殼牌氣化爐磨煤?jiǎn)卧诰€分析儀表樣品處理系統(tǒng)的改造及應(yīng)用

連 驥

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司，河南 洛陽(yáng) 471012 )

AP潞安(長(zhǎng)治)煤氣化項(xiàng)目是美國(guó)AP公司與潞安集團(tuán)合資的項(xiàng)目，采用殼牌氣化爐技術(shù)，其具有4×3 000 t/a規(guī)模的煤氣化裝置。殼牌煤氣化爐由磨煤及干燥單元、煤加壓及輸送單元、氣化及合成氣冷卻單元等8個(gè)單元組成，其中磨煤及干燥單元的主要工藝流程見圖1。

熱風(fēng)爐(惰性氣體發(fā)生器)產(chǎn)生高溫的惰性氣體(低氧氣體)在循環(huán)風(fēng)機(jī)帶動(dòng)下進(jìn)入磨煤機(jī)，提供惰性氣體環(huán)境并將研磨的煤粉干燥，干燥后的煤粉被惰性氣體帶到煤粉袋式過(guò)濾器，煤粉在過(guò)濾器與惰性氣分離、自身沉降進(jìn)入收集器中被送到煤加壓及給料系統(tǒng)，過(guò)濾后的大部分惰性氣體繼續(xù)循環(huán)，后與稀釋風(fēng)機(jī)補(bǔ)充的部分新鮮氣一起混合后進(jìn)入熱風(fēng)爐以維持氣體的惰性，剩余少量含水分的循環(huán)氣體被排放。這個(gè)過(guò)程中磨煤干燥及煤粉的輸送都是在惰性環(huán)境下運(yùn)行，為了防止惰性氣體氧含量超標(biāo)引起煤粉爆燃或爆炸，在惰性氣體發(fā)生器熱風(fēng)爐出口位置安裝有氧含量在線分析儀，在粉煤袋式過(guò)濾器的出口位置安裝有氧氣及一氧化碳含量在線分析儀。這些在線分析儀表均為聯(lián)鎖儀表，工況異常時(shí)可聯(lián)鎖磨煤機(jī)跳車、消防氮?dú)鈫?dòng)。

1 存在問(wèn)題及原因分析

1.1 氣化裝置磨煤?jiǎn)卧诰€分析儀表工作流程

磨煤?jiǎn)卧诰€分析儀表工作流程圖見圖2。工藝樣品氣(微負(fù)壓)在后路取樣泵(樣品處理箱中)的帶動(dòng)下，經(jīng)過(guò)取樣探針濾布及燒結(jié)金屬過(guò)濾器過(guò)濾掉雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)渦旋制冷器及聚結(jié)器除水、減壓器減壓后，將滿足分析儀要求的干燥、潔凈樣品以一定的壓力、流量送入分析儀表測(cè)量。前處理箱中配置有一組閥門負(fù)責(zé)反吹取樣探針，渦旋制冷器下方配有手動(dòng)排放積液罐[1]。

圖1 磨煤及干燥單元工藝流程簡(jiǎn)圖

圖2 磨煤?jiǎn)卧诰€分析儀表工作流程圖

1.2 運(yùn)行中的問(wèn)題及分析

1.2.1探針濾布前端扎帶易脫開，密封不嚴(yán)，飛灰進(jìn)入堵塞后路管線

樣品管路堵塞問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，主要原因?yàn)槿犹结樤O(shè)計(jì)不合理，固定在探針濾布前端的扎帶無(wú)法有效固定，容易脫落。扎帶脫落后濾布密封不嚴(yán)形成漏點(diǎn)，灰粉直接從漏點(diǎn)進(jìn)入取樣管線，混合著水分的灰粉在伴熱的作用下，造成堵塞。當(dāng)取樣管線堵塞輕微時(shí)，則樣品循環(huán)量降低，樣品傳輸滯后增大；堵塞嚴(yán)重時(shí)，樣品斷樣、取樣泵過(guò)載損壞(保護(hù)單向閥失效的情況下)，分析失準(zhǔn)進(jìn)而造成裝置波動(dòng)及聯(lián)鎖。

1.2.2介質(zhì)含水量大，需要定期排液，工況異常時(shí)容易導(dǎo)致儀器故障

介質(zhì)含水量大，樣品處理系統(tǒng)對(duì)介質(zhì)氣脫水后，需要對(duì)積液罐中的水進(jìn)行排放，每日定期排放64臺(tái)次(16臺(tái)表，每日排放4次)，不僅維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度較大，而且排放不及時(shí)將導(dǎo)致分析儀進(jìn)水故障。裝置工況異常也較為多見，經(jīng)常出現(xiàn)突發(fā)的介質(zhì)帶水量大的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)不及時(shí)液體進(jìn)入測(cè)量室/檢測(cè)器會(huì)損害分析儀，發(fā)生儀表故障造成數(shù)據(jù)失準(zhǔn)，嚴(yán)重時(shí)無(wú)法避免地造成聯(lián)鎖跳車。

1.2.3伴熱配置無(wú)法滿足各個(gè)區(qū)域的差異性伴熱需求，設(shè)計(jì)、施工不合理

正常情況下，磨煤分析儀的合格伴熱應(yīng)具備如下特點(diǎn)：①前處理箱需要全年伴熱，滿足氮?dú)庾詣?dòng)反吹溫度需求，因?yàn)槔涞獨(dú)鈺?huì)造成板結(jié)，需將氮?dú)忸A(yù)熱，要求伴熱蒸汽全年供應(yīng)。②樣品處理箱僅在冬季伴熱，箱內(nèi)設(shè)備在過(guò)高溫度下無(wú)法正常工作，降低使用壽命及發(fā)生故障，故保持樣品處理箱內(nèi)管線不凍凝，設(shè)備工作在允許的環(huán)境溫度范圍內(nèi)即可，箱內(nèi)最高溫度一般<45 ℃最適宜。③蒸汽伴熱總體應(yīng)循環(huán)順暢。樣品處理系統(tǒng)伴熱示意圖見圖3。

圖3 樣品處理系統(tǒng)伴熱示意圖

從圖3結(jié)構(gòu)上看，蒸汽伴熱源有兩處，蒸汽①管線從前處理箱沿著取樣管線抵達(dá)樣品處理箱內(nèi)盤管，與另一路專供給盤管的蒸汽②匯合，共同匯入回水管線。

蒸汽①因?yàn)橐?yīng)反吹氮?dú)忸A(yù)熱，故全年不能停下來(lái)，所以一直會(huì)有蒸汽匯入伴熱盤管，即使不開蒸汽②(專供盤管用)，樣品處理箱內(nèi)溫度在冬季也已經(jīng)達(dá)到了70 ℃以上，已經(jīng)遠(yuǎn)超箱內(nèi)設(shè)備溫度承受范圍，僅通過(guò)調(diào)節(jié)前處理箱處伴熱閥門降溫效果并不明顯，而且閥門開度過(guò)小也會(huì)導(dǎo)致管線凍凝(調(diào)整空間極為有限)。在此溫度下，渦旋制冷器、取樣泵、膜式過(guò)空濾器等部件的工作效果、使用壽命均不同程度地受到了影響。

1.2.4多臺(tái)取樣泵共用一個(gè)上級(jí)供電開關(guān)，設(shè)計(jì)不合理

磨煤小屋共4臺(tái)聯(lián)鎖分析儀，每臺(tái)分析儀各配一臺(tái)取樣泵，但各個(gè)取樣泵電源沒(méi)有設(shè)計(jì)獨(dú)立的空氣開關(guān)/保險(xiǎn)。未考慮到如果其中一臺(tái)取樣泵故障過(guò)載引起的上級(jí)空氣開關(guān)跳閘會(huì)導(dǎo)致小屋全部4臺(tái)取樣泵同時(shí)失電的問(wèn)題。若該情況發(fā)生，則A/B磨的聯(lián)鎖分析儀將全部斷樣失準(zhǔn)，后果嚴(yán)重。

1.2.5保護(hù)旁路單向閥起不到保護(hù)取樣泵作用，安裝、調(diào)試不到位

原設(shè)計(jì)中的取樣泵設(shè)置了保護(hù)旁路，即在取樣泵樣品進(jìn)/出口有一路短接的單向閥(見圖4)。

圖4 取樣泵進(jìn)樣及保護(hù)旁路流程圖

一旦樣品管線堵塞及其他引起取樣泵負(fù)載增大的問(wèn)題發(fā)生時(shí)，保護(hù)旁路單向閥自動(dòng)正向?qū)?，以取樣泵出口→單向閥→取樣泵入口的方式將取樣泵出入口短接，避免取樣泵過(guò)載損壞。

此單向閥為可調(diào)式單向閥，即單向閥正向?qū)ǖ膯?dòng)壓力是可以設(shè)置的。分析班組織人員利用幾次停工檢修期測(cè)試了氣化裝置中4個(gè)系列16只單向閥的狀態(tài)，所有單向閥均無(wú)法在合適壓力下正向?qū)?使用>0.4 mPa的儀表風(fēng)正向吹掃不能開啟單向閥，0.4 mPa已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常工況下的泵出口壓力，通常泵出口壓力為0.1 mPa)，起不到保護(hù)取樣泵的作用。以上5種問(wèn)題，造成了磨煤聯(lián)鎖分析儀眾多問(wèn)題的發(fā)生。

根據(jù)分析班統(tǒng)計(jì)，自2018年10月開始保運(yùn)到2019年4月，取樣泵損壞7臺(tái)，取樣泵連桿損壞5根，膜式過(guò)濾器變形/漏氣4處，樣氣帶水污染測(cè)量室2臺(tái)，樣品堵塞2臺(tái)次，多臺(tái)取樣泵同時(shí)跳停1次。

2 改造方案實(shí)施

2.1 取樣探針改造

原先探針頂端扎帶很容易脫落，在頂端加焊幾個(gè)固定點(diǎn)，形成溝槽從而將扎帶固定在溝槽內(nèi)，使其不容易脫落。

2.2 將手動(dòng)排液改為自動(dòng)排液

原有手動(dòng)排液罐負(fù)責(zé)收集樣品中冷凝析出的水，需要維護(hù)人員定期排放以防止排液罐滿罐，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大且無(wú)法避免工藝介質(zhì)含水量異常時(shí)導(dǎo)致的分析儀進(jìn)水受損的問(wèn)題發(fā)生。為解決此問(wèn)題，選擇使用自動(dòng)浮子排液閥替代手動(dòng)排液罐，液位達(dá)到一定位置后引起排液閥中浮子上升，浮子下方的排液口被打開，液體便自行排出，液位降低浮子隨之回落排液口被關(guān)閉，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排液。

2.3 進(jìn)行磨煤伴熱系統(tǒng)改造

伴熱系統(tǒng)改造前后簡(jiǎn)化示意圖見圖5。

由圖5可知，將原先進(jìn)入樣品處理箱的蒸汽①管線在表箱前分為兩路：第一路不經(jīng)過(guò)樣品處理箱直接去往分析小屋伴熱回水總閥前，作為旁路承擔(dān)大部分蒸汽流量，在回水閥前增加了疏水器；第二路(即原先從樣品處理箱中經(jīng)過(guò)的一路伴熱)管線上加裝針閥，用于隔離/調(diào)節(jié)去往樣品處理箱的蒸汽，這一路蒸汽與蒸汽②(專供盤管用)匯合后，在去回水總管管線前與第一路蒸汽匯合。

伴熱系統(tǒng)改造的目的在于樣品處理箱不需要伴熱的季節(jié)可以完全截?cái)啻寺钒闊幔档拖鋬?nèi)溫度。在冬季寒冷天氣下，可以更有效地調(diào)整樣品處理箱伴熱循環(huán)量以達(dá)到控制箱內(nèi)溫度的功能。相對(duì)于以前，樣品處理箱內(nèi)溫度有了更大的調(diào)整空間。

2.4 在各個(gè)取樣泵供電開關(guān)前加裝獨(dú)立保險(xiǎn)

利用各臺(tái)氣化爐檢修期間，對(duì)取樣泵電源一一加裝獨(dú)立保險(xiǎn)。

2.5 對(duì)取樣泵保護(hù)旁路單向閥進(jìn)行調(diào)試

利用各臺(tái)氣化爐檢修期間拆卸檢查單向閥，對(duì)所有單向閥啟動(dòng)壓力進(jìn)行調(diào)試，正向?qū)▔毫υO(shè)置為0.12～0.15 mPa。

圖5 伴熱系統(tǒng)改造前后簡(jiǎn)化示意圖

3 改造實(shí)施后效果

經(jīng)過(guò)多次改造實(shí)施后，運(yùn)行效果如下：①未見有取樣管線堵塞情況發(fā)生及未見有濾布前端扎帶脫落問(wèn)題的發(fā)生。②取消磨煤分析儀的定期排液工作量，排液次數(shù)由每日64臺(tái)次已經(jīng)降低到0臺(tái)次排放(僅需要正常的日間常規(guī)巡檢兩次，夜間不再有維護(hù)量)。③未發(fā)現(xiàn)樣品處理除水效果差或介質(zhì)帶水嚴(yán)重工況異常造成的污染檢測(cè)器問(wèn)題的發(fā)生。④樣品處理箱溫度也得到了較好的控制，箱內(nèi)部件工作穩(wěn)定。⑤受益于單向閥調(diào)試、維護(hù)與伴熱改造等，取樣泵的損耗率遠(yuǎn)低于改造前。2019年4月至今僅有一臺(tái)取樣泵因?yàn)檎＠匣鼡Q換新，遠(yuǎn)低于接手保運(yùn)第一年故障損壞7臺(tái)取樣泵。

4 相關(guān)后續(xù)鞏固措施及完善

4.1 后續(xù)鞏固措施

①用自動(dòng)排液罐替代了玻璃材質(zhì)的手動(dòng)排液罐，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，但發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的難度增加了(原先手動(dòng)排液罐為玻璃材質(zhì)，可視性化較強(qiáng)，容易被發(fā)現(xiàn))。因此有必要定期檢查、測(cè)試，目前排液罐檢查測(cè)試與維護(hù)已經(jīng)是停工檢修的必查項(xiàng)目。②取樣泵保護(hù)旁路單向閥已經(jīng)列為停工檢修的必查項(xiàng)目。③從伴熱改造效果上來(lái)看，已經(jīng)解決了現(xiàn)有問(wèn)題，但是仍存在一些問(wèn)題：比如改造后，調(diào)整樣品處理箱溫度合適仍需要較長(zhǎng)的調(diào)整與觀察時(shí)間，作業(yè)效率比較依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。雖然箱內(nèi)溫度從高溫降回到了正常溫度，但只有針閥在較小閥位時(shí)且專供伴熱盤管用的蒸汽②全關(guān)，才能滿足溫度需要。

4.2 后續(xù)伴熱改造完善方案

在條件具備的情況下，選擇以下兩種措施效果應(yīng)該會(huì)更好，相對(duì)來(lái)說(shuō)成本也會(huì)更高。①計(jì)算散熱量，根據(jù)伴熱需求更換散熱面積合適的伴熱盤管。②計(jì)算散熱量，根據(jù)伴熱需求將蒸汽替換為帶溫控的電加熱器。

5 結(jié)束語(yǔ)

煤化工裝置的在線分析儀表，運(yùn)行過(guò)程中因介質(zhì)因素導(dǎo)致無(wú)法正常運(yùn)行或故障頻次高的問(wèn)題較多，只有經(jīng)過(guò)儀表維保人員不斷分析、改造、總結(jié)，才能讓在線分析儀表運(yùn)行好起來(lái)，否則就會(huì)發(fā)展到無(wú)法運(yùn)行的地步。本案改造整體上改變了氣化裝置磨煤?jiǎn)卧诰€分析儀表存在的故障率高、可靠性差、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，基本上實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，為裝置的平穩(wěn)、安全運(yùn)行打下基礎(chǔ)。