水煤漿氣化燒嘴冷卻水CO分析問題研究與優(yōu)化改進

朱迎紅，朱海祥

（河南心連心化肥有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453731）

0 引言

燒嘴冷卻水CO分析是用于對燒嘴冷卻水盤管是否正常的監(jiān)測。多噴嘴水煤漿氣化裝置具備4條進料單元，單臺爐共4個進料燒嘴，成對性控制。相比單噴嘴氣化裝置，其燒嘴冷卻水監(jiān)測系統(tǒng)更為重要，其穩(wěn)定、準確運行對氣化裝置的安全性、經(jīng)濟性更具有研究意義。

氣化爐進料燒嘴在正常運行時，燒嘴冷卻水能為燒嘴提供足夠的冷卻從而使其得到保護。若燒嘴冷卻水盤管出現(xiàn)泄漏，燒嘴冷卻水系統(tǒng)流量、溫度變化，將會觸發(fā)氣化裝置停車聯(lián)鎖。相比單噴嘴氣化爐，多噴嘴水煤漿氣化爐可只停該對燒嘴進料系統(tǒng)，避免整個氣化裝置停車。因此，做好燒嘴冷卻水監(jiān)測系統(tǒng)的實際運行問題研究、分析、改進，可以及時將單支燒嘴冷卻水盤管泄漏問題發(fā)現(xiàn)、維修，能有效降低整個多噴嘴氣化裝置的停車機率，為企業(yè)降低成本。

1 問題研究

本公司新鄉(xiāng)、新疆基地氣化裝置均采用多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)，每個燒嘴單獨配一套在線分析儀表。當燒嘴冷卻水盤管損壞時，通過對燒嘴冷卻水系統(tǒng)的CO分析就可以判斷是否需要采取緊急停車措施。因燒嘴冷卻水系統(tǒng)壓力遠低于氣化爐操作壓力，若燒嘴冷卻水盤管出現(xiàn)輕微損壞時，僅有少量的合成氣會泄漏至燒嘴冷卻水中，燒嘴冷卻水系統(tǒng)不能及時反映出燒嘴盤管是否已經(jīng)出現(xiàn)損壞。為了能及時監(jiān)測盤管內(nèi)的冷卻水是否有泄漏的氣體，縮短泄漏到檢測的時間，采用將燒嘴冷卻水回水分離器中通入少量的N2，并采用N2放空的方式，以加快氣體的流速，通過在燒嘴冷卻水回水分離器N2放空管線上設置的CO分析管路，可以及時監(jiān)測燒嘴盤管是否發(fā)生泄漏。因樣氣的壓力較低，且對該分析數(shù)據(jù)的實時性要求較高，分析該數(shù)據(jù)的分析儀表多采用紅外分析儀。

表1 燒嘴冷卻水分析儀問題分析表Table 1 Question analysis table for burner cooling water analyzer

自2016年夏季開始，公司新鄉(xiāng)、新疆兩地氣化崗位燒嘴冷卻水CO分析儀陸續(xù)出現(xiàn)指示漂移現(xiàn)象，分析儀波動、死值等故障，極大干擾了氣化裝置的穩(wěn)定運行，給儀表維護人員造成了巨大壓力。針對以上問題，開展了專項攻關工作，首先將問題進行了初步分析，見表1。

2 問題分析

結(jié)合問題研究，從現(xiàn)場分析儀實際布置入手，主要從以下方面進行問題分析，找出燒嘴冷卻水CO分析儀出現(xiàn)漂移的癥結(jié)所在。

1）首先對分析儀本身進行檢查，確認電子元件部分沒有問題；后對分析儀氣室進行檢查時，發(fā)現(xiàn)存在較明顯污染情況，嚴重部位已經(jīng)出現(xiàn)有水滴存在。

2）對預處理取樣管路進行打壓試漏，發(fā)現(xiàn)預處理取樣管路在接頭部位存在些許泄漏的情況，但泄漏量較小，更換接頭；將存在折彎處管路進行修復；依次將各預處理管路進行緊固；后重新打壓試漏，滿足使用零泄漏需求。

3）重點檢查預處理流路，發(fā)現(xiàn)氣路中積液罐水量大，水有排不凈現(xiàn)象。

綜上，經(jīng)研究分析，認為燒嘴冷卻水CO分析儀出現(xiàn)漂移、波動、死值等故障的主要原因在預處理部分。

3 優(yōu)化改造

1）流程工業(yè)中，分析儀預處理系統(tǒng)主要工作是對分析樣氣進行減壓、降溫、除塵、脫水干燥、穩(wěn)流、穩(wěn)壓，防止氨結(jié)晶等。

燒嘴冷卻水CO分析系統(tǒng)預處理流程為：燒嘴冷卻水冷卻器中，樣品氣在負壓抽提泵的抽引力驅(qū)動下，通過SP01取樣器和30m Tupe 304ss管到達預處理裝置，經(jīng)膜式過濾器和纖維過濾器后，在積液罐完成水份分離，得到的潔凈氣體進紅外線分析儀的氣室進行氣體分析。

按預處理設計流程，原方案是將積液罐下方的HV旋塞閥定期進行人工排放，以達到將預處理系統(tǒng)中積水排出的目的。經(jīng)現(xiàn)場逐一排查發(fā)現(xiàn)，儀表維護人員根據(jù)實際運行情況，在做了一定數(shù)據(jù)對比后將積液罐下方的HV旋塞閥定期人工排放改成旋塞閥開度一定連續(xù)排放。但在隨著氣化裝置工藝操作調(diào)整情況下，所固定的旋塞閥開度與實際排水需求不匹配，造成預處理系統(tǒng)積水排不干凈，氣體帶的氣態(tài)水就進入紅外分析儀氣室，造成氣室污染而影響測量，導致燒嘴冷卻水CO分析儀出現(xiàn)漂移、波動、死值等現(xiàn)象。

2）通過實際的分析、試驗，得出解決分析儀漂移必須將分析儀預處理系統(tǒng)往后帶水問題妥善改進。

由于煤化工是連續(xù)不間斷生產(chǎn)運行，解決預處理系統(tǒng)帶水問題就需要實現(xiàn)自動控制，不能依靠儀表維護人員的個人經(jīng)驗。通過查找資料并結(jié)合現(xiàn)場分析儀實際配置，最終決定設計增設旋風制冷器這套制冷裝置，并配備自動疏水閥，在降低氣體溫度、加大水份分解能力的同時，實現(xiàn)自動排水。

圖1 分析儀預處理示意圖Fig.1 Preprocessing schematic diagram of analyzer

圖2 旋風制冷器示意圖Fig.2 Schematic diagram of cyclone cooler

3）改造后，燒嘴冷卻水CO分析儀運行情況良好，沒有再出現(xiàn)類似的問題。

通過運行分析，認為燒嘴冷卻水預處理不應有大量水分。為確保分析儀可以長周期穩(wěn)定運行，隨后對預處理流程中的取樣部位進行了重點研究。

取樣器SP01安裝在燒嘴冷卻水氣體分離器的放空管上，取樣器插入端離分離器液面還有一定的距離，分離器中為微正壓的環(huán)境，水分理論上不會大量帶入分析儀預處理系統(tǒng)。

圖3 燒嘴冷卻水氣體分離器示意圖Fig.3 Schematic diagram of gas separator for cooling water of burner

經(jīng)現(xiàn)場實際分析，發(fā)現(xiàn)燒嘴冷卻水氣體分離器外殼溫度較高，但氣化裝置物流平衡中顯示燒嘴冷卻水進燒嘴前是43℃，出氣體分離器內(nèi)的水溫為49℃。經(jīng)分析分離器設備布置，發(fā)現(xiàn)離氣化爐較近，受水煤漿氣化爐表面200℃輻射熱影響，燒嘴冷卻水分離器實際溫度達到80℃左右；且進燒嘴冷卻水氣體分離器的冷卻水壓力較高，造成水面波動較大，分離器中的水壓和分析儀抽的負壓壓差大、分離器中的水溫和預處理所在的分析小屋溫度溫差大，形成了虹吸效應；從而分離器溫度越高、溫差越大帶的水量越大。結(jié)合儀表維護人員的分析儀預處理夏季帶水量大、冬季帶水量小的實際情況，可以得出燒嘴冷卻水CO分析預處理系統(tǒng)大量水分產(chǎn)生的原因為溫差變化。

處理措施：

① 燒嘴冷卻水氣體分離器外殼保溫，降低受氣化爐外殼熱輻射的影響。

② 燒嘴冷卻水流量計后加限流孔板，降低冷卻水流速造成的冷卻水氣體分離器液位波動。

經(jīng)以上工作改進后，徹底解決了氣化燒嘴冷卻水分析儀漂移問題。

4 燒嘴冷卻水CO分析系統(tǒng)的改造意義和經(jīng)驗

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)具有壓力高、氣化爐結(jié)構(gòu)簡單、運行費用低等特點，但噴嘴容易磨損、壽命較短，對燒嘴冷卻水氣體分離器中的氣體有效檢測無疑是保護投資，保障企業(yè)財產(chǎn)、生命安全的重要手段。

燒嘴冷卻水CO分析儀的使用，儀表應該布置在距離燒嘴冷卻水氣體分離器較近處（取樣管盡可能短，阻力盡可能?。?，并充分考慮整個分析系統(tǒng)中溫度、壓力等影響，做好應對措施，才能保障分析儀表的可靠性強、長周期穩(wěn)定運行。