煤直接液化裝置易磨蝕部位分析和對(duì)策

張兆良(中國(guó)神華煤化工有限公司鄂爾多斯分公司, 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

0 引言

煤直接液化技術(shù)始于19世紀(jì)中期，至今為止已經(jīng)歷了100余年的發(fā)展歷史，且已形成了以?？松淙軇?、容積精煉煤和氫煤法三種技術(shù)方法為主的煤直接液化技術(shù)，有效提高了煤的利用效率。然而，在以加氫為主的煤直接液化過(guò)程中，部分液化裝置在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中均會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損，在降低了煤的加氫液化效率的同時(shí)，對(duì)煤的整體利用效率的提高也產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。因此，有必要對(duì)煤直接液化裝置易磨蝕部分進(jìn)行分析并制定相應(yīng)的對(duì)策，以保證煤直接液化工藝的順利進(jìn)行。

1 煤直接液化簡(jiǎn)述

1.1 煤直接液化的概念

煤的直接液化是煤液化的主要方法之一，具體說(shuō)來(lái)就是使煤在相關(guān)催化劑以及氫氣的共同作用下，通過(guò)發(fā)生加氫裂化反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為液體燃料的全過(guò)程，由于此過(guò)程的完成離不開(kāi)氫氣的參與，故煤直接液化又稱(chēng)為煤加氫液化。

1.2 煤直接液化的意義

由煤直接液化的概念可知，煤液化的實(shí)質(zhì)就是在氫氣以及相關(guān)催化劑的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料的過(guò)程，通常情況下，固體煤中含有多種硫化物與砷化物，由于此類(lèi)物質(zhì)的存在，使得煤在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)時(shí)難以完全燃燒，進(jìn)而在降低了煤燃燒效率的同時(shí)，也增加了煤化工企業(yè)的生產(chǎn)成本[1]。以氫氣作為主要媒介，對(duì)煤進(jìn)行液化處理進(jìn)而將固體煤轉(zhuǎn)化至液體形態(tài)，使其能夠充分燃燒，進(jìn)而在提高煤利用效率的同時(shí)，為企業(yè)節(jié)省成本，促進(jìn)企業(yè)的全面發(fā)展。

2 煤直接液化裝置易磨損部位研究及應(yīng)對(duì)措施

2.1 煤液化車(chē)間的進(jìn)料泵

液化車(chē)間進(jìn)料泵磨損常見(jiàn)于吸入球閥部分，而吸入球閥的磨損主要是由集合管中的油煤漿經(jīng)沉淀而造成的。由于進(jìn)料泵的集合管具有較大的管徑，且油煤漿屬于固液混合物料，因在流動(dòng)過(guò)程中符合冪律流體規(guī)則，故在實(shí)際的煤直接液化過(guò)程中，油煤漿原料為流層。在一般的煤直接液化過(guò)程中，因油煤漿在管徑中流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的粘滯阻力要大于其本身的流體慣力，故油煤漿在進(jìn)料泵聚集管管壁處的流動(dòng)速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其在管道內(nèi)的流速，由此便導(dǎo)致了以固液混合物形態(tài)存在的油煤漿在進(jìn)料泵聚集管的管壁處發(fā)生沉積。而隨著沉積物厚度的不斷加大，使得聚集管內(nèi)壁的粗糙程度也逐漸增加，又進(jìn)一步降低了油煤漿在管壁處流動(dòng)的速度，從而形成惡性循環(huán)，導(dǎo)致管壁內(nèi)的油煤漿在重力的作用下墜落，使得進(jìn)料泵吸入口球閥在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生磨損[2]。

由于集料泵吸入球閥產(chǎn)生磨損的原因主要是沉積于集合管管壁處的油煤漿掉落因占據(jù)空間而引起的，故可針對(duì)進(jìn)料泵吸入球閥的磨損采取以下措施：將進(jìn)料泵入口膨脹節(jié)的位置進(jìn)行適當(dāng)移動(dòng)，使其位于進(jìn)料泵集合管的正下方，則因膨脹節(jié)的吸入作用進(jìn)而使油煤漿在集合管中的流動(dòng)情況發(fā)生變更，從而降低油煤漿在進(jìn)料泵集合管管壁以及管底的沉積[3]。這種方法雖然無(wú)法完全避免吸入球閥產(chǎn)生磨損，但可以保證吸入球閥所產(chǎn)生的磨損分布較為均勻，進(jìn)而減少因局部磨損而產(chǎn)生的堵塞情況。此外，將持續(xù)性的沖刷油線加至進(jìn)料泵集合管入口處的排污線上，進(jìn)而降低集合管內(nèi)油煤漿的沉積。值得注意的是，當(dāng)進(jìn)料泵停止運(yùn)行時(shí)，必須利用沖洗油對(duì)其進(jìn)行全面而徹底的清洗，以達(dá)到預(yù)防管線中油煤漿的沉積。

2.2 液控閥控制閥

經(jīng)過(guò)加工后的油煤漿經(jīng)過(guò)加熱爐加熱和配氫后，經(jīng)進(jìn)料泵輸送至反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)高溫高壓催化劑及加氫作用下，發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物由第二懸浮床反應(yīng)器頂部輸送至熱高分，油氣分離后的液體物料由熱高分低經(jīng)液控閥輸送至熱中分，而熱高分底部至熱中分之間的液位控制閥液容易造成磨損腐蝕，首先熱高分液位控制完全由液控閥開(kāi)度控制，同時(shí)，熱高分壓力在17MP～20MP左右，經(jīng)液控閥減壓后到達(dá)熱中分就成了2MP～4MP左右，較大的壓力變化會(huì)對(duì)閥體及管線造成沖擊和損壞；其次，此間物料溫度在400多度，物料中又含有大量固體物質(zhì)，如未完全反應(yīng)的煤粉，催化劑，結(jié)焦物等，對(duì)閥芯、閥座及管線造成沖刷，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，必造成磨損；再者反應(yīng)器及熱高分受到裝置波動(dòng)影響，會(huì)造成壓力溫度等大幅度波動(dòng)，液控閥為穩(wěn)定熱高分波動(dòng)，會(huì)大幅度開(kāi)關(guān)液控閥，物料壓力及流速波動(dòng)對(duì)閥體造成巨大沖擊，造成磨損[4]。

針對(duì)以上磨損原因可采取如下解決措施：首先，尋求更適合煤液化工況的抗壓耐磨材質(zhì)，更換為抗壓耐磨材質(zhì)；其次，設(shè)置備用路及閥門(mén)，熱高分底部出來(lái)后，分成了四路(ABCD路)相同管線，在熱中分前AC路合在一起扎在熱中分罐壁，BD路合在一起扎在AC路對(duì)面的罐壁，在有一路液控閥磨損故障后切換至其他路，對(duì)故障路檢修；再次，嚴(yán)格控制反應(yīng)壓力及溫度，穩(wěn)定上游波動(dòng)，減少波動(dòng)沖刷，同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)液控閥及管線進(jìn)行定期檢測(cè)，對(duì)磨損情況進(jìn)行記錄監(jiān)控。

2.3 常壓塔塔底泵

由于常壓塔塔底泵的泵體并無(wú)夾套，因此，在運(yùn)行過(guò)程中，后備泵難以長(zhǎng)時(shí)間保持其自身的熱備狀態(tài)，加之在實(shí)際的煤直接液化工藝流程中，相關(guān)工藝條件始終處于不斷的變化當(dāng)中，使得原泵的初始流量已難以滿(mǎn)足加氫工藝的要求。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間處于高溫工作下的耐磨材料而言，由于其材質(zhì)較為脆弱，故在泵體持續(xù)升溫的過(guò)程中極易受到溫差應(yīng)力的影響而發(fā)生磨蝕甚至破裂。針對(duì)此種情況，應(yīng)采取機(jī)械密封的方法進(jìn)行處理。通過(guò)引入雙端面的背靠背設(shè)置，進(jìn)而將硬質(zhì)合金和碳化鎢共同作為摩擦副。在想泵中注入外接的沖洗油，使其沖洗位于介質(zhì)端的密封端口，將磨蝕程度降至最低。

2.4 減壓塔塔底泵

減壓塔塔底泵的作用為將塔底含有的高溫物料進(jìn)行抽取，并將其中一部分作為塔底的循環(huán)油漿，另一部分送至煤直接液化體系的油渣的成型裝置當(dāng)中。但由于其底泵的最高運(yùn)行溫度為300多度，所要輸送殘?jiān)闹饕煞执蠖紴榇呋瘎?、瀝青烯、以及煤中的礦物質(zhì)與重油等。而殘?jiān)?dāng)中，煤系催化劑與鐵系催化劑的存在，大幅提高了介質(zhì)本身的磨蝕性，加之瀝青烯等具有較高粘稠度液態(tài)物質(zhì)的存在嚴(yán)重阻礙了煤渣輸送的連續(xù)性，從而使得減壓塔底泵產(chǎn)生磨蝕。此外，減壓塔工段磨損突出部位還有減壓塔入口氣動(dòng)閥后進(jìn)料靠近塔壁的喇叭段，由于含固物料沖刷造成磨損。

針對(duì)上述情況，設(shè)計(jì)暖泵方案，具體說(shuō)來(lái)就是利用底泵的功率，當(dāng)有暖泵存在時(shí)，關(guān)閉底泵的進(jìn)出口閥門(mén)，并將沖洗油或其他具有較高熱量的介質(zhì)加入其中，然后開(kāi)啟底泵，通過(guò)輸入的沖洗油或其他熱媒進(jìn)而使整個(gè)減壓塔底泵的溫度明顯提升，且在此過(guò)程中，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)泵轉(zhuǎn)速的控制，進(jìn)而調(diào)節(jié)并穩(wěn)定輸入功率，加速催化劑的反應(yīng)并提高瀝青烯等高粘稠物質(zhì)的流速，減少底泵磨蝕。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以煤直接液化裝置的易磨蝕部位產(chǎn)生磨損的原因及對(duì)策作為研究對(duì)象，通過(guò)煤直接液化的概念和意義進(jìn)行分析，在結(jié)合煤漿加熱爐爐前加氫工藝相關(guān)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)液化車(chē)間的進(jìn)料泵、液控閥、常壓塔以及減壓塔等煤直接液化裝置產(chǎn)生磨損的原因做出了系統(tǒng)分析，并提出了具有較強(qiáng)針對(duì)性的解決辦法?？梢?jiàn)，未來(lái)加強(qiáng)對(duì)煤直接液化裝置的易磨蝕部位產(chǎn)生磨損的原因和對(duì)策的研究力度，對(duì)于提高煤直接液化的效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]朱豫飛.煤直接液化與殘?jiān)鼰峤饴?lián)合加工技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2013,08(14)：1454-1458.

[2]張建波.煤直接液化殘?jiān)坎牧系闹苽浼皯?yīng)用[D].大連理工大學(xué)，2013.

[3]韓來(lái)喜.煤直接液化工業(yè)示范裝置運(yùn)行情況及前景分析[J].石油煉制與化工，2011,08(12)：47-51.

[4]周鋒.煤直接液化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行影響因素分析[J].山東化工，2014,08(24)：100-102.