粉煤加壓氣化工程施工、安裝及運(yùn)行總結(jié)

高明林 張超

(安徽昊源化工集團(tuán)有限公司安徽阜陽236000)

粉煤加壓氣化工程施工、安裝及運(yùn)行總結(jié)

高明林 張超

(安徽昊源化工集團(tuán)有限公司安徽阜陽236000)

安徽昊源化工集團(tuán)有限公司(以下簡稱昊源化工公司)現(xiàn)有生產(chǎn)能力為1 500 kt/a總氨、1 200 kt/a尿素、400 kt/a碳酸氫銨、20 kt/a嗎啉、200 kt/a雙氧水、30 MW余熱發(fā)電、塑料編織袋、工業(yè)(醫(yī)用)氧氣、溶解乙炔等。其中，尿素生產(chǎn)能力居安徽省第一，為國家免檢產(chǎn)品。

近年新增了2臺(tái)航天粉煤加壓氣化爐(分2期進(jìn)行)，一期工程為180 kt/a合成氨、300 kt/a尿素，于2013年3月22日點(diǎn)火投煤試運(yùn)行24 h，產(chǎn)出合格煤氣，一次性開車成功;自2013年4月12日正式開車投產(chǎn)運(yùn)行至今，運(yùn)行狀況良好。

1 土建施工

2011年12月1日，土建開挖。因氣化框架土建施工的工程量較大，在樁基施工過程中，均由監(jiān)理單位及建設(shè)單位安排專業(yè)人員進(jìn)行24 h不間斷施工，保證了樁基施工的進(jìn)度及質(zhì)量。在進(jìn)行筏板基礎(chǔ)及以上施工時(shí)，根據(jù)后澆帶的位置，確定分批量交叉施工，保證了人力及養(yǎng)護(hù)交叉時(shí)間，縮短了整個(gè)施工周期。2012年7月15日，具備施工安裝32 m以上鋼結(jié)構(gòu)和32 m及以下的設(shè)備吊裝條件。

在框架施工過程中，為保證工程施工質(zhì)量，昊源化工公司外聘工程監(jiān)理公司進(jìn)行監(jiān)理，同時(shí)安排項(xiàng)目組土建專業(yè)人員全程跟蹤，從時(shí)間安排、原料質(zhì)量、施工程序進(jìn)行全過程控制，有效地控制了工程質(zhì)量和工程進(jìn)度，為后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)安裝及設(shè)備吊裝贏得了時(shí)間。

2 設(shè)備安裝

航天爐主要設(shè)備均為航天長征化學(xué)工程股份有限公司專有、專利設(shè)備，因系統(tǒng)框架較高(土建框架32 m，32 m以上均為鋼結(jié)構(gòu)框架，總高為76 m)，在土建施工時(shí)，必須通盤考慮設(shè)備吊裝就位問題，以便系統(tǒng)交叉進(jìn)行安裝，減少施工時(shí)間及施工費(fèi)用。吊裝方案的選擇很關(guān)鍵，使用履帶吊裝設(shè)備施工方便，但費(fèi)用較高;若選用履帶吊裝設(shè)備，則須在32 m土建施工結(jié)束后，經(jīng)過混凝土養(yǎng)護(hù)期，具備設(shè)備承重條件下，先就位32 m以下的靜止設(shè)備，在設(shè)備承重前，將32 m以下的柱間支撐及設(shè)備承重支撐梁施工到位，32 m以下的設(shè)備吊裝必須在鋼結(jié)構(gòu)施工前完成，因?yàn)槁膸У跹b設(shè)備無法在鋼結(jié)構(gòu)施工結(jié)束后進(jìn)入。若選用卷揚(yáng)機(jī)和滑輪進(jìn)行吊裝就位，吊裝難度大，周期較長，但費(fèi)用較低。昊源化工公司因施工周期要求較緊，選用了履帶吊裝設(shè)備，在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，粉煤儲(chǔ)罐、氣化爐高壓汽包等需在承重層施工結(jié)束后立即就位，否則吊裝就位難度較大，所有設(shè)備吊裝就位耗時(shí)1個(gè)月時(shí)間完成。

2.1 靜止設(shè)備的檢查及就位注意事項(xiàng)

為保證設(shè)備加工質(zhì)量及內(nèi)件加工質(zhì)量，在設(shè)備到廠前，組織專人對所有的設(shè)備進(jìn)行了檢查，在檢查中發(fā)現(xiàn)如下問題:①換熱器列管防沖板焊接不牢固，且通量較小;②氧氣預(yù)熱器內(nèi)部隔板及折流板毛刺棱角較多，焊縫焊瘤較多，未進(jìn)行仔細(xì)打磨，被迫返廠重新加工;③高閃與真閃內(nèi)件螺栓松動(dòng)，進(jìn)行重新緊固并點(diǎn)焊固定;④塔盤支撐圈水平度不夠，塔盤安裝后出現(xiàn)偏差較大。針對以上問題分別進(jìn)行了整理、整改，達(dá)到安裝要求。

2.2 設(shè)備就位注意事項(xiàng)

(1)氣化裝置關(guān)鍵設(shè)備要保證2條線。一條線為粉煤儲(chǔ)罐過濾器、粉煤儲(chǔ)罐、粉煤鎖斗、粉煤給料罐4臺(tái)設(shè)備管口中心及垂直度一條線;另一條線為氣化爐、破渣機(jī)、渣鎖斗3臺(tái)設(shè)備管口中心及垂直度一條線。這2條線都是靠物料自身重力作用進(jìn)行物料流動(dòng)的，其垂直度的好壞會(huì)直接影響設(shè)備及工藝的正常運(yùn)行。

(2)氣化爐找正方法的確定。氣化爐是粉煤加壓氣化的關(guān)鍵設(shè)備，如按普通工業(yè)爐的標(biāo)準(zhǔn)去精找，也可以運(yùn)行，但運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及周期性值得探究。根據(jù)粉煤加壓氣化的氣化運(yùn)行機(jī)理，氣化爐盤管內(nèi)表面涂有20 mm厚的碳化硅隔熱材料，同時(shí)利用熔融渣掛壁，采用以渣抗渣理論來降低爐膛傳熱效率，高溫熔融渣是在自身重力及氣流的作用下沿內(nèi)壁下流，從渣口流出進(jìn)入下降管，經(jīng)激冷水激冷進(jìn)入氣化爐下部破渣機(jī)內(nèi)。如果按普通工業(yè)爐靠外壁垂直度來找正的方法找正氣化爐，不能保證氣化爐水冷壁及下渣口的垂直度，可能會(huì)造成爐膛掛渣偏，直接影響氣化爐運(yùn)行工況。經(jīng)過反復(fù)考慮及查閱相關(guān)資料，最終決定從爐膛內(nèi)部開始尋找氣化爐垂直度參考點(diǎn)，法蘭口局部不水平通過墊環(huán)進(jìn)行局部校驗(yàn)。經(jīng)最終找正調(diào)整，氣化爐的內(nèi)側(cè)垂直度達(dá)到0.3‰(筆者認(rèn)為小于1.0‰就可以滿足工藝要求)。

(3)粉煤鎖斗充氣笛管的安裝注意事項(xiàng)。粉煤鎖斗充氣笛管主要作用是通過給鎖斗沖壓將鎖斗內(nèi)的粉煤蓬松，防止粉煤被氣壓實(shí)結(jié)塊。因存在壓差且為燒結(jié)金屬，易造成笛管振動(dòng)，有時(shí)笛管可能會(huì)被振破，影響生產(chǎn)。為此，在安裝笛管時(shí)，墊片采用有內(nèi)環(huán)無外環(huán)的金屬纏繞墊片，螺栓緊固，同時(shí)笛管就位時(shí)與原預(yù)留的預(yù)焊件之間有間隙，需用管托將笛管墊實(shí)，將管托焊牢，用管夾上緊螺栓焊死，上、下笛管各3個(gè)支撐點(diǎn)全部固定到位，最后將上、下笛管的連接螺栓點(diǎn)焊到位，防止松動(dòng)退絲。

(4)粉煤鎖斗過濾器內(nèi)件的安裝。粉煤鎖斗過濾器的內(nèi)件過濾棒為燒結(jié)金屬，用螺母緊固在管板上，在過濾器底部錐體上增加1塊孔徑為15 mm的多孔板，多孔板厚度為15～20 mm，斷焊在錐體壁上，保證燒結(jié)金屬棒破碎脫落后不掉進(jìn)鎖斗內(nèi)，以免影響粉煤輸送。

2.3 運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備就位注意事項(xiàng)

(1)磨煤機(jī)的安裝

磨煤機(jī)是粉煤加壓氣化磨煤單元的主要運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，其安裝質(zhì)量好壞直接關(guān)系到磨煤機(jī)的長周期運(yùn)行。磨煤機(jī)的主要安裝要點(diǎn):①磨煤機(jī)底座鋼板水平與磨煤機(jī)減速機(jī)上平面水平，水平度均應(yīng)＜3‰;②磨煤機(jī)安裝結(jié)束后，緊固并施焊磨煤機(jī)內(nèi)緊固件，以保證在運(yùn)轉(zhuǎn)過程不會(huì)因振動(dòng)引起緊固件的脫落導(dǎo)致磨煤機(jī)異?；驌p壞。

(2)機(jī)泵的安裝

機(jī)泵安裝過程中對精度的控制要求直接影響機(jī)泵的安全運(yùn)行，特別是洗滌塔給料泵和密封沖洗水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高(分別為8 000 r/min和13 000 r/min)，安裝時(shí)更應(yīng)謹(jǐn)之又慎。不論多么精密的設(shè)備，只要按運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的安裝規(guī)范及要求操作即可保證安裝質(zhì)量，但過程控制是關(guān)鍵。過程控制主要有:①基礎(chǔ)處理按要求并保證處理到位，才能保證灌漿后的地腳螺栓處于安全固定狀態(tài);②保證設(shè)備找正后軸向、徑向數(shù)據(jù)≤0.05 mm;③按高速泵潤滑油安裝使用說明書要求選擇合適的潤滑油，以保證有油膜產(chǎn)生。

3 工藝配管

北京航天設(shè)計(jì)院在系統(tǒng)工藝配管設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了物料的均衡分布，如氣化爐盤管進(jìn)水、出水，激冷水進(jìn)水分布，充氣笛管的氣體管路等，均考慮了管道阻力對物料分布的影響，但在黑水處理及合成氣洗滌系統(tǒng)配管設(shè)計(jì)處仍存在一定的欠缺。

3.1 配管設(shè)計(jì)缺陷

(1)激冷水系統(tǒng)管線1開1備閥組設(shè)計(jì)不合理。因激冷水系統(tǒng)內(nèi)含有一定量的細(xì)灰，若按常規(guī)設(shè)計(jì)，2臺(tái)激冷水泵進(jìn)、出口閥門位置與管道匯合處三通之間的間距過大，會(huì)造成備用泵短節(jié)出積灰堵塞，備用泵無法開啟，影響生產(chǎn)。影響部位包括激冷水泵進(jìn)、出口閥組，激冷水過濾器進(jìn)、出口閥組，渣池泵進(jìn)、出口閥組等。為此，在保證設(shè)備管道應(yīng)力消除的前提下，將2臺(tái)設(shè)備的進(jìn)口閥組放在一起，出口閥組放在一起，均在閥后管道匯合與總管連接，支管與總管匯合處與閥后法蘭間的管道短節(jié)越短越好，保證法蘭與閥門連接能拆卸螺栓即可，以消除局部積灰死區(qū)，保證備用泵起到備用作用。

(2)合成氣洗氣塔出口合成氣管線配管設(shè)置不合理。原合成氣管線以直接三通形式進(jìn)入同徑管道，管道兩端均用管帽封堵，而后又分別在集氣管道上通過三通管件開支管，一路為合成氣出口閥組，另一路為合成氣放空到火炬閥組，增加了合成氣出口系統(tǒng)阻力，長周期運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。為此，在保證消除管道應(yīng)力的前提下，將系統(tǒng)配管全以彎頭的形式配置，并縮短了配管長度。

(3)高壓閃蒸罐錐底工藝配管不合理。原高壓閃蒸罐錐底直接用法蘭連接150LB DN 250 mm閥門，閥后配Φ 273 mm×12 mm管道至真空閃蒸罐排液管，與真空閃蒸罐排液管焊接匯合，高壓閃蒸罐錐底排污水與真空閃蒸罐排液一起沿排液管進(jìn)入灰水沉降槽。因高壓閃蒸罐液位控制靠高壓閃蒸罐到真空閃蒸罐之間的減壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，若要打開高壓閃蒸罐錐底球閥保證液體流動(dòng)，則高壓閃蒸罐液位不易控制，且灰水不經(jīng)真空閃蒸罐閃蒸處理，直接進(jìn)入灰水沉降槽，加重灰水沉降槽的熱負(fù)荷，且易造成管道汽蝕磨損腐蝕;若不打開高壓閃蒸罐錐底球閥，易造成高壓閃蒸罐錐體沉積大量細(xì)灰，增加高壓閃蒸罐自重的同時(shí)，高壓閃蒸罐的灰水容積減少，灰水停留時(shí)間縮短，影響高壓閃蒸罐的閃蒸效果。為此，將高壓閃蒸罐錐體底部DN 250 mm球閥取消，在錐體底部法蘭上連接長300 mm的DN 250 mm短節(jié)，下部用盲板蓋封住，在短節(jié)上按DN 100 mm支管，并加2只球閥后配管至減壓緩沖組件，經(jīng)減壓緩沖組件減壓后進(jìn)入真空閃蒸罐，保證長期流動(dòng)，徹底解決高壓閃蒸罐底部積灰問題。后經(jīng)裝置系統(tǒng)停車檢查，高壓閃蒸罐錐體積灰很少，達(dá)到了預(yù)期目的。

3.2 工藝配管的質(zhì)量控制

3.2.1 原材料的質(zhì)量控制

根據(jù)設(shè)計(jì)要求采購各種規(guī)格和材質(zhì)的材料，為方便確認(rèn)材質(zhì)，在項(xiàng)目開始時(shí)，就制訂了不同材質(zhì)的色標(biāo)及相同材質(zhì)不同規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的序號(hào)標(biāo)示，保證了所用材質(zhì)的準(zhǔn)確性。

3.2.2 焊接材料質(zhì)量控制

施工安裝全部承包給安裝公司，要求焊材采用指定品牌焊條，并查看采購證件，特殊材質(zhì)按特殊要求選用。安裝公司按使用要求統(tǒng)一保管、發(fā)放、記錄焊條，每位焊工均手持焊接工藝卡(工藝卡上列出不同材質(zhì)對應(yīng)使用不同的焊材)，以保證焊接材料的質(zhì)量及焊接質(zhì)量。

3.2.3 管道清潔度的控制

所有管道施焊前均由施工單位人員、建設(shè)單位人員、檢查、監(jiān)理單位人員檢查并簽字確認(rèn)，所有焊縫均需進(jìn)行氬弧焊打底。

3.2.4 特殊材質(zhì)關(guān)鍵點(diǎn)的控制

針對特殊材料(包括管道、管件、法蘭、閥門、墊片、螺栓)，在施工前將特殊管線列出，進(jìn)行重點(diǎn)檢查;對于材質(zhì)不清楚或模糊的，應(yīng)立即用光譜儀測量，確保其本質(zhì)安全。

3.2.5 焊縫探傷檢查

由于商業(yè)行為，曾經(jīng)出現(xiàn)同一道焊縫，多張?zhí)絺拥默F(xiàn)象，違反了施工標(biāo)準(zhǔn)。因此，凡要求100%探傷的焊縫，其所有探傷片子均交由建設(shè)方專業(yè)人員審查，杜絕少探或不探現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2.6 吹掃試壓試漏

對每道管線進(jìn)行壓縮空氣吹掃，直至出氣管口涂白漆白板不變色為準(zhǔn)，所有焊縫及法蘭均進(jìn)行沖壓肥皂泡試驗(yàn)，以保證系統(tǒng)裝置的氣密性。

4 運(yùn)行總結(jié)

航天爐粉煤加壓氣化技術(shù)是具有中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的粉煤加壓氣化技術(shù)，因其技術(shù)的先進(jìn)性、安全性、成熟性深受國內(nèi)化工企業(yè)的青睞，并迅速得到了推廣。

4.1 運(yùn)行周期

系統(tǒng)于2013年4月12日正式開車投產(chǎn)運(yùn)行至今，航天爐共停爐5次，其中有2次為計(jì)劃性停車，3次因儀表故障停車;2014年5月2日，因合成氣壓縮機(jī)激振檢修停車;9月15日，因氣化爐爐膛頂部溫度過高，不能加負(fù)荷，停車更換燒嘴; 7月22日，粉煤管線三通閥閥檢失靈聯(lián)鎖停車; 9月5日，航天爐配套EPS電源控制器故障，燒嘴冷卻水泵失電聯(lián)鎖停車;12月28日，因空分裝置分子篩切換閥聯(lián)鎖失靈，致使空分裝置跳車。氣化爐運(yùn)行最長時(shí)間為103 d，燒嘴運(yùn)行最長時(shí)間為103 d。

4.2 產(chǎn)量與消耗

平均日產(chǎn)合成氨630 t，最高日產(chǎn)643 t;平均噸氨蒸汽消耗3 t，噸氨電耗600 kW·h，平均噸氨煤耗1.384 t。

4.3 運(yùn)行管理

航天爐系統(tǒng)專利、專有設(shè)備多，工藝控制點(diǎn)多，安全聯(lián)鎖多，壓力高，溫度高，自動(dòng)化程度高，同時(shí)具有DCS控制系統(tǒng)及ESD安全停車系統(tǒng)。因其系統(tǒng)復(fù)雜、控制點(diǎn)多，極易導(dǎo)致系統(tǒng)聯(lián)鎖跳車，難以保證長周期運(yùn)行。因此，對系統(tǒng)工藝、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備、電氣設(shè)備、儀表控制點(diǎn)的管理及控制是保證長周期運(yùn)行的關(guān)鍵。

4.3.1 工藝管理

實(shí)際操控過程中，存在將工藝和設(shè)備分開管理、各自為政、相互推諉的情況，影響裝置的長周期運(yùn)行。為此，要求工藝管理人員從工藝控制上提供保障設(shè)備長周期運(yùn)行的工藝措施，針對工藝特性制訂了工藝指標(biāo)，并嚴(yán)格執(zhí)行。

落實(shí)系統(tǒng)工藝聯(lián)鎖，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，絕對不允許私自將聯(lián)鎖撤除，即使在特殊情況下撤除聯(lián)鎖后，也應(yīng)在處理結(jié)束后立即恢復(fù)，保證裝置安全運(yùn)行。例如，某單元氧煤比聯(lián)鎖因某種原因撤除，后沒有及時(shí)恢復(fù)，當(dāng)粉煤管線斷流時(shí)誤判，致使系統(tǒng)氧含量超標(biāo)，造成后工段碳洗塔塔盤損壞，變換催化劑超溫嚴(yán)重，系統(tǒng)裝置停車檢修，險(xiǎn)些出現(xiàn)惡性事故。

渣水處理單元對系統(tǒng)灰水的管理顯得尤為重要，灰水質(zhì)量的好壞直接影響系統(tǒng)泵、碳洗塔、高閃氣體塔、真閃塔等設(shè)備的安全運(yùn)行。某部門為降低運(yùn)行成本，以原水作為渣水處理單元的系統(tǒng)補(bǔ)水，開車運(yùn)行不到1年，就出現(xiàn)機(jī)泵損壞、管道結(jié)垢嚴(yán)重、靜止設(shè)備積灰嚴(yán)重、閥門內(nèi)漏現(xiàn)象嚴(yán)重，一旦停車必須立即組織大批人員清理系統(tǒng)裝置積灰。昊源化工公司渣水處理單元補(bǔ)水全部采用軟水，同時(shí)密切關(guān)注灰水成分，及時(shí)添加藥劑，保證沉降分離系統(tǒng)效率。裝置運(yùn)行1年來，沒有出現(xiàn)管道結(jié)垢、裝置積灰的現(xiàn)象，且碳洗塔出口合成氣夾帶灰分較少，從變換前分離器分離出的灰水肉眼看不到灰。每次停車檢查，設(shè)備內(nèi)都很干凈，保證了設(shè)備長周期運(yùn)行。

4.3.2 設(shè)備管理

設(shè)備管理是工藝運(yùn)行的基礎(chǔ)，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，工藝就無法保證。因此，對設(shè)備的監(jiān)控及維護(hù)保養(yǎng)尤為重要，要求設(shè)備管理人員不僅應(yīng)具有設(shè)備維修能力，還應(yīng)具備維護(hù)長周期運(yùn)行的管理能力。對運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行普查建檔，分析每臺(tái)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性，并找出其易損部件、潤滑部位及設(shè)備運(yùn)行工況下的壓力、溫度合理數(shù)值。建立設(shè)備運(yùn)行檔案，定期進(jìn)行檢查記錄，尋找設(shè)備運(yùn)行規(guī)律。設(shè)備損壞檢修時(shí)，詳細(xì)分析設(shè)備損壞的原因、采取的處理措施及防范措施，并全部記入設(shè)備檔案。定期對檔案進(jìn)行分析，尋找設(shè)備長周期運(yùn)行的規(guī)律，定期檢修，提前消除設(shè)備隱患，為系統(tǒng)工藝設(shè)備長周期運(yùn)行保駕護(hù)航。

4.3.3 電氣儀表設(shè)備的管理和控制

航天爐系統(tǒng)工藝復(fù)雜、系統(tǒng)控制點(diǎn)多，能否長周期運(yùn)行，對電氣儀表設(shè)備的管理和控制也是一種長期的考驗(yàn)。電氣儀表在設(shè)備安裝時(shí)，就要求對所有的控制節(jié)點(diǎn)都要進(jìn)行檢查、標(biāo)示、建檔、保護(hù)。對安裝過程中的每個(gè)線頭、每顆螺絲都應(yīng)心細(xì)入微地接緊上牢，確保安裝過程中不出現(xiàn)差錯(cuò)。在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，要做好對電氣儀表設(shè)備及線路的保護(hù)工作、定期巡檢，對于可以在線維修的應(yīng)定期維護(hù)，對于不能夠在線維修的應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控，待系統(tǒng)停車進(jìn)行全面檢查。長期堅(jiān)持記錄建檔制度，才能保證電氣儀表設(shè)備運(yùn)行正常。

4.4 原料入爐煤的控制和管理

針對航天爐內(nèi)置水冷壁結(jié)構(gòu)，煤的灰熔點(diǎn)及灰渣的流動(dòng)性是保證氣化爐長周期滿負(fù)荷運(yùn)行的關(guān)鍵。昊源化工公司選用陜西省檸條塔煤及石窯店煤2∶1摻燒，運(yùn)行負(fù)荷較為穩(wěn)定，氣化效率高，灰渣流動(dòng)性好。原料煤送廠后，應(yīng)分類堆放、掛牌標(biāo)示。摻燒新煤種前，應(yīng)先對煤質(zhì)進(jìn)行分析，若符合摻燒條件，則在不違背工藝的條件下，摻燒需從小比例逐步提高，摻燒過程中密切關(guān)注工藝變化，同時(shí)現(xiàn)場查看灰渣的狀態(tài)、數(shù)量及比例，并進(jìn)行記錄和總結(jié)，為下一步提高摻燒比例作準(zhǔn)備，直至達(dá)到合理的經(jīng)濟(jì)利益為準(zhǔn)。氣化原料煤的管理直接決定著氣化爐工藝運(yùn)行狀態(tài)，是系統(tǒng)長周期運(yùn)行的關(guān)鍵之一，生產(chǎn)管理人員應(yīng)高度重視。

2015-03-25)