主要工藝流程為，來自制粉單元的煤粉先進(jìn)入常壓煤粉貯倉，后進(jìn)入變壓煤粉貯倉粉煤鎖斗，經(jīng)加壓后送入煤粉給料倉(開車初期載氣為氮?dú)?，二氧化碳壓縮機(jī)啟用后，載氣切換為二氧化碳)，粉煤鎖斗和煤粉給料倉的排放氣進(jìn)入煤粉倉裝料袋濾器，收集的煤粉向下排入煤粉貯倉。

鶴壁煤化甲醇裝置經(jīng)過不斷的運(yùn)行總結(jié)與改造，2016年6月2日實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)(日產(chǎn)甲醇1 800 t)，之后通過充分挖掘甲醇裝置的潛能，逐漸增產(chǎn)至1 900 t/d，其后通過產(chǎn)能提升改造，甲醇產(chǎn)量突破2 200 t/d。在實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的過程中，干煤粉加壓輸送系統(tǒng)出現(xiàn)了一系列的問題，如堵料導(dǎo)致跳燒嘴事故、鎖斗泄壓閥故障導(dǎo)致停2個(gè)燒嘴(鶴壁煤化Shell氣化爐設(shè)2組共4個(gè)對噴式燒嘴，緊急情況下可短時(shí)間停運(yùn)1組燒嘴)、煤粉給料倉內(nèi)件磨損等，后經(jīng)過不斷地總結(jié)、研究及優(yōu)化，干煤粉加壓輸送系統(tǒng)的性能得到了較大提升，保障了氣化裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。以下對有關(guān)情況作一總結(jié)。

1 煤粉倉裝料袋濾器的優(yōu)化改進(jìn)

煤粉倉裝料袋濾器(S1201A/B)通過帶有反吹(反吹氣為0.3 MPa氮?dú)?的濾袋(V1201/V1204/V1205)收集放空氣攜帶的煤粉，收集到的煤粉通過其底錐下面不間斷運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)給料閥及螺旋輸送機(jī)送往常壓煤粉貯倉，過濾后的放空氣(主要成分為氮?dú)饣蚨趸?通過煤粉倉裝料袋濾器頂部放空口排入大氣，粉塵收集系統(tǒng)間歇運(yùn)行。

1.1 煤粉倉裝料袋濾器濾袋漏粉問題及改進(jìn)

煤粉倉裝料袋濾器濾袋漏粉(使用壽命短)是干煤粉加壓輸送系統(tǒng)的一個(gè)主要問題。鶴壁煤化氣化裝置長時(shí)間運(yùn)行后，煤粉倉裝料袋濾器濾袋會(huì)發(fā)生破損漏粉，直接造成放空口排放氣帶粉，出現(xiàn)黑煙現(xiàn)象，在環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻的背景下，影響極其惡劣；如果泄漏時(shí)間長，濾袋內(nèi)積存的煤粉過多，會(huì)導(dǎo)致濾袋脫落，此種情況下需要?dú)饣癄t降負(fù)荷進(jìn)行在線處理，處理過程耗時(shí)較長且危險(xiǎn)性大。

通過對漏粉的濾袋及現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)主要問題為，袋口位置出現(xiàn)磨損，濾袋粘貼在龍骨上，袋底上方20 cm處出現(xiàn)磨損，龍骨存在腐蝕磨損問題。針對這些問題，經(jīng)研究并與濾袋廠家進(jìn)行交流，對濾袋質(zhì)量進(jìn)行提升，在口部位置增設(shè)百葉窗對袋口進(jìn)行保護(hù)，對龍骨進(jìn)行重新設(shè)計(jì)并更換為不銹鋼材質(zhì)。2018年9月本項(xiàng)技改完成后，濾袋損耗明顯減輕，龍骨銹蝕問題得到徹底解決。

1.2 煤粉倉裝料袋濾器反吹管脫落問題及改進(jìn)

原始設(shè)計(jì)中，煤粉倉裝料袋濾器的反吹管一端直接與反吹箱體的分布管相連(承插式連接)，另一端反吹管上的固定鐵片與槽鋼用螺絲相連，但槽鋼與箱體壁間隙較大，且中間焊的支撐較少，系統(tǒng)長時(shí)間運(yùn)行后，每次檢修均發(fā)現(xiàn)反吹管有脫落現(xiàn)象，起不到良好的反吹作用,缺乏反吹的濾袋長時(shí)間粘粉后煤粉很容易脫落而釀成事故。經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)主要問題是槽鋼與箱體壁固定不牢，反吹管吹掃時(shí)的反作用力作用在相連的槽鋼上，固定不牢的槽鋼發(fā)生形變且來回晃動(dòng)，導(dǎo)致反吹管承插式連接一側(cè)脫落；此外，反吹管固定方式不佳也易導(dǎo)致脫落。

鶴壁煤化氣化分廠結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，利用檢修機(jī)會(huì)對槽鋼與箱體壁固定部位進(jìn)行加固，同時(shí)改進(jìn)反吹管固定方式——在反吹管與反吹分布管連接處分別焊1根螺栓，反吹管與總管對接好后，再加1個(gè)金屬連接片，并用螺母+彈性墊片擰緊。2018年10月本項(xiàng)技改完成后，再未出現(xiàn)過反吹管脫落的現(xiàn)象。

1.3 煤粉倉裝料袋濾器放空口進(jìn)水問題及解決

鶴壁煤化氣化裝置位于海拔較高山區(qū)的半山腰，同時(shí)煤粉倉裝料袋濾器(S1201)放空口位置較高，大概在地面以上120 m處，放空口的上面及周圍沒有遮擋物，在粉煤鎖斗及煤粉給料倉放空時(shí)有大量氣體流出，其他時(shí)間則幾乎沒有正壓氣體流出，當(dāng)夏天雷暴大風(fēng)天氣時(shí)，水汽很容易通過放空口進(jìn)入S1201，造成S1201濾袋通透性變差、壓差報(bào)警，影響煤粉加壓輸送單元的正常下料。

經(jīng)研究，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，鶴壁煤化氣化分廠在S1201A/B放空口上下左右位置增設(shè)了擋板，迫使放空口方向向下偏，以防雨水通過放空口進(jìn)入而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。2018年11月本項(xiàng)技改完成后，從系統(tǒng)運(yùn)行情況來看，主控室再也沒有出現(xiàn)過S1201A/B壓差報(bào)警，表明雨水不再進(jìn)入放空口，保證了濾袋的通透性良好。

1.4 煤粉倉裝料袋濾器底錐堵料問題及改進(jìn)

煤粉倉裝料袋濾器(S1201)作為氣化爐磨煤單元重要的泄壓設(shè)備，其穩(wěn)定運(yùn)行對于氣化爐的長周期運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。若S1201內(nèi)煤粉架橋或底錐煤粉板結(jié)，會(huì)導(dǎo)致煤粉無法進(jìn)入濾袋(V1201)，S1201料位越來越高，不得不打開S1201底部捅煤閥或底錐法蘭處理，如此一來會(huì)有大量煤粉流出，且煤粉很細(xì)溫度又高，存在很大的安全環(huán)保隱患。河南龍宇煤化工有限公司Shell氣化裝置運(yùn)行中曾多次發(fā)生S1201底錐堵料的情況，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行[1]。

通過研究及現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)S1201底錐的空氣炮出口位置較高，在底錐積料時(shí)，空氣炮瞬時(shí)噴出的氮?dú)怆y以到達(dá)底部，不能起到良好的疏通效果。2018年11月利用檢修機(jī)會(huì)，鶴壁煤化氣化分廠對S1201底錐的空氣炮氮?dú)夤芫€進(jìn)行改造——向下延伸40 cm，如此一來，可保證氮?dú)饽軌虼档絊1201底錐最底部，有效減少底錐煤粉板結(jié)，減少因檢修造成的煤粉外漏，保障系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 煤粉貯倉的優(yōu)化改進(jìn)

2.1 煤粉貯倉悶燃問題及改進(jìn)

氣化裝置常壓煤粉貯倉(V1201)在非計(jì)劃停車狀態(tài)下有時(shí)會(huì)存有大量煤粉，在長時(shí)間無氮?dú)獗Ｗo(hù)的情況下極易發(fā)生悶燃現(xiàn)象。鶴壁煤化氣化分廠于2016年11月在V1201底錐增設(shè)一路臨時(shí)氮?dú)?，用于停車后對煤粉貯倉進(jìn)行氮?dú)獗Ｗo(hù)——臨時(shí)氮?dú)夥譃榻鐓^(qū)外0.4 MPa低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)氣源和界區(qū)外6.1 MPa液氮泵管網(wǎng)氣源，分別設(shè)有雙截止閥，閥后共用1根管線，據(jù)界區(qū)外管網(wǎng)情況選擇使用不同的氣源；煤粉貯倉為低壓設(shè)備，去其底錐的臨時(shí)管線上設(shè)有限流孔板，用來保護(hù)底錐內(nèi)件。經(jīng)過幾次使用后，在無6.1 MPa氮?dú)舛x擇使用0.4 MPa氮?dú)庾鳛闅庠磿r(shí)，受限流孔板的影響，氮?dú)鈿饬坎蛔?，V1201溫度上漲明顯，不能有效地對V1201內(nèi)煤粉進(jìn)行惰性保護(hù)。

針對上述情況，2020年4月鶴壁煤化在V1201臨時(shí)氮?dú)夤芫€限流孔板處增設(shè)旁路，在非計(jì)劃停車狀態(tài)下，使用雙管線控制氮?dú)饬髁浚寒?dāng)氣源為6.1 MPa氮?dú)鈺r(shí)，使用有限流孔板的一路；當(dāng)氣源為0.4 MPa氮?dú)鈺r(shí)，使用無限流孔板的一路。實(shí)際使用情況表明，在非計(jì)劃停車狀態(tài)下，雙管線氮?dú)饬髁靠刂颇軌蛴行ПＷC常壓煤粉貯倉的安全。

2.2 煤粉貯倉防爆板起爆問題及解決

煤粉貯倉作為常壓儲(chǔ)罐，防爆板設(shè)計(jì)壓力為40 kPa，正常運(yùn)行期間出現(xiàn)過防爆板爆破的問題。事后經(jīng)分析與研究，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致防爆板爆破的原因主要有：煤粉含水量偏高，使得防爆板使用時(shí)間較長后邊緣存在腐蝕現(xiàn)象，腐蝕后的防爆板起爆壓力降低；煤粉貯倉至煤粉倉裝料袋濾器平衡管線存在局部堵塞，過氣不暢而存在憋壓；實(shí)驗(yàn)測得煤粉貯倉內(nèi)煤粉密度約550～700 kg/m3，明顯低于理論值，主控的料位是依據(jù)煤粉重量控制的，導(dǎo)致實(shí)際控制的料位偏高，在粉煤鎖斗泄壓時(shí)，大量氣體不能及時(shí)排出，導(dǎo)致超壓；底錐流化氮?dú)饪装迥p，氣量變大，儀表導(dǎo)壓管堵塞等問題導(dǎo)致壓力儀表示數(shù)失準(zhǔn)，均會(huì)造成鎖斗泄壓時(shí)煤粉貯倉超壓。

為解決防爆板起爆壓力低的問題，鶴壁煤化氣化分廠要求及時(shí)檢查防爆板的使用情況，并利用檢修機(jī)會(huì)每年更換1次；每次檢修時(shí)需檢查氮?dú)饪装?，有問題則及時(shí)更換，并聯(lián)系儀表人員及時(shí)疏通導(dǎo)壓管，確保儀表工作正常；原料煤煤種不同，磨制而得的煤粉密度有差別，平時(shí)多檢測煤粉的密度，及時(shí)依據(jù)煤粉密度確定合適的煤粉貯倉煤粉重量控制范圍，以控制煤粉貯倉料位在適宜范圍。

3 粉煤鎖斗的優(yōu)化改進(jìn)

粉煤鎖斗是一種變壓設(shè)備，其作用是將常壓的煤粉加壓至正常操作壓力再輸送到煤粉給料倉。經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行后，粉煤鎖斗出現(xiàn)過笛管磨損、脫落、斷裂以及鎖斗閥內(nèi)漏、卡澀等問題，嚴(yán)重影響氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致需要停掉2個(gè)燒嘴進(jìn)行處理。

笛管為粉煤鎖斗充壓的主要管線，氮?dú)饬髁窟_(dá)3 000 m3/h，在大流量氣流的沖刷及振動(dòng)下，笛管會(huì)出現(xiàn)磨損斷裂等問題[2]。為此，對粉煤鎖斗充壓笛管進(jìn)行改造，由一體式改為分段式，兩頭用卡子進(jìn)行固定，中間用方法蘭進(jìn)行固定、連接，固定點(diǎn)直接用滿焊的方式予以固定，每次檢修均進(jìn)行檢查消缺。2015年7月本項(xiàng)改造完成后，再未出現(xiàn)過笛管脫落的情況，每次檢修只需對磨損部位進(jìn)行補(bǔ)焊即可。

鎖斗閥內(nèi)漏是Shell氣化裝置的共性問題。粉煤鎖斗泄壓設(shè)計(jì)上分為三路三次泄壓，前兩次泄壓將壓力泄至低壓，最后一次泄至常壓，正常生產(chǎn)時(shí)1 h進(jìn)行1次泄壓操作。由于泄壓氣體中帶有煤粉，在煤粉的沖刷及經(jīng)常性開關(guān)操作下，前兩路泄壓鎖斗閥經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)漏的情況，內(nèi)漏量大時(shí)會(huì)導(dǎo)致粉煤鎖斗充壓困難，嚴(yán)重影響程序的正常運(yùn)行。為此，2018年11月利用氣化裝置停車檢修機(jī)會(huì)，對粉煤鎖斗前兩次泄壓進(jìn)行合并，泄壓全程改為兩次——對前兩路泄壓管線進(jìn)行改造，孔板改為同樣大小，在每一路鎖斗閥前增設(shè)1個(gè)現(xiàn)場閥，兩路互為備用，即在一路鎖斗閥出現(xiàn)內(nèi)漏等問題時(shí)，可以交付檢修，由另一路進(jìn)行泄壓，此舉雖會(huì)使泄壓時(shí)間延長4 min左右，但不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，并徹底解決了鎖斗閥出現(xiàn)問題時(shí)需降負(fù)荷運(yùn)行乃至停用該系列對應(yīng)2個(gè)燒嘴的問題。

對于鎖斗閥卡澀問題，經(jīng)分析，其原因在于：鎖斗閥伴熱效果達(dá)不到要求，鎖斗閥本體與閥球膨脹系數(shù)相差太大，尤其是冬季；鎖斗閥本體吹掃長時(shí)間不開，有異物卡澀；鎖斗閥所在管線振動(dòng)大，導(dǎo)致閥門受損。因此，冬季要及時(shí)排查閥門的伴熱情況，確保伴熱達(dá)標(biāo)；儀表人員需定期打開吹掃閥對鎖斗閥閥體進(jìn)行吹掃，確保無異物卡澀；對鎖斗閥所在管線支撐加強(qiáng)固定，減少管線振動(dòng)，同時(shí)在鎖斗閥檢修下線時(shí)做好固定，防止錯(cuò)位。

4 煤粉給料倉的優(yōu)化改進(jìn)

煤粉給料倉(V1205)是給煤燒嘴穩(wěn)定供料的高壓設(shè)備，正常情況下，V1205內(nèi)部的導(dǎo)向梭將從罐頂部下來的煤粉均勻地分散到2個(gè)錐體內(nèi)，而導(dǎo)向梭與罐體之間的空間是充滿氮?dú)獾模ㄟ^平衡管與罐頂部連通，用于平衡導(dǎo)向梭內(nèi)外的壓力。但由于煤粉沖刷等，V1205長時(shí)間運(yùn)行后逐漸出現(xiàn)了破損，導(dǎo)致錐部內(nèi)側(cè)以及導(dǎo)向梭開裂。鶴壁煤化在一次檢修時(shí)，利用1周時(shí)間把導(dǎo)向梭體底部的煤粉清理干凈，之后對破損、開裂的部位進(jìn)行了補(bǔ)焊，但經(jīng)過1個(gè)運(yùn)行周期后，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)焊的地方又出現(xiàn)開裂、脫落，有明顯的沖刷磨損痕跡。經(jīng)與業(yè)內(nèi)多家企業(yè)檢修人員交流，同行一致認(rèn)為，這種情況沒有補(bǔ)焊的必要。鶴壁煤化氣化分廠利用檢修機(jī)會(huì)對V1205錐體進(jìn)行加固，停車時(shí)注意檢查消缺。

V1205內(nèi)部的導(dǎo)向梭發(fā)生破損，煤粉會(huì)進(jìn)入導(dǎo)向梭與罐體之間的氣體空間繼而積存，且在粉煤鎖斗向煤粉給料倉下料時(shí)，V1205罐內(nèi)氣體流量的變化會(huì)通過導(dǎo)向梭的漏洞對底錐的煤流產(chǎn)生較大的影響，直接影響煤燒嘴的穩(wěn)定運(yùn)行。2019年12月，在平衡管上增設(shè)平衡閥，當(dāng)導(dǎo)向梭存在破損而影響粉煤輸送管線穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉平衡閥，保障粉煤輸送管線的穩(wěn)定運(yùn)行；在導(dǎo)向梭未發(fā)生破損或平衡管存在堵塞的情況下，打開平衡閥，可以穩(wěn)定導(dǎo)向梭內(nèi)外壓力及疏通平衡管。

5 結(jié)束語

干煤粉加壓輸送系統(tǒng)為Shell氣化爐的煤燒嘴提供穩(wěn)定合格的煤粉，鶴壁煤化針對干煤粉加壓輸送系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的一系列的問題，采取改進(jìn)煤粉倉裝料袋濾器濾袋、改進(jìn)煤粉倉裝料袋濾器反吹管固定方式、煤粉倉裝料袋濾器放空口增設(shè)擋板、改造煤粉倉裝料袋濾器底錐空氣炮氮?dú)夤芫€、煤粉貯倉臨時(shí)氮?dú)夤芫€限流孔板處增設(shè)旁路、煤粉貯倉防爆板改為不銹鋼材質(zhì)、粉煤鎖斗充壓笛管改為分段式、改進(jìn)粉煤鎖斗泄壓管線、加固煤粉給料倉錐體、煤粉給料倉平衡管上增設(shè)平衡閥等優(yōu)化技改措施后，實(shí)現(xiàn)了干煤粉加壓輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為Shell氣化裝置的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。