氣化爐排水管線工藝優(yōu)化

陳倩倩, 姜良建, 王德泉

(萬(wàn)華化學(xué)(寧波)有限公司, 浙江寧波 315812)

萬(wàn)華化學(xué)寧波有限公司氣化裝置已運(yùn)行13 a,運(yùn)行工況復(fù)雜(高溫、高壓,含有毒、可燃介質(zhì)),同時(shí)存在氣液固三相腐蝕沖刷等不利因素。氣化裝置運(yùn)行期間出現(xiàn)蒸發(fā)熱水塔入口閥門(PV0801)底部盲法蘭呲漏,造成現(xiàn)場(chǎng)高溫水汽噴出;氣化爐排水管線現(xiàn)場(chǎng)壓力表根部取壓管焊縫處出現(xiàn)裂紋,由于氣化爐壓力過(guò)高,無(wú)法隔離,處置漏點(diǎn)需要?dú)饣癄t降負(fù)荷、降壓等過(guò)程,影響生產(chǎn)鏈負(fù)荷。氣化爐運(yùn)行過(guò)程中存在泄漏點(diǎn)不易發(fā)現(xiàn)、處置難隔離、泄漏點(diǎn)難管控等難點(diǎn),頻繁的泄漏對(duì)煤氣化設(shè)備及后續(xù)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害,已成為影響裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的“瓶頸”。

1 氣化爐排水工藝

氣化爐是一臺(tái)高溫(1 350 ℃以上)、高壓(6.5 MPa)的反應(yīng)設(shè)備,產(chǎn)生的高溫氣體經(jīng)氣化爐、旋風(fēng)分離器、水洗塔處理后送入后工序,其中經(jīng)過(guò)反應(yīng)洗滌后的高溫高壓黑水通過(guò)2路排水管線(1開(kāi)1備),每路排水管線經(jīng)過(guò)減壓閥門進(jìn)入含渣水處理工序,送入蒸發(fā)熱水塔下部蒸發(fā)室,黑水在其中進(jìn)行閃蒸、濃縮,并回收熱量、除去酸性氣。氣化爐排水工藝流程見(jiàn)圖1。

F0701-氣化爐;Y0701-旋風(fēng)分離器;T0701-水洗塔;T0801-蒸發(fā)熱水塔;FV0712A-氣化爐排水管線1;FV0712A-1-氣化爐排水管線;PV0801A1-蒸發(fā)熱水塔入口角閥1;PV0801A2-蒸發(fā)熱水塔入口角閥2;FV0706-旋風(fēng)分離器排水閥門;FV0704A-水洗塔排水閥門;PV0801A3-蒸發(fā)熱水塔入口角閥3;PV0801A4-蒸發(fā)熱水塔入口角閥4;P0705-激冷水泵;P0801-高溫?zé)崴?PC-冷凝液;SW-高溫密封水;709-變換工段;NF-火炬系統(tǒng)。圖1 氣化爐排水工藝流程

2 氣化爐排水管線存在的問(wèn)題

2.1 管道堵塞

氣化爐排出的黑水含固量高、水質(zhì)差,含有大量的碳酸根和硅酸根,與鈣鎂離子結(jié)合后形成沉淀,沉淀物硬度高,必須利用水槍做好工藝介質(zhì)隔離工作,備用閥門長(zhǎng)期不動(dòng)作容易導(dǎo)致管道堵塞、管壁結(jié)垢(見(jiàn)圖2、圖3)。結(jié)垢不僅會(huì)影響流量計(jì)和溫度計(jì)的正常指示,還會(huì)影響氣化爐黑水排出,情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成氣化爐停車。

圖2 排水管道堵塞

圖3 管道內(nèi)部垢片

2.2 閥門管道沖刷及泄漏

在氣化爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況中,介質(zhì)主要為含有氯離子、硫化氫等強(qiáng)腐蝕介質(zhì),并含有大量固體顆粒的高溫黑水、灰水和渣水(見(jiàn)表1)[1-2]。黑水溫度可達(dá)到245 ℃左右,最大壓差可達(dá)到6.0 MPa,工況具有高壓差、強(qiáng)沖刷、強(qiáng)腐蝕、介質(zhì)為固液氣三相流等特點(diǎn)[3]?？刂崎yPV0801在使用中不僅要承受閥門壓力降引起的高流速煤灰顆粒的沖刷,還要耐受閃蒸溶解的汽蝕、黑水汽化引起的腐蝕。黑水經(jīng)角閥減壓流出后,由于流速在角閥筒體內(nèi)急劇增大,大量固體顆粒的黑水直接噴向角閥筒體底部法蘭蓋,造成黑水角閥筒體底蓋磨損嚴(yán)重(見(jiàn)圖4),長(zhǎng)期運(yùn)行造成泄漏,一旦泄漏,高溫高壓水汽呈云霧噴濺(見(jiàn)圖5),人員難靠近,處理風(fēng)險(xiǎn)較大。

表1 氣化爐水循環(huán)工藝參數(shù)

圖4 底部法蘭蓋沖刷

圖5 管道泄漏現(xiàn)場(chǎng)圖

2.3 工藝處理困難

根據(jù)黑水工藝流程可得出,一旦出現(xiàn)堵塞,容易造成氣化爐排水困難,氣化爐液位上漲。合成氣通過(guò)工藝氣管道帶至下游變換系統(tǒng),造成變換爐進(jìn)水、觸媒粉化失活,需要停車處理,影響生產(chǎn)需求。由于氣化系統(tǒng)高溫高壓環(huán)境,一旦出現(xiàn)管道結(jié)垢通量不足時(shí),需要進(jìn)行在線隔離、泄壓處理,整個(gè)處理過(guò)程不僅操作難度大,而且處理風(fēng)險(xiǎn)也較高。

2.4 運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高

運(yùn)行中存在竄壓風(fēng)險(xiǎn)。氣化爐激冷室內(nèi)為鼓泡沸騰狀態(tài),并非靜態(tài)液位,導(dǎo)致氣化爐液位計(jì)不穩(wěn)定。其中,氣化爐運(yùn)行壓力為6.3 MPa,黑水排至蒸發(fā)熱水塔運(yùn)行壓力為0.8 MPa,一旦閥門出現(xiàn)故障,氣化爐、旋風(fēng)分離器、水洗塔液位排空時(shí),容易造成高壓工藝氣體竄至低壓系統(tǒng)中,造成管道破裂,人員傷亡。

3 優(yōu)化措施

3.1 管道堵塞難點(diǎn)優(yōu)化

針對(duì)氣化爐排水管道堵塞異常進(jìn)行研討,除了降低工藝水質(zhì)的影響外,對(duì)排水管道進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)、管線定期切換,防止備用管線長(zhǎng)時(shí)間不用,灰渣堆積造成管道堵塞[4]。針對(duì)管線切換制定標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程,1周切換1次,切換后測(cè)試排水情況,無(wú)異常后聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)查看管道是否有漏點(diǎn),進(jìn)行預(yù)防性檢查。

由于手動(dòng)切換管線操作需要緩慢開(kāi)關(guān)閥門,保證切換過(guò)程中系統(tǒng)壓力及液位穩(wěn)定,導(dǎo)致整個(gè)切換過(guò)程人員操作率較高,單次切換操作次數(shù)超過(guò)400次,不僅增加了操作率,使自控率降低,而且人員高頻次、長(zhǎng)時(shí)間操作(操作期間還需關(guān)注氣化爐、旋風(fēng)分離器、水洗塔液位,以及氣化爐、蒸發(fā)熱水塔壓力)也容易帶來(lái)誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)以上問(wèn)題,結(jié)合目前實(shí)際情況,通過(guò)閥門一鍵切換方式進(jìn)行黑水閥門的常規(guī)切換,減少人員操作次數(shù),降低操作風(fēng)險(xiǎn)。利用爬坡速率,參數(shù)控制原理,判定條件完成順控操作,完成自動(dòng)切換的閥門有FV0712、PV0801、LV0801,制作一鍵順控切換面板。

經(jīng)過(guò)閥門一鍵切換后,工作人員操作壓力降低,操作次數(shù)減少,自控率不受切換影響。在切換過(guò)程中,設(shè)置黃色底色閃爍提醒,監(jiān)控切換狀態(tài),整個(gè)過(guò)程的操作時(shí)間短,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2 閥門管道沖刷及泄漏優(yōu)化

針對(duì)控制閥PV0801管道彎頭及底部盲法蘭處出現(xiàn)沖刷泄漏,且處置困難的問(wèn)題,進(jìn)行整改。在控制閥PV0801后三通處對(duì)材質(zhì)進(jìn)行升級(jí),由碳鋼更換為內(nèi)襯加強(qiáng)合金,增加其耐磨、耐腐蝕及耐沖刷性能,此外對(duì)該三通延長(zhǎng)600 mm,緩沖對(duì)底部盲法蘭及彎頭的沖刷。通過(guò)以上改造,大大降低了該段盲法蘭、管道的磨損速度, 降低出現(xiàn)泄漏的概率,保證了氣化爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 竄壓風(fēng)險(xiǎn)管控

針對(duì)黑水管線存在的竄壓風(fēng)險(xiǎn),利用保護(hù)邏輯原理進(jìn)行保護(hù),對(duì)FV0712FV0706FV0704PV0801閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行技改,即增加電磁閥,當(dāng)液位低時(shí)排水閥門自動(dòng)失電關(guān)閉,防止液位過(guò)低空罐造成高壓竄低壓,降低蒸發(fā)熱水塔超壓運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)氣化爐排水管線運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行分析,采用定期切換管線方案(切換周期為7 d),防止管線長(zhǎng)期不使用導(dǎo)致堵塞結(jié)垢,減少處理風(fēng)險(xiǎn)和成本;在排水閥門切換方面,利用一鍵切換順控導(dǎo)航,減少人員操作壓力,減少操作次數(shù);通過(guò)對(duì)控制閥PV0801閥后設(shè)備管道進(jìn)行優(yōu)化,減少管道沖刷,減少管道泄漏風(fēng)險(xiǎn);對(duì)氣化爐排水管線利用聯(lián)鎖失電關(guān)閉閥門,對(duì)高壓竄低壓進(jìn)行防護(hù)。以上改進(jìn)措施使氣化爐排水管線在生產(chǎn)周期內(nèi)堵塞、泄漏次數(shù)明顯減少,為氣化爐的安全運(yùn)行提供了保障,保證了裝置安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期滿負(fù)荷的運(yùn)行。