Shell粉煤氣化裝置儀表閥門(mén)技改小結(jié)

王興壽，郭以彬，曹 丹

(云南天安化工有限公司，云南 安寧 650309)

0 引 言

云南天安化工有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)云南天安)500 kt/a合成氨項(xiàng)目于2007年底建成投產(chǎn)，其氣化裝置采用當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)、最復(fù)雜的Shell粉煤氣化技術(shù)(1臺(tái)Shell氣化爐)。Shell粉煤氣化裝置生產(chǎn)/控制自動(dòng)化程度高、連續(xù)生產(chǎn)性較強(qiáng)，儀表使用種類(lèi)覆蓋面廣是整個(gè)系統(tǒng)的一大特點(diǎn)，對(duì)儀表使用的可靠性要求較高。近年來(lái)，隨著自動(dòng)化水平及管理水平的不斷提升，云南天安要求儀表使用故障率逐年降低20%。以下主要就云南天安Shell氣化裝置儀表閥門(mén)故障率較高的一些問(wèn)題——液氮洗尾氣至氣化裝置磨煤?jiǎn)卧_(kāi)關(guān)閥填料泄漏致電動(dòng)頭損壞、排渣罐液位計(jì)根部取壓口堵塞、煤氣化倉(cāng)泵平衡閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作不到位及反饋指示不準(zhǔn)等進(jìn)行分析與探討。

1 液氮洗尾氣至氣化磨煤?jiǎn)卧_(kāi)關(guān)閥填料泄漏

1.1 問(wèn)題描述

云南天安低熱值液氮洗(系統(tǒng))尾氣高效利用工業(yè)化裝置，是將合成氨裝置液氮洗系統(tǒng)的尾氣預(yù)熱后，通過(guò)添加空氣在催化燃燒爐內(nèi)催化氧化，將CO、CH4、H2轉(zhuǎn)化成CO2和H2O，最后得到CO含量<200 mg/m3、O2含量≤6%、溫度440 ℃以上的燃燒氣，目前工藝上提高催化燃燒爐操作溫度(TE11008)至600 ℃左右(原操作溫度約450 ℃)，將催化氧化后的尾氣送至氣化裝置磨煤?jiǎn)卧糜诿悍鄣难心ヅc干燥——原設(shè)計(jì)磨煤?jiǎn)卧悍鄹稍锊捎脽犸L(fēng)爐熱煙氣(熱風(fēng)爐燃料原設(shè)計(jì)為凈化氣或新鮮氣，后改為了粗煤氣)；液氮洗尾氣催化燃燒爐投用后，正常生產(chǎn)時(shí)催化燃燒爐尾氣即可滿(mǎn)足生產(chǎn)所需，只有在液氮洗系統(tǒng)剛開(kāi)車(chē)、低負(fù)荷或故障情況下才會(huì)啟用熱風(fēng)爐(輔助干燥煤粉)，液氮洗系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)熱風(fēng)爐操作控制困難，甚至出現(xiàn)熱風(fēng)爐熄火的情況，燃?xì)饩奂跓犸L(fēng)爐爐膛內(nèi)存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，故工藝上需要提高催化燃燒爐操作溫度以利煤粉干燥。當(dāng)前，液氮洗尾氣至Shell氣化裝置磨煤?jiǎn)卧蠥線(xiàn)、B線(xiàn)、C線(xiàn)3條管線(xiàn)(平時(shí)一開(kāi)兩備)，管線(xiàn)上的電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥采用石墨盤(pán)根填料，填料使用溫度在-200～650 ℃(蒸汽)或-200～565 ℃(大氣)，不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)所需，液氮洗尾氣至氣化裝置磨煤?jiǎn)卧_(kāi)關(guān)閥(MV11001A/B、MV11002A/B、MV11003A/B，分別對(duì)應(yīng)A線(xiàn)、B線(xiàn)、C線(xiàn)，每組閥門(mén)A/B串聯(lián)，A閥屬電動(dòng)開(kāi)關(guān)型、B閥屬電動(dòng)調(diào)節(jié)型；MV11003A/B對(duì)應(yīng)C線(xiàn)，為后來(lái)單獨(dú)設(shè)計(jì)的)填料經(jīng)常工作在超溫條件下，造成石墨盤(pán)根碳化，2020年6月維修過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)A線(xiàn)開(kāi)關(guān)閥填料缺失造成介質(zhì)泄漏而損壞電動(dòng)頭。

1.2 原因分析

(1)液氮洗尾氣管線(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)行在高溫工況下，原有的開(kāi)關(guān)閥石墨填料長(zhǎng)期處于溫度上限運(yùn)行，使用壽命縮短。

(2)云南天安原料煤為集中采購(gòu)(掛網(wǎng)規(guī)范采購(gòu))，供應(yīng)批次不同，原料煤煤質(zhì)也不同，同批次原料煤庫(kù)存不充分，需經(jīng)常調(diào)整磨煤線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)，開(kāi)關(guān)閥工況經(jīng)常從冷態(tài)持續(xù)過(guò)渡到操作溫度600 ℃左右，溫升較快、溫差跨度較大。

(3)長(zhǎng)期運(yùn)行使得液氮洗系統(tǒng)尾氣換熱器存在泄漏，尤其是在溫度較低的時(shí)候液氮洗尾氣管線(xiàn)內(nèi)存在滴水的現(xiàn)象(尾氣與水共存)，從運(yùn)行狀態(tài)(高溫狀態(tài))停下來(lái)時(shí)，較干燥的電動(dòng)閥填料容易吸附水，甚至停用時(shí)填料處漏水。

(4)電動(dòng)閥(MV11001A/B、MV11002A/B、MV11003A/B)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝不合理，一旦填料發(fā)生泄漏，高溫介質(zhì)流出就容易損壞其電動(dòng)頭。

1.3 解決方案

(1)方案一。6臺(tái)電動(dòng)閥(MV11001A/B、MV11002A/B、MV11003A/B)全部重新選型，更換為耐高溫材質(zhì)的閥體，控制方式改為氣動(dòng)控制，并適當(dāng)延長(zhǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥體的距離，連接部分增設(shè)散熱片以隔絕管道高溫傳導(dǎo)，避免缸體密封圈等執(zhí)行機(jī)構(gòu)附件損壞。本方案需整體更換閥門(mén)，投資較大，預(yù)算投資約200萬(wàn)元。

(2)方案二。原有電動(dòng)頭閥體改為分體式電動(dòng)頭，從而降低電氣部分、電路控制板工作環(huán)境溫度，保障其使用壽命，在填料泄漏時(shí)保護(hù)電動(dòng)頭不受高溫?fù)p壞。本方案預(yù)算投資約15萬(wàn)元。

(3)方案三。尋找可以替代膨脹石墨盤(pán)根填料[石墨盤(pán)根由各種增強(qiáng)纖維、金屬絲(鋼絲、銅絲、鎳絲、碳纖維、預(yù)氧絲、玻璃紗)等增強(qiáng)的石墨線(xiàn)為原料精工編織而成，使用溫度范圍-100～800 ℃，線(xiàn)速度0～15 m/s，在線(xiàn)使用壓力旋轉(zhuǎn)泵20 MPa/往復(fù)泵10 MPa/閥門(mén)40 MPa，pH 0～14]的填料。本方案可操作性較強(qiáng)，預(yù)算投資約0.5萬(wàn)元。

(4)方案四。解決原料煤供應(yīng)問(wèn)題，提高原料煤供應(yīng)的穩(wěn)定性，但該措施不可控因素較多，可操作性不太強(qiáng)，需采購(gòu)人員多方協(xié)調(diào)；檢修、修復(fù)泄漏的換熱器，預(yù)算投資約10萬(wàn)元。

綜合考量并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，云南天安選擇了方案三，即解決填料碳化問(wèn)題——選擇陶瓷纖維盤(pán)根(陶瓷纖維盤(pán)根由高品質(zhì)陶瓷纖維編織而成，使用溫度范圍-140～1 260 ℃，線(xiàn)速度12 m/s，使用壓力3～10 MPa，pH 3～14)替代原膨脹石墨盤(pán)根填料。2021年3月大修期間，液氮洗尾氣至氣化裝置磨煤?jiǎn)卧_(kāi)關(guān)閥(MV11001A/B、MV11002A/B、MV11003A/B)更換為陶瓷纖維盤(pán)根，系統(tǒng)重啟后至今6臺(tái)開(kāi)關(guān)閥再未發(fā)生過(guò)填料泄漏。

2 排渣罐液位計(jì)變送器取壓口堵塞

2.1 問(wèn)題描述

2.2 技改措施

經(jīng)分析與探討，30單元公用工程系統(tǒng)新鮮水(即高壓工藝水)壓力0.35 MPa、pH 6.5～8.5、濁度≤5 FTU、總硬度2～5 mg/L、總堿度2～5 mg/L、總鐵0.5 mg/L、Al3+0.5 mg/L，此高壓工藝水水質(zhì)好，供機(jī)泵機(jī)械密封使用，不含雜質(zhì)，用其替代14LT0007A/B原正端反吹沖洗水，可解決14LT0007A/B變送器取壓口結(jié)垢堵塞問(wèn)題。

14LT0007A/B正端反吹沖洗水采用工藝水緩沖槽(T3301)供應(yīng)的水。T3301內(nèi)一部分水經(jīng)過(guò)高壓工藝水泵(P3302A/B/C)加壓至6.50 MPa(壓力變送器33PT0002)送高壓工藝水分配總管(高壓工藝水流量大致為30 m3/h)，第一股用作高壓水泵(P1304A/B、P1401A/B/C、P1402A/B、P1601A/B)及破渣機(jī)(X1401)的密封水，第二股用作14LT0007A/B正端反吹沖洗水——從煤氣化框架三樓的高壓工藝水分配總管配管引至二樓，再利用部分舊管(原取壓管線(xiàn)因取水不干凈易堵塞，故用堵頭堵了停用)引至14LT0007A/B變送器正端用于反吹，此股水流量很小(大致為5 m3/h)，高壓工藝水“實(shí)際用量”不會(huì)增加，不影響其作為機(jī)封水及工藝生產(chǎn)使用。另外，排渣罐(V1403)液位計(jì)(14LT0007A/B)正端反吹沖洗水采用工藝水緩沖槽(T3301)來(lái)的溫度為50 ℃、實(shí)際壓力為6.06 MPa的高壓工藝水，大于V1403的實(shí)際工作壓力(14PT0012)4.27 MPa，能很好地起到反吹沖洗14LT0007A/B變送器取壓管的作用，防止其堵塞。2022年10月氣化裝置大修期間，14LT0007A/B變送器取壓管正端反吹沖洗水改用高壓工藝水技改完成后，再未出現(xiàn)過(guò)排渣罐液位計(jì)變送器取壓口堵塞問(wèn)題。

3 煤氣化倉(cāng)泵平衡閥卡澀

3.1 問(wèn)題描述

倉(cāng)泵是一種充氣罐式氣力輸送設(shè)備，用于壓送式氣力輸送系統(tǒng)中，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送粉料；工作時(shí)以壓縮空氣為動(dòng)力，泵體內(nèi)的粉狀物料與充入的壓縮空氣形成類(lèi)流體狀的氣固混合物，借助泵體內(nèi)外的壓差實(shí)現(xiàn)混合物的流動(dòng)，經(jīng)輸料管輸送至儲(chǔ)料設(shè)備。中間飛灰貯罐(V1505)泄完壓，V1505與吹灰器(V1508)連通管道上的平衡閥可保證此兩臺(tái)設(shè)備壓差平衡，從而將V1508中的灰順利通過(guò)下料閥送至倉(cāng)泵輸送至原料灰?guī)?。此平衡閥大約8 min動(dòng)作1次，當(dāng)后續(xù)系統(tǒng)有故障需停止輸灰時(shí)，由于伴熱效果有限、灰里水分增加，灰在設(shè)備內(nèi)停留時(shí)間越長(zhǎng)，結(jié)塊就越嚴(yán)重，其后在輸灰過(guò)程中由于“灰顆?！痹龃笠自斐善胶忾y卡澀——2023年1月就曾出現(xiàn)倉(cāng)泵平衡閥卡澀，導(dǎo)致其開(kāi)關(guān)位置反饋不準(zhǔn)，PLC運(yùn)行程序因反饋未回，停用PLC系統(tǒng)(PLC系統(tǒng)收不到反饋信號(hào)，程序就認(rèn)為閥門(mén)是不動(dòng)作的，不平衡狀態(tài)下是不允許下料輸灰的，因?yàn)槿粝旅嬖O(shè)備壓力高，會(huì)出現(xiàn)一種“浮騰”現(xiàn)象，根本下不了料，這也是出于安全方面的考慮)，輸灰難度加大，工藝人員操作不方便。

3.2 技改措施

① 將平衡閥由“單閥雙盤(pán)”改為“單閥單盤(pán)”，保留連接軸的彈簧，保證平衡閥開(kāi)關(guān)時(shí)的清潔度、自潔功能；② 開(kāi)關(guān)位置反饋類(lèi)型由磁感應(yīng)式改為接近開(kāi)關(guān)式；③ 倉(cāng)泵平衡閥排污口加裝吹掃氮?dú)?，保證平衡閥在開(kāi)關(guān)過(guò)程中整個(gè)閥腔處于“擾動(dòng)環(huán)境”下，閥腔附件上的“灰顆?！蓖ㄟ^(guò)吹掃不會(huì)附著在閥門(mén)開(kāi)關(guān)運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)；④ 吹掃氮?dú)馊嚎陂_(kāi)孔設(shè)在一次氮?dú)獬鋲洪y(針形閥)后，保證平衡閥在一次氮?dú)獬鋲洪y動(dòng)作時(shí)才進(jìn)行吹掃，需注意一次氮?dú)獬鋲洪y(針形閥)開(kāi)度不宜過(guò)大(1/3開(kāi)度即可)，以免造成氮?dú)赓Y源浪費(fèi)。2023年2月上述技改措施落實(shí)后，再未出現(xiàn)過(guò)煤氣化倉(cāng)泵平衡閥卡澀問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)一系列的優(yōu)化技改，云南天安解決了Shell粉煤氣化裝置近年故障頻發(fā)的3個(gè)儀表閥門(mén)方面的問(wèn)題，但還有一些潛在因素影響著裝置的穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)儀表閥門(mén)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，首先需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝、介質(zhì)使用條件深入分析與研究，找到故障的根源。同時(shí)，合理設(shè)計(jì)、優(yōu)選測(cè)量方案、應(yīng)用新產(chǎn)品等可明顯提升儀表的測(cè)量精度——隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是新產(chǎn)品的問(wèn)世，有些儀表方面的“瓶頸”問(wèn)題將逐步解決?？傊瑑x表運(yùn)行良好、指示精準(zhǔn)是化工裝置穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)條件之一，儀表管理方面竭盡所能、夯實(shí)基礎(chǔ)，方可助力裝置的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿(mǎn)、優(yōu)運(yùn)行。