甲醇廠氣化爐常見故障及處理措施

尉美玲

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037036）

1 氣化爐應(yīng)用情況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司年產(chǎn)60 萬t 是原同煤集團(tuán)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，甲醇生產(chǎn)裝置主要包括煤氣化裝置、甲醇裝置、硫回收裝置、空分裝置，其中煤氣化工藝是甲醇生產(chǎn)重要部分，采用Texaco 煤氣化工藝，該工藝主要原煤料制成水煤漿，然后采用純氧氣流床加壓氣化。氣化爐是煤氣化工藝中主要設(shè)備，氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行是保證甲醇廠安全生產(chǎn)的重要保障，但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，由于受生產(chǎn)能力、設(shè)備檢修維護(hù)水平等影響氣化爐頻繁出現(xiàn)故障，制約著甲醇廠安全高效生產(chǎn)。

2 氣化爐常見故障類型及原因

2.1 氣化爐燒嘴壓差低

2.1.1 工藝燒嘴結(jié)構(gòu)

工藝燒嘴是氣化爐重要部件，該裝置主要將煤漿和空分裝置中的氧氣進(jìn)行混合并輸入至氣化爐上部燃燒室內(nèi)進(jìn)行氧化反應(yīng)，氣化爐燒嘴壓采用的是三流式套管結(jié)構(gòu)，在噴頭處安裝冷卻盤管，在其內(nèi)部安裝中心管，其中外套環(huán)隙是氧氣的流通通道，中間套管環(huán)隙是煤漿的流通通道，如圖1 所示。

圖1 氣化爐燒嘴結(jié)構(gòu)示意圖

燒嘴壓差主要指的是煤漿進(jìn)入氣化爐前后壓力差，如果燒嘴壓力差頻繁出現(xiàn)，很容易造成燒嘴損壞，降低其使用壽命，甚至?xí)斐蔁炖鋮s水盤管燒穿，影響氣化爐正常運(yùn)行[1]。

2.1.2 工藝燒嘴壓差低主要原因

1）工藝燒嘴在使用一段時間后噴嘴口在高溫作用下造成外套環(huán)隙內(nèi)縮變小，在供氧量及供氧壓力不變情況下噴頭處通道截面積變小，出噴頭氧氣流速變大，由于受高速氧氣流影響在煤漿腔內(nèi)形成“抽負(fù)壓”區(qū)，從而造成煤漿腔內(nèi)失穩(wěn)現(xiàn)象，并在負(fù)壓作用下煤漿流速度變大，動能增加靜壓能降低，煤漿在入爐前壓力降低，造成壓力差。

2）由于煤漿流中摻雜固體顆粒，在高速煤漿流沖刷作用下煤漿噴頭處通道磨損嚴(yán)重，增加了煤漿噴頭處尺寸，同時受燒嘴壓差波動影響氣化爐中火焰變短，導(dǎo)致爐溫出現(xiàn)上移現(xiàn)象，從而加劇了燒嘴頭部的燒蝕和沖刷[2-3]。

2.2 氣化爐燃燒環(huán)焊縫開裂

2.2.1 燃燒環(huán)主要結(jié)構(gòu)

氣化爐燃燒環(huán)主要吊耳組件、氣體入口接管、空氣/燃?xì)馍w、主體等部分組成，燃燒環(huán)生產(chǎn)時按設(shè)計(jì)要求對各配件進(jìn)行加工，為保證燃燒環(huán)焊接工藝，采用全氬弧焊施工工藝，焊接完成后對焊接處進(jìn)行滲透探傷，防止焊接表面出現(xiàn)裂紋、氣孔等；在對主體、燃?xì)馍w、空氣蓋及空氣、燃?xì)饨庸芎附訒r必須保證焊接連續(xù)，焊接后焊縫余高應(yīng)高于母材厚度，燃燒環(huán)主體以及空氣/燃?xì)馍w焊接時必須各有2 條環(huán)形角焊縫[4]。

2.2.2 燃燒環(huán)焊縫開裂原因分析

1）燃燒環(huán)熱負(fù)荷影響：空氣腔側(cè)板、燃?xì)馇簧w板與柱體之間采用焊接連接，焊接后存在2～3 條環(huán)形焊縫，該焊縫屬于角焊縫，與傳統(tǒng)對接焊縫相比承載外力強(qiáng)度低；氣化爐在正常工作時提供標(biāo)準(zhǔn)火焰和下渣火焰2 種，其中標(biāo)準(zhǔn)火焰溫度大于1000 ℃，燃燒環(huán)在高溫作用下出現(xiàn)局部變形，造成在焊縫處受力大，一旦受力大于焊縫承載強(qiáng)度時出現(xiàn)焊縫開裂現(xiàn)象。

2）燃料氣小孔堵塞：在煤氣化作業(yè)時燃燒環(huán)燃料氣小孔很容易被固定原料堵塞，在燃燒過程中堵塞處受溫相對較低，而未堵塞的地方受溫高，兩處焊縫存在熱受力差，從而出現(xiàn)偏燒現(xiàn)象，受熱面受力不均導(dǎo)致熱受力大的一側(cè)焊縫很容易出現(xiàn)開裂。

2.3 氣化爐堵渣原因

2.3.1 堵渣原因及位置

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，氣化爐排渣系統(tǒng)出現(xiàn)堵渣現(xiàn)象主要原因由以下兩方面：

1）在進(jìn)行煤氣化工藝時原料煤種不同，以及添加的助溶劑比例不足，造成煤的灰熔點(diǎn)偏高、流動性降低，在氣化爐落渣口處形成渣塊，未及時清理從而導(dǎo)致堵渣現(xiàn)象。

2）氣化爐燒嘴罩、水冷壁出現(xiàn)破裂，造成爐內(nèi)滲水現(xiàn)象，滲出的水與液態(tài)渣接觸提前冷卻形成渣塊。

2.3.2 堵渣位置及現(xiàn)象

1）落渣口堵渣現(xiàn)象：氣化爐正常開車作業(yè)時受煤種變化等影響，熔渣流行性降低，落渣口上下存在壓差，壓差范圍為0.5～1.5 MPa，且落渣口通道收縮變小，破渣機(jī)負(fù)荷加大，油溫升高。

2）破渣機(jī)上部堵渣現(xiàn)象：破渣機(jī)上部出現(xiàn)堵渣時破渣機(jī)負(fù)荷大，油壓不穩(wěn)定跳動頻繁，當(dāng)油壓達(dá)20 MPa時出現(xiàn)自動停車現(xiàn)象，停車后油壓高不能及時啟動，一旦出現(xiàn)堵渣后落渣管溫度出現(xiàn)大幅度下降現(xiàn)象。

3）渣收集罐底錐出現(xiàn)堵渣現(xiàn)象：一旦渣收集罐底錐堵渣后渣鎖斗與渣收集罐連接后壓差表數(shù)值出現(xiàn)大幅度變化，由原來的240 kPa 下降至190 kPa，渣鎖斗壓力減小，同時排水增壓泵出口流量降低[5]。

2.4 氣化爐鎖斗系統(tǒng)故障原因

1）程控閥定位器故障：在煤氣化工藝作業(yè)過程中由于受振動影響程控閥定位器內(nèi)螺絲很容易出現(xiàn)松動現(xiàn)象，導(dǎo)致程控閥反饋器接收信號延時，造成鎖斗順控閥門開關(guān)潮濕，從而引起鎖斗系統(tǒng)跳車故障。

2）泄壓閥內(nèi)漏故障：氣化爐在運(yùn)行過程中一旦出現(xiàn)泄壓閥內(nèi)漏故障時會造成氣化爐激冷室液位下降以及鎖斗沖洗水罐液位上升，導(dǎo)致鎖斗溫度升高以及泄壓管線振動嚴(yán)重。

3 故障處理措施

3.1 燒嘴壓差低處理措施

通過分析研究決定對燒嘴噴頭進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，保證外環(huán)氧通道、內(nèi)氧通道以及煤漿通等壓力，采用CFD 數(shù)值模擬計(jì)算最終確定燒嘴噴頭尺寸，將原煤漿噴頭尺寸由原來的34 mm 縮小至28 mm，并將其縮入深度4.2 mm 減小至2.6 mm；將外氧噴頭出口尺寸減小至38 mm，外環(huán)氧間隙增大至3.57 mm。

3.2 燃燒環(huán)焊縫開裂處理措施

3.2.1 優(yōu)化焊縫焊接工藝

由于燃燒環(huán)主體與燃?xì)?空氣腔側(cè)板之間采用角焊縫焊接工藝，該焊縫承載強(qiáng)度低，決定對其焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化采用對接焊縫工藝，并將焊縫位置右移5～8 mm，通過對接焊縫溫度、應(yīng)力進(jìn)行模擬分析發(fā)現(xiàn)，相比角焊縫對接焊縫拉伸性能好，承載強(qiáng)度高，同等條件下采用對接焊縫后焊縫應(yīng)力值減小至845 MPa，相比傳統(tǒng)角焊縫減小了28.7%，如圖2 所示，焊縫工藝優(yōu)化改進(jìn)后減小了焊縫處應(yīng)力值，以及降低燃燒環(huán)拐角處內(nèi)壁應(yīng)力集中現(xiàn)象。

圖2 優(yōu)化改進(jìn)前后焊縫應(yīng)力分布曲線

3.2.2 燃燒環(huán)燃料氣孔堵塞處理措施

在正常工作狀態(tài)下燃燒環(huán)內(nèi)燃料氣孔以及一次空氣孔全部為導(dǎo)通狀態(tài)，內(nèi)部火焰均勻，燃燒環(huán)熱受力均勻，一旦燃燒環(huán)部分小孔堵塞后火焰不均，導(dǎo)致燃燒環(huán)焊縫處受熱不均斷裂，為了避免燃料氣控堵塞現(xiàn)象，決定對原燃料氣孔數(shù)量及直徑進(jìn)行改進(jìn)，原燃燒環(huán)內(nèi)共計(jì)布置16 組氣孔，每組3 個，孔直徑為1.6mm，優(yōu)化改進(jìn)后每組布置1 個氣控，孔直徑擴(kuò)大至2.76 mm，共計(jì)布置16 個氣孔。

3.3 氣化爐堵渣處理措施

1）氣化爐落渣口堵渣處理措施：對氣化爐運(yùn)行工況進(jìn)行檢查，對波動較大煤線采用手動操作，從而保證流量及閥位；對粉煤給料倉正常壓力進(jìn)行調(diào)整，保證給料倉與氣化爐壓差控制允許范圍內(nèi)。

2）破渣機(jī)上部堵渣處理措施：出現(xiàn)堵渣停車后首先將破渣機(jī)采用反轉(zhuǎn)空載啟動方式，正常啟動后在切換至正轉(zhuǎn)并觀察油壓情況，若油壓過高反復(fù)進(jìn)行操作，直至破渣機(jī)油壓控制在2.0 MPa 內(nèi)；對破渣機(jī)滑板閥開關(guān)進(jìn)行操作，板閥開度控制在25%～30%，從而調(diào)整破渣機(jī)相鄰動靜齒間隙，從而達(dá)到破碎渣塊目的。

3）渣收集罐底錐堵渣處理措施：分別將渣鎖斗和渣收集罐進(jìn)行隔離，對安裝在渣鎖斗上方的充壓管線進(jìn)行充壓，充壓后保證鎖斗壓力達(dá)到4.5 MPa，最后對收集罐與渣鎖斗質(zhì)檢的連通閥壓差進(jìn)行檢查；同時可通過對渣鎖斗進(jìn)行泄壓，泄壓后壓力控制在低于氣化爐壓力在0.3～0.5 MPa 范圍內(nèi)。

3.4 鎖斗系統(tǒng)故障處理措施

1）程控閥定位器故障處理措施：當(dāng)程控閥定位器出現(xiàn)故障無法顯示饋信號時，在不解除聯(lián)鎖前提下手動打開鎖斗系統(tǒng)對反饋信號進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試完成后通過手動開關(guān)程控閥，運(yùn)行正常后將系統(tǒng)設(shè)置“自動”運(yùn)行模式。

2）程控閥內(nèi)漏故障處理措施：當(dāng)程控閥出現(xiàn)內(nèi)漏后檢修人員對密封面位置進(jìn)行手動調(diào)整，并多次充泄壓進(jìn)行判斷內(nèi)漏故障是否處理；若仍出現(xiàn)內(nèi)漏時對小口徑閥門和大口徑閥門依次進(jìn)行更換。

4 結(jié)語

2022 年上半年廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司甲醇生產(chǎn)過程中氣化爐故障率占總設(shè)備故障率的80%，氣化爐故障影響生產(chǎn)總時長242 h，設(shè)備維修費(fèi)用達(dá)47.6 萬元，通過對氣化爐常見故障進(jìn)行分析以及采取合理預(yù)防措施后，2022 年下半年氣化爐故障率達(dá)到了明顯控制，氣化爐故障率降低至4%,占總事故率不足14%，設(shè)備故障影響生產(chǎn)時間降低至37 h，設(shè)備維修費(fèi)用減少至3.24 萬元，有效保證了甲醇廠安全高效生產(chǎn)，取得了顯著應(yīng)用成效。