殼牌hybrid氣化爐壓差波動(dòng)原因分析及其控制措施

(呼倫貝爾金新化工有限公司生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中心，呼倫貝爾 內(nèi)蒙古 021000)

1 殼牌Hybrid氣化爐壓差波動(dòng)原因分析

1.1 氣化爐壓差13PDI0065的重要性

殼牌hybrid氣化爐是在殼牌廢鍋流程基礎(chǔ)上改進(jìn)的第三代煤氣化工藝技術(shù)，氣化爐本體主要由氣化反應(yīng)室和外殼體(設(shè)計(jì)壓力5.1 MPa、設(shè)計(jì)溫度400 ℃)組成，反應(yīng)室與外殼體之間稱為環(huán)隙空間(856 mm)，其中，反應(yīng)室由膜式水冷壁采用“管-翅-管”結(jié)構(gòu)組裝(包括頂錐、直管段、底錐)而成， 在膜式水冷壁的環(huán)形空間設(shè)置了壓力均衡設(shè)施——安全水封；安全水封高1.5 m，位于激冷室之上并靠近合成氣的出口，配備一個(gè)安全水封供水系統(tǒng)。此外，氣化爐的頂部還設(shè)計(jì)了環(huán)隙空間氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)。正常操作氮?dú)馔ㄟ^流量調(diào)節(jié)閥送到環(huán)隙空間，再通過安全水封釋放到合成氣中，同時(shí)，安全水封是保證氣化爐干區(qū)與濕區(qū)分界、維持氣化爐環(huán)形空間與反應(yīng)室壓差平衡的重要部件。環(huán)隙空間與反應(yīng)室之間設(shè)有壓差測(cè)量設(shè)施，用于表征環(huán)隙空間與反應(yīng)室之間的壓差。

氣化爐反應(yīng)室膜式水冷壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能承受的內(nèi)壓差為50 kPa，外壓差為-10 kPa，為了防止氣化爐正常運(yùn)行過程中下渣口堵塞，導(dǎo)致氣化爐反應(yīng)室憋壓超過其承受的內(nèi)壓差，造成膜式水冷壁超壓損壞或擠壓變形，因此，還在氣化爐頂錐設(shè)置了安全泄放裝置(即爆破片，設(shè)計(jì)壓力為-10～40 kPa)，是保障氣化爐反應(yīng)室膜式水冷壁不被超壓損壞的重要設(shè)施，對(duì)氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。

由此可見，氣化爐壓差對(duì)于殼牌hybrid氣化爐極為重要，不僅能作為氣化爐反應(yīng)室承壓能力的監(jiān)控，還是安全水封運(yùn)行工況和氣化爐頂錐爆破片運(yùn)行參數(shù)的重要參考依據(jù)。Shell下行水激冷氣化爐工藝布置見圖1。

圖1 Shell下行水激冷氣化爐工藝布置

1.2 壓差波動(dòng)的判斷

(1)氣化爐壓差顯示值偏離控制范圍(0～25 kPa)。由于在殼牌氣化爐運(yùn)行過程中，其壓差隨安全水封突破的時(shí)間、渣池液位、氣化爐大系統(tǒng)壓力、環(huán)隙吹掃氣量的變化而波動(dòng)，因此，只要波動(dòng)在要求范圍內(nèi)，即屬于正常的周期性波動(dòng)(正常波動(dòng))。如果氣化爐壓差超過0～25 kPa控制范圍，則屬于非正常波動(dòng)，應(yīng)及時(shí)按照本文1.3節(jié)進(jìn)行逐條分析判斷，并按照2.1節(jié)進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化控制。

(2)氣化爐壓差顯示失真。殼牌煤氣化裝置壓差顯示是否準(zhǔn)確，可以通過氣化爐渣口壓差與氣化爐安全水封壓差之間差值進(jìn)行輔助判斷，理論上，兩者的壓差數(shù)值、波動(dòng)頻率一致。

1.3 造成氣化爐壓差波動(dòng)的原因分析

引起殼牌hybrid氣化爐壓差波動(dòng)的主要因素有以下幾點(diǎn)。

(1)氣化爐環(huán)隙吹掃氣量設(shè)定值(SP值)與實(shí)際值(PV值)偏差大，進(jìn)入氣化爐環(huán)隙吹掃氣量降低或增加則會(huì)直接造成氣化爐壓差波動(dòng)。

(2)氣化爐頂錐吹掃氣變化或調(diào)整不及時(shí)或發(fā)生泄漏，進(jìn)入氣化爐頂錐的氣量變化，直接會(huì)引起氣化爐壓差的波動(dòng)。

(3)氣化爐渣池液位的波動(dòng)(即下降管阻力變化)，直接會(huì)引起氣化爐壓差波動(dòng)。

2.玉米播種的時(shí)期。玉米粗縮病發(fā)病區(qū)域和發(fā)病率與玉米播種期有著密切關(guān)系。早春播種和麥茬玉米發(fā)病的區(qū)域少，而且發(fā)病率低。

(4)安全水封高度一定(1.5 m)的情況下，其供水量的變化和底部排水孔堵塞，安全水封突破時(shí)間改變，直接會(huì)引起氣化爐壓差的波動(dòng)。

(5)濕洗塔出口壓力波動(dòng)，直接會(huì)引起氣化爐壓差波動(dòng)。

(6)在吹掃氣量一定的情況下，氣化爐頂錐通道堵塞或通道流通面積減少，會(huì)造成阻力增加，從而導(dǎo)致氣化爐壓差波動(dòng)。

(7)氣化爐壓差測(cè)點(diǎn)兩端(+、-)吹掃氣量調(diào)整不一致或任一端吹掃氣堵塞、流量變化等均會(huì)造成氣化爐壓差波動(dòng)。

殼牌hybrid氣化爐壓差波動(dòng)過大會(huì)影響爆破片的使用壽命，制約氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行。氣化爐正常運(yùn)行過程中要重點(diǎn)監(jiān)控好氣化爐環(huán)隙吹掃氣量、頂錐吹掃氣量、壓差設(shè)定值、穩(wěn)定渣池液位(40%±5%)和濕洗塔出口壓力(3.85±0.05 MPa)。

1.4 壓差波動(dòng)對(duì)氣化爐的影響

針對(duì)氣化爐壓差的長(zhǎng)時(shí)間波動(dòng)，不及時(shí)采取有效措施進(jìn)行調(diào)整，會(huì)加劇氣化爐關(guān)鍵安全附件(爆破片)的波動(dòng)頻次，直接影響爆破片的使用壽命，制約氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行。此外，氣化爐壓差顯示偏差或失真，會(huì)造成合成氣反竄至氣化爐環(huán)隙空間，造成氣化爐環(huán)隙內(nèi)管線、設(shè)備腐蝕。氣化爐壓差與頂錐吹掃氣量的波動(dòng)趨勢(shì)見表1。

表1 氣化爐壓差與環(huán)隙吹掃氣波動(dòng)趨勢(shì)

2 氣化爐壓差波動(dòng)的處理措施

2.1 運(yùn)行過程調(diào)整措施

調(diào)整吹掃氣量和壓差設(shè)定值，穩(wěn)定渣池液位和或系統(tǒng)壓力。氣化爐壓差偏離正?？刂品秶?0～25 kPa)，查看24h壓差波動(dòng)/變化趨勢(shì)，根據(jù)整體趨勢(shì)綜合判斷是吹掃氣量過大/過小或壓差設(shè)定值偏高/偏低；此外，當(dāng)氣化爐壓差波動(dòng)往低限范圍偏離，應(yīng)主動(dòng)降低氣化爐環(huán)隙吹掃氣量設(shè)定值或適當(dāng)提高氣化爐壓差設(shè)定值；反之，如果氣化爐壓差波動(dòng)往高限范圍偏離，應(yīng)提高氣化爐環(huán)隙吹掃氣量設(shè)定值或降低氣化爐壓差設(shè)定值。氣化爐壓差偏低變化數(shù)據(jù)見表2，由表2可以看出，當(dāng)氣化爐壓差偏離負(fù)向時(shí)，適當(dāng)?shù)販p少氣化爐環(huán)隙吹掃氣量，其壓差波動(dòng)趨勢(shì)即可逐漸恢復(fù)至正常波動(dòng)范圍內(nèi)(0～25 kPa)。

表2 氣化爐壓差偏低變化數(shù)據(jù)

氣化爐液位的波動(dòng)也會(huì)造成氣化爐壓差的同步波動(dòng)，氣化爐渣池液位/壓力上漲、壓差變化數(shù)據(jù)見表3，由表3可以明顯看出，當(dāng)氣化爐渣池液位上升(氣化爐渣池液位0%～100%對(duì)應(yīng)實(shí)際液位高度5 475 mm，渣池液位每波動(dòng)1%，對(duì)應(yīng)液相靜壓差阻力0.55 kPa)，氣化爐下降管阻力則上升，氣化爐壓差同步上漲，因此，氣化爐正常運(yùn)行過程中控制渣池液位為40%±5%。

此外，后系統(tǒng)(濕洗塔出口調(diào)節(jié)閥后)壓力波動(dòng)也會(huì)造成氣化爐壓差同步波動(dòng)，由表3可以看出，當(dāng)后系統(tǒng)壓力升高時(shí)，氣化爐壓差波動(dòng)明顯有走高趨勢(shì)，因此，正常運(yùn)行過程中應(yīng)嚴(yán)格控制氣化爐出口壓力在3.85±0.05 MPa，如有偏離且自動(dòng)無法及時(shí)調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)較慢，可將濕洗塔出口調(diào)節(jié)閥切換至手動(dòng)位進(jìn)行干預(yù)，壓力調(diào)整穩(wěn)定后恢復(fù)串級(jí)控制。

表3 氣化爐渣池液位/壓力上漲、壓差變化數(shù)據(jù)

2.2 氣化爐檢修過程預(yù)防措施

氣化爐檢修過程的預(yù)防措施包括：加強(qiáng)影響因素的檢查、清理。

根據(jù)歷次檢修、運(yùn)行總結(jié)，每次檢維修過程中應(yīng)加強(qiáng)氣化爐壓差測(cè)量影響因素的排查和處理，并將如下項(xiàng)目列入影響氣化爐壓差波動(dòng)的常規(guī)檢查、清理項(xiàng)目。

(1)將安全水封內(nèi)部及底部16個(gè)φ10 mm的排水孔清理干凈，確保正常運(yùn)行時(shí)安全水封排水正常且呈周期性突破。

(2)疏通氣化爐頂錐導(dǎo)壓管，確保頂錐通暢，避免對(duì)氣化爐頂錐吹掃氣通過量造成影響，避免流通不暢憋壓造成壓差顯示失真。

(3)對(duì)氣化爐壓差導(dǎo)壓管進(jìn)行打壓(0.7 MPa)測(cè)試，防止導(dǎo)壓管腐蝕泄漏后影響實(shí)際測(cè)量值的檢測(cè)，避免壓差測(cè)量值失真或測(cè)量不準(zhǔn)確。

(4)在氣化爐爆破片法蘭恢復(fù)、氣化爐壓差負(fù)向端導(dǎo)壓管爐內(nèi)活套恢復(fù)的過程中，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控，防止密封不嚴(yán)造成泄漏，影響氣化爐壓差實(shí)際測(cè)量值。

(5)氣化爐檢修完成，封閉人孔之前，進(jìn)行安全水封水流量測(cè)試(5.0 kg/s)，確保安全水封4根供水管通暢、均勻，避免運(yùn)行過程中因布水不均或堵塞而無法在線進(jìn)行處理。

2.3 開停車過程預(yù)防措施

開停車過程中的預(yù)防措施如下：調(diào)穩(wěn)儀表吹掃氣量和壓差表零點(diǎn)歸位。

氣化爐大系統(tǒng)氣密結(jié)束，聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)儀表投用氣化爐壓差正負(fù)端儀表吹掃氣(0.2 m3/h)，確認(rèn)氣化爐壓力顯示為“0”、安全水封供水未投用，如果此時(shí)氣化爐壓差顯示未歸零或偏差大，同步聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)儀表將該測(cè)點(diǎn)進(jìn)行零點(diǎn)歸位調(diào)校。

此外，殼牌hybrid氣化爐開停車過程(包含緊急、事故停車)中，安排專人監(jiān)護(hù)氣化爐壓差控制，氣化爐壓差偏離控制范圍(0～25 kPa)，及時(shí)手動(dòng)干預(yù)濕洗塔出口調(diào)節(jié)閥和調(diào)整環(huán)隙吹掃氣量，通過及時(shí)、準(zhǔn)確優(yōu)化操作，避免停車過程壓差波動(dòng)過大造成氣化爐爆破片損壞。

3 結(jié)語

本文對(duì)殼牌hybrid氣化爐壓差波動(dòng)的原因及其控制措施進(jìn)行了分析和探討，并提出了檢修過程預(yù)防和運(yùn)行過程調(diào)整的控制措施，了解和熟練掌握氣化爐壓差波動(dòng)應(yīng)對(duì)處理措施對(duì)殼牌氣化爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)意義，針對(duì)殼牌hybrid氣化爐只有做好關(guān)鍵設(shè)備(爆破片)的維護(hù)保養(yǎng)，才能確保裝置的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。