殼牌煤氣化裝置生產(chǎn)管理要點總結(jié)

牛玉奇

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

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殼牌煤氣化裝置生產(chǎn)管理要點總結(jié)

牛玉奇

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

摘 要：結(jié)合河南龍宇煤化工有限公司及國內(nèi)殼牌煤氣化裝置近年來的生產(chǎn)運行經(jīng)驗，對殼牌煤氣化裝置生產(chǎn)管理的特點進(jìn)行了分析，從煤質(zhì)管理、運行管理、設(shè)備管理、儀表管理、漏點管理等方面提出了殼牌煤化工生產(chǎn)管理的要點和思路。

關(guān)鍵詞：煤氣化；氣化爐；殼牌；生產(chǎn)管理

近年來，新型煤化工作為清潔能源在國內(nèi)發(fā)展很快，各種煤化工技術(shù)在各地都有應(yīng)用，其中殼牌粉煤加壓氣化技術(shù)在國內(nèi)已有20余套裝置投產(chǎn)，自2006年首套裝置投產(chǎn)至今已有10年的時間。10年間，經(jīng)過各工廠的努力，有一半以上的裝置實現(xiàn)累計運行超過300 d/a，其中河南龍宇煤化工有限公司的殼牌煤氣化裝置已經(jīng)連續(xù)5年，年累計運行超過300 d，最長年累計運行天數(shù)達(dá)到340 d，最長單次連續(xù)運行天數(shù)達(dá)到322 d，創(chuàng)造殼牌煤氣化裝置安全連續(xù)運行最長紀(jì)錄。但因為殼牌煤氣化裝置的復(fù)雜性，如何提高其生產(chǎn)管理水平、降低生產(chǎn)檢修費用仍為各廠生產(chǎn)管理的難題。

1 殼牌煤氣化工藝及特點

殼牌煤氣化工藝是原煤在磨煤工序中進(jìn)行輾磨、干燥，制成大部分為5～90 μm（占比為＞90％）的顆粒，煤粉經(jīng)過加壓輸送至氣化爐，在壓力4.0 MPa（g）左右、溫度1 500～1 600℃的條件下與純氧反應(yīng)，生成以CO+H2為主要組分的粗煤氣及灰、渣的過程。生成的粗煤氣經(jīng)過激冷至900℃后，經(jīng)過輸氣管、氣體返回室、合成氣冷卻段進(jìn)一步冷卻至340℃左右，再經(jīng)過飛灰過濾、濕洗后送至下游工序。過濾下的飛灰經(jīng)過鎖斗降壓、氣提后送至飛灰貯倉，氣化爐底部排出的渣經(jīng)冷卻、降壓后送到撈渣機。

從工藝操作方面來看，殼牌煤氣化工藝有如下特點。

（1）涉及物質(zhì)的狀態(tài)較多，有固相、氣相、液相、氣固混合相、固液混合相等，介質(zhì)狀態(tài)的復(fù)雜性決定了其工藝生產(chǎn)的復(fù)雜性。

（2）氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣化爐、輸氣管、合成氣冷卻器三大部分連為一體。膜式壁式的設(shè)計決定了其不同部位耐溫、承壓不同，增加了操作的難度。

（3）激冷段、輸氣管、合成氣冷卻器上裝有58個敲擊器（不同項目敲擊器的數(shù)量有所不同），其動靜結(jié)合的結(jié)構(gòu)決定了其密封的難度。

（4）煤氣化裝置中疲勞設(shè)備較多，相關(guān)設(shè)備、閥門的管理難度較大。

（5）氣化裝置中儀表點、復(fù)雜邏輯和控制回路多，增加了儀表管理和工藝控制的難度。

（6）粗煤氣成分復(fù)雜，且為濕氣，增加了腐蝕、泄漏的概率。

2 生產(chǎn)管理要點

2.1 煤質(zhì)管理

煤是所有煤化工項目的源頭，煤質(zhì)管理是煤化工生產(chǎn)管理的重中之重。雖然殼牌煤氣化工藝的煤種適應(yīng)性比較廣，可適應(yīng)從無煙煤、煙煤、褐煤到石油焦等原料［1］，荷蘭Demkolec電廠也試燒了多個煤種［2］［3］，但對于具體的爐型，殼牌氣化工藝對煤質(zhì)也有嚴(yán)格的要求。多個工廠均出現(xiàn)過因為煤質(zhì)管理不當(dāng)，造成氣化爐堵渣［4］、十字支撐積灰［5］的事故，嚴(yán)重者甚至造成氣化爐損壞。

入爐煤要達(dá)到表1的指標(biāo)，氣化爐的長周期、穩(wěn)定運行才能有所保證。

表1 入爐煤的煤質(zhì)指標(biāo)要求

除了保證以上指標(biāo)外，要達(dá)到氣化爐的長期、穩(wěn)定運行，還有其他幾個方面也需要加以注意。

（1）要保證入爐煤質(zhì)的長期穩(wěn)定性。比如，同一批次的煤，灰分含量的波動最好＜3％，煤熔點波動＜100℃。

（2）不同批次的煤要提前進(jìn)行工業(yè)分析及灰分分析，并根據(jù)分析結(jié)果，制定相應(yīng)的操作方案。特別在換煤時要制定專門的操作注意事項。荷蘭Demkolec電廠1997年至1999年期間的8次非計劃停車中，有5次是因換煤時操作不當(dāng)引起的［4］。

（3）單煤種達(dá)不到上述指標(biāo)時，可進(jìn)行配煤操作以滿足入爐煤的要求。目前配煤管理已成為國內(nèi)各工廠煤質(zhì)管理的重要內(nèi)容之一。

（4）對原煤的運輸過程進(jìn)行全方位的管控。即對從煤礦開始，到煤粉入爐前的整個過程進(jìn)行管控。部分工廠已執(zhí)行6點管控法：從出礦點、發(fā)運點、到港點、入庫點、混配點、上煤點6個關(guān)鍵點入手［6］，全過程監(jiān)控原料煤質(zhì)量，以保障用煤安全。

2.2 運行管理

殼牌煤氣化裝置屬于連續(xù)式加壓氣化工藝，其工藝特點決定了生產(chǎn)操作的復(fù)雜度，運行管理水平的高低直接決定著運行周期的長短和運行質(zhì)量的好壞。

2.2.1 煤線的控制

4條煤線的運行狀態(tài)直接決定著氣化爐的運行狀態(tài)。若個別煤線過氧或過煤會造成局部偏燒，偏燒嚴(yán)重可能燒壞煤燒嘴或燒嘴罩；若煤流量波動過大可造成氣化爐壓力與粗煤氣流量波動大，整個工況不穩(wěn)定，會影響下游工序的穩(wěn)定運行；若煤燒嘴頻繁跳車，則會直接影響整個系統(tǒng)的負(fù)荷和煤燒嘴的壽命?？赏ㄟ^以下措施保證煤線的穩(wěn)定：①要使煤粉保持合適的水分與粒度，水分一般在1％～2％之間，粒度一般為＞5 μm，且＜90 μm占比達(dá)80％以上，水分和粒度過低或過高都影響煤線的穩(wěn)定性；②要適當(dāng)控制煤粉的流化風(fēng)與輸送風(fēng)，使煤粉在管線中均勻流動；③要做好管線伴熱，保證煤粉管線溫度＞80℃，防止煤粉中的水蒸氣在管線中冷凝；④要保證煤線上速度計和密度計的靈敏、穩(wěn)定，便于操作工觀察和調(diào)節(jié)。

2.2.2 氣化爐負(fù)荷的控制

氣化爐高負(fù)荷運行是整個裝置經(jīng)濟運行的關(guān)鍵，但氣化負(fù)荷的高低也受煤質(zhì)的影響，若原煤的灰分過高，則高負(fù)荷可能造成渣及灰處理系統(tǒng)負(fù)荷過大，不利于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。氣化爐負(fù)荷控制的操作要點如下：①盡量減少影響氣化爐負(fù)荷波動的因素，如減少煤種和配煤比例的變化，每一種煤盡量要連續(xù)燒1周以上；②氣化爐加減負(fù)荷、升降壓力要緩慢，為減少氣化爐壓力的波動，可通過下游工序控制壓力；③提負(fù)荷時先加煤，等煤穩(wěn)定后再加氧，降負(fù)荷時反之。

2.2.3 氣化爐溫度的控制

氣化爐控制合適的溫度是保證設(shè)備安全的關(guān)鍵因素之一，溫度過高，可造成膜式壁渣層減少，直接損壞水冷壁管、煤燒嘴及燒嘴罩等；溫度過低則渣層過厚，長時間運行有堵渣的危險。因為沒有直接監(jiān)控氣化爐反應(yīng)段溫度的儀表，故要隨時監(jiān)控能反映氣化爐溫度的其他參數(shù)，以保證在合適操作窗口內(nèi)操作。氣化爐溫度控制的操作要點如下：①汽包小室產(chǎn)量是快速反映氣化爐溫度的重要參數(shù)，要重點監(jiān)控，保證其在合適的范圍內(nèi)，一般4～5 kg/s（各工廠根據(jù)現(xiàn)場布管的不同，顯示值也有所不同）；②密切關(guān)注激冷段及輸氣段水汽密度，密度高表明氣化爐溫度低，密度低則表明氣化爐溫度高，要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；③渣處理系統(tǒng)的循環(huán)渣水含固量也是反映氣化爐溫度的指標(biāo)之一，含固量高則氣化爐溫度低，含固量低則氣化爐溫度高，一般控制在0.5％ ～2％之間；④粗煤氣氣體組分中CO2的含量是反映氣化爐溫度的重要參數(shù)，CO2含量一般控制在1％～3％，高則表明氣化溫度高，低則表明氣化溫度低（用CO2作載氣的一般控制在9％～11％）；⑤CH4含量的高低也是反映氣化溫度的主要參數(shù)，一般控制在70～150 mg/m3之間，CH4含量高表明氣化爐溫度低，含量低則表明氣化爐溫度高（CH4含量與煤質(zhì)也有一定的關(guān)系，要根據(jù)煤質(zhì)的變化適當(dāng)調(diào)整CH4含量）。

2.2.4 渣顏色和形狀的控制

渣是粉煤燃燒與反應(yīng)后的最終產(chǎn)物，渣的形狀和顏色較直觀地反映了氣化爐的燃燒狀況。影響渣的顏色和形狀的主要因素有煤種及配煤比例、氣化爐操作溫度、煤線的穩(wěn)定性和均勻性等。正常渣樣的形狀為直徑＜5 mm的不規(guī)則顆粒，顏色為黃綠色，伴有少量針狀或細(xì)絲狀渣和較大顆粒渣，此時氣化爐溫度適中；若渣中小顆粒渣偏多，甚至出現(xiàn)煤粉，則說明氣化爐溫偏低；若細(xì)絲狀渣偏多，則表明氣化爐溫偏高，要及時調(diào)整；若渣樣比較雜亂，粉末狀渣和細(xì)絲狀渣都不少，則可能表明4條煤線不均勻，有偏燒，要仔細(xì)判斷煤線的運行情況并逐一進(jìn)行調(diào)整。

2.3 設(shè)備管理

殼牌煤氣化裝置以氣化爐為核心，氣化爐、輸氣管、合成氣冷卻器在煤氣化框架中連為一體，整個設(shè)備共有12個人孔，200多管口，本體上還裝有58個振打器，設(shè)備密封點多，結(jié)構(gòu)和受力情況復(fù)雜。氣化裝置疲勞設(shè)備多，共有13臺疲勞設(shè)備，這對設(shè)備管理的檢修提出了更高的要求。

煤氣化裝置運行初期，主要以解決緊急設(shè)備問題、工藝操作問題為主，隨著各裝置連續(xù)運行的常態(tài)化，裝置的設(shè)備和工藝瓶頸問題已逐步得到解決，裝置已由緊急搶修轉(zhuǎn)為計劃檢修，逐步開展預(yù)防性檢修、維修工作，進(jìn)而總結(jié)規(guī)律，開展主要設(shè)備儀表的故障平均分析MTBF工作。氣化裝置主要設(shè)備故障平均周期見表2。

表2 氣化裝置故障平均分析（MTBF）表

通過開展設(shè)備故障平均分析工作，加強了設(shè)備基礎(chǔ)管理，建立設(shè)備檢測數(shù)據(jù)庫，科學(xué)評估設(shè)備檢修周期，為裝置長周期運行打好基礎(chǔ)。

2.4 儀表管理

殼牌煤氣化裝置具有大型化、集中化、精密化、智能化的特點，其控制系統(tǒng)復(fù)雜，I/O點多達(dá)4 000個，控制回路800余個，還有多個比值調(diào)節(jié)及順序控制系統(tǒng)，其復(fù)雜程度在國內(nèi)化工行業(yè)單套裝置中少見。這些儀表回路對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定影響重大，稍有故障將造成裝置停車或安全隱患。另外，氣化裝置介質(zhì)狀態(tài)的復(fù)雜性也決定了儀表的管理和維護要更加精心。

（1）工藝人員和儀表技術(shù)人員要對每個儀表和控制回路熟練掌握，以便在儀表或工藝出問題時，能迅速判斷故障點并及時排除，避免問題擴大化。

（2）儀表維護人員要定期進(jìn)行現(xiàn)場巡檢，及時排除儀表隱患，如活接頭漏氣、儀表氣源松動、儀表保溫伴熱不好等問題。

（3）對于粗煤氣管線、煤粉管線、灰渣系統(tǒng)的壓力表、壓差表，要定期排液或吹掃，避免儀表導(dǎo)壓管積液、積灰堵塞導(dǎo)致儀表指示偏差。

（4）秋冬季節(jié)要加強儀表的伴熱和保溫，避免儀表導(dǎo)壓管結(jié)冰堵塞造成指標(biāo)偏差，甚至引起跳車。

2.5 漏點管理

因為煤氣化裝置介質(zhì)的復(fù)雜性，漏點管理也是殼牌煤氣化裝置生產(chǎn)管理的重要內(nèi)容之一，國內(nèi)部分裝置多次出現(xiàn)因漏點無法控制而引起的非計劃停車［7］。裝置常見的泄漏點主要有：①粗煤氣管線上的焊縫或取壓點根部；②S1501與C1601出口管線混合三通處；③V1204泄壓管線三通處；④V1403泄壓管線彎頭處；⑤U1700系統(tǒng)泵出口管線彎頭、變徑等部位。

可通過以下措施加強對漏點的管控和處理。

（1）對粗煤氣管線及取壓管的材質(zhì)進(jìn)行升級。原設(shè)計材質(zhì)為碳鋼或304不銹鋼，粗煤氣管線材質(zhì)可升級為Incoloy 825或碳鋼內(nèi)襯Incoloy 825復(fù)合管，導(dǎo)壓管材料可升級為Incoloy 825。

（2）安排巡檢人員用氣體檢測儀對粗煤氣管線每天進(jìn)行檢測，及時發(fā)現(xiàn)泄漏點。

（3）對粗煤氣管線煤粉管線、灰渣管線等易泄漏部位定期測厚，若發(fā)現(xiàn)減薄可趁檢修機會提前進(jìn)行更換。

（4）對發(fā)現(xiàn)的小漏點，在有安全保障的前提下，可進(jìn)行帶壓堵漏工作，并進(jìn)行特護管理，減少由此帶來的非計劃停車。

3 結(jié)語

由于殼牌煤氣化裝置關(guān)鍵設(shè)備的集中化、復(fù)雜性以及介質(zhì)的復(fù)雜性，國內(nèi)殼牌煤氣化裝置在運行的前幾年均經(jīng)過多次的反復(fù)探索，走了許多彎路，直到今天，有部分項目運行效果仍然不佳。本文從運行、設(shè)備、儀表、漏點等4個方面對裝置的生產(chǎn)管理要點及解決措施進(jìn)行了總結(jié)，對同類煤氣化裝置的生產(chǎn)管理有一定的借鑒意義。

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［7］吳奇洪.煤氣化裝置運行總結(jié)［J］.大氮肥，2012，35（3）：146 -149.

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.03.013 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.03.013

中圖分類號：TQ545

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-8901（2016）03-0045-04

作者簡介：牛玉奇（1982年-），河南滎陽人，2005年畢業(yè)于河南大學(xué)化工工藝專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事化工生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

收稿日期：2016-02-22

Summary of Production Management Highlights of SCGP Plant

NIU Yu-qi
（Henan Longyu Coal Chemical Co.，Ltd.，Yongcheng Henan 476600 China）

Abstract：By combining the production experiences of SCGP Units in Henan Longyu Coal Chemical Co.，Ltd and related domestic chemical enterprises in recent years，this paper analyzes the special features of production management for the SCGP Unit，and then presents some key points and methods of production management for SCGP units from the following aspects，such as：management of coal quality，operation，equipment，instruments，leak points and etc.

Keywords：coal gasification；gasifier；Shell；production management