淺談水煤漿氣化渣水系統(tǒng)管路磨損及堵塞的優(yōu)化改造

周　宇，李劍暉

(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭　014010)

?

淺談水煤漿氣化渣水系統(tǒng)管路磨損及堵塞的優(yōu)化改造

周宇，李劍暉

(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭014010)

摘要：水煤漿氣化裝置渣水系統(tǒng)的高溫高壓黑水中含有較多固體顆粒，黑水在流動(dòng)過程中，經(jīng)過一段時(shí)間的累積會(huì)造成管道和管件磨損穿孔、管道結(jié)垢、排水不暢甚至整個(gè)管路堵塞的情況，而一旦出現(xiàn)此類情況，需要退料停車處理，造成原料的大量浪費(fèi)，檢修工作量的成倍增加。針對(duì)此類嚴(yán)重制約長周期平穩(wěn)運(yùn)行的工況，提出一系列優(yōu)化改造措施，延長了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行周期，達(dá)到了節(jié)能降耗、增產(chǎn)增效的目的。

關(guān)鍵詞：磨損；堵塞；優(yōu)化改造

0引言

GE公司的水煤漿加壓氣化技術(shù)，是將加壓后的水煤漿與來自空分裝置的純氧在氣化爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生水煤氣，水煤氣經(jīng)激冷洗滌后送至變換單元。煤漿氣化的同時(shí)產(chǎn)生大量爐渣，這些爐渣的主要成分是煤中的灰份、難熔的礦石以及部分沖刷下來的爐襯材料。大部分的爐渣經(jīng)過自然沉降由撈渣機(jī)排走。爐渣經(jīng)過激冷和洗滌后，產(chǎn)生含細(xì)小顆粒的高溫高壓黑水，此股黑水送渣水處理系統(tǒng)，經(jīng)四級(jí)閃蒸降溫和熱回收，將黑水中的大部分細(xì)渣分離出來。經(jīng)渣水系統(tǒng)分散劑處理后，部分水循環(huán)送回氣化系統(tǒng)繼續(xù)使用，少部分送到污水處理系統(tǒng)。渣水系統(tǒng)示意圖如下圖1：

2水煤漿氣化裝置自運(yùn)行以來，渣水單元管路系統(tǒng)遇到的主要問題

2.1　管路系統(tǒng)磨損

2.1.1管道磨損。由于渣水系統(tǒng)中含有固體顆粒，運(yùn)行中對(duì)流經(jīng)管道都有不同程度的磨損，高壓閃蒸罐到低壓閃蒸罐的黑水管線、調(diào)節(jié)閥后的管道、管道走向變化處及管道截面突變處等壓降較高處的管道磨損更為明顯。原始設(shè)計(jì)時(shí)管道的厚度考慮不足，也是造成管道泄漏的重要原因。

2.1.2管件磨損。渣水系統(tǒng)中彎頭、三通等處受介質(zhì)沖刷嚴(yán)重，一個(gè)原因是原始設(shè)計(jì)壁厚考慮不足，再就是由于黑水含固量較高，當(dāng)黑水通過彎頭、三通時(shí)，由于離心力和慣性力等撞向管件的內(nèi)壁，一部分顆粒沿著管壁滑動(dòng)，一部分形成撞擊，最終使得管件內(nèi)壁拐彎處形成凹坑、滑道等。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，3個(gè)月左右的時(shí)間就會(huì)造成管件彎道處磨穿。

圖1　煤氣化渣水系統(tǒng)示意圖

2.1.3閥門磨損。閥芯及閥座磨損嚴(yán)重，由于閥門反復(fù)開關(guān)調(diào)整工況，而長時(shí)間的磨損，會(huì)導(dǎo)致密封面形成劃痕以及凹槽，有時(shí)甚至將閥體磨穿，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏或外漏，使得閥門作用失效，最終導(dǎo)致設(shè)備單體無法切出，給檢修工作帶來很大困難。

2.2　管路系統(tǒng)堵塞

2.2.1鹽類垢掛壁堵塞。由于黑水中含有細(xì)灰，而且系統(tǒng)水質(zhì)在內(nèi)部循環(huán)時(shí)，鈣鎂離子不斷累積。隨著磨損程度的加劇，管道內(nèi)壁的粗糙度不斷升高，黑水中的鈣鎂離子形成的鹽類垢很容易在管道內(nèi)壁附著形成垢團(tuán)；同時(shí)隨著溫度升高，更多的鹽類從水中釋出，而部分細(xì)灰會(huì)夾雜著釋出的鹽類沉積在管道內(nèi)壁上，使得管道內(nèi)壁會(huì)形成大的垢片。

2.2.2固溶物掛壁堵塞。黑水系統(tǒng)經(jīng)過逐級(jí)閃蒸后，其含固量逐漸上升；同時(shí)隨著壓力的逐漸降低，黑水流速逐漸趨于緩和，這些因素都加速了管道內(nèi)壁的結(jié)垢、掛渣。因而在渣水系統(tǒng)中越是后面流程的管道其結(jié)垢越厲害。經(jīng)過近幾年的運(yùn)行，沉降槽出口的輸送管道會(huì)完全堵塞，以至造成整個(gè)渣水系統(tǒng)的停車，被迫對(duì)管道進(jìn)行高壓清洗檢修。

2.3　動(dòng)設(shè)備損壞

在渣水后系統(tǒng)沉降后，沉降槽里的含渣濃度達(dá)到20%～40%，如此高濃度的渣水很容易結(jié)成大塊垢，而掛在沉降槽內(nèi)壁上的大塊垢隨著重量越來越大、溫度的冷熱變換，會(huì)導(dǎo)致大面積的垢塊從內(nèi)壁上脫落，直接導(dǎo)致沉降系統(tǒng)負(fù)荷增大。隨著沉降槽底部的黑水濃度越來越高，沉降槽內(nèi)部刮耙不斷提升，到達(dá)超負(fù)荷后會(huì)導(dǎo)致刮耙力矩過大，扭斷聯(lián)軸節(jié)，損壞減速機(jī)軸承，甚至扭斷刮耙。高固含量的黑水進(jìn)入沉降槽底流泵后，會(huì)將葉輪堵塞，導(dǎo)致無法排液，最終帶來十分嚴(yán)重的后果。

3根據(jù)渣水系統(tǒng)存在問題的分析進(jìn)行的技術(shù)改造

3.1　管路系統(tǒng)磨損處理

3.1.1選用內(nèi)襯管道。對(duì)于管路系統(tǒng)的磨損，首先應(yīng)該考慮耐磨內(nèi)襯管道。根據(jù)磨損工況的不同耐磨內(nèi)襯管道有不同的材料選擇，通常是采用耐磨陶瓷內(nèi)襯。但是陶瓷內(nèi)襯管道不能用在溫度較高的工況，因?yàn)樘沾膳c鋼管的膨脹系數(shù)不一樣，加上在高溫區(qū)陶瓷變的脆性很高，一旦在垢片的高速?zèng)_擊下，很容易將內(nèi)襯陶瓷擊碎，造成嚴(yán)重的后果。所以，如選用內(nèi)襯管道，一定要做好評(píng)估。

3.1.2增加管道及管件壁厚。由于原始設(shè)計(jì)管道及管件壁厚較薄(只有10mm)，在實(shí)際運(yùn)行過程中，管道很快就會(huì)磨損，尤其是管道方向改變處、截面突變處及調(diào)節(jié)閥后的管道處經(jīng)常出現(xiàn)穿孔。為了解決以上問題，將直管段在厚度增加到26±2mm，在近三年的運(yùn)行中未出現(xiàn)泄漏情況。將管件厚度增加到26±2mm，經(jīng)統(tǒng)計(jì)其磨損如下表1：

表1　黑水彎頭厚度磨損表格

從表中可以看出，隨著厚度的增加可以很明顯的提高管件的使用壽命，使用周期由原來的3個(gè)月提高到6個(gè)月以上，但是管件在使用后期磨損率也很高，通常使用半年就需要全部更換，以免在運(yùn)行中出現(xiàn)泄漏?？梢?，管道及管件隨著增加厚度其使用壽命也相應(yīng)延長。

3.1.3耐磨防沖材料的引入。在進(jìn)入閃蒸罐之前的三通釋放筒同樣采用厚壁管件，而且在三通位置焊接一個(gè)保護(hù)盒，在盒中澆鑄剛玉火泥(此材料用在氣化爐爐磚上，專門用來防沖刷)，這種措施是一個(gè)大膽的嘗試，也起到了很不錯(cuò)的效果。使用壽命由原來3個(gè)月，能夠提高到9個(gè)月左右的時(shí)間。其改造前后如下圖2，圖3所示：

從改造前后的圖中，還能看出以下兩個(gè)很重要的改造：

圖2　釋放筒改造前

圖3　釋放筒改造后

一個(gè)是法蘭由原來的帶徑對(duì)焊法蘭改成承插焊法蘭，這樣可以很好的避免焊縫這個(gè)薄弱的環(huán)節(jié)，在使用過程中被過早的沖刷磨穿。

二是在底部的盲法蘭蓋上加焊了一層防沖刷鋼板。這樣可以有效的保護(hù)盲法蘭過早被沖刷磨穿。

另外在對(duì)管件的選型上可以使用長半徑彎頭，這樣可以使得黑水在輸送過程中，減少離心力和阻力，使其流動(dòng)更平穩(wěn)。

3.1.4改變閥門材質(zhì)。對(duì)于閥體、閥芯及閥座磨損嚴(yán)重的工況，采取改變閥門材質(zhì)，使用硬質(zhì)合金，特別是閥芯等關(guān)鍵部位都使用司太立合金，此種材質(zhì)由于鉻、鎢和鉬的合金碳化物分布于富鈷的基體中，使合金得到強(qiáng)化，有著很好的耐磨性。從現(xiàn)實(shí)使用過程中也達(dá)到了延長壽命的作用。

3.2　管路系統(tǒng)堵塞的延緩及處理

3.2.1首先要做好工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。由于當(dāng)?shù)厮|(zhì)相對(duì)硬度較高，所以從工藝包的設(shè)計(jì)上，可以根據(jù)水質(zhì)的分析，進(jìn)一步優(yōu)化操作溫度，由于鹽類垢通常是隨著溫度的升高溶解度逐漸降低，所以在設(shè)計(jì)以及運(yùn)行操作中一定要觀察水質(zhì)分析和溫度數(shù)據(jù)，以免加速鹽類垢的形成。

3.2.2優(yōu)化水質(zhì)pH值。研究表明，pH值提高時(shí)，難溶性鹽會(huì)迅速結(jié)晶，導(dǎo)致污垢形成的誘導(dǎo)期短，但是如果pH降低時(shí)會(huì)加快管道腐蝕，反而又引起磨損加劇，導(dǎo)致泄漏。根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，從多方面考考，pH值推薦范圍在7.0～8.0。所以根據(jù)地區(qū)水質(zhì)的分析數(shù)據(jù)可以適當(dāng)?shù)奶砑踊瘜W(xué)藥劑調(diào)整pH值，這樣可以起到很好的阻垢效果。

3.2.3高壓清洗。管道內(nèi)部結(jié)垢嚴(yán)重后，利用檢修的時(shí)機(jī)，可以采用高壓水清洗除垢，利用高壓柱塞泵產(chǎn)生高壓水，經(jīng)過特殊噴嘴噴向垢層。此種方法已經(jīng)普遍推廣，但是一定要提前做好清洗準(zhǔn)備工作，因?yàn)楫?dāng)高壓清洗水管在進(jìn)入管道內(nèi)4m以后，或者到達(dá)管道彎頭處，人工無法有效控制，嚴(yán)重影響清洗效果。這就要求提前將管道做好短節(jié)，比如每隔8m左右安裝一個(gè)1m的清洗短節(jié)，這樣對(duì)高壓清洗工作可以起到事半功倍的效果；對(duì)于彎頭，采用三通甚至四通的形式，三通和四通后面用盲法蘭，這樣即能防止水垢沖刷，又方便對(duì)管道的高壓清洗。

但是這種清洗方法也有一些缺陷：耗水多，存在水處理問題，如清洗不當(dāng)容易損壞管道母材。這就要求要綜合考慮后，再選取合適的清垢方式。

3.2.4化學(xué)清洗。根據(jù)垢層的化學(xué)成分，選用合成的化學(xué)試劑溶解垢層。這種方法雖然普遍使用，但是垢層成分復(fù)雜，不太容易找到合適的除垢劑。而且化學(xué)試劑通常成本較高，只適合在一個(gè)封閉的小系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)處理。一旦處理不當(dāng)也會(huì)造成管道腐蝕損壞。所以此法適用于精密度較高的小型操作系統(tǒng)。

3.2.5增設(shè)備用管線。對(duì)于關(guān)鍵管線，增設(shè)一條備用管線，這也是一個(gè)較好的措施，雖然成本較高，但是對(duì)于長周期運(yùn)行也是適得其所。即能保證及時(shí)清洗堵塞管線，又能保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

3.3　動(dòng)設(shè)備處理措施

對(duì)于泵運(yùn)行葉輪堵塞問題，經(jīng)過與設(shè)計(jì)、制造部門反復(fù)推敲后，將泵的閉式葉輪結(jié)構(gòu)改為開式葉輪結(jié)構(gòu)，更改后配件(包括葉輪、前襯板、入口襯套)必須配套使用。雖然會(huì)導(dǎo)致泵的效率有所降低，但是在不影響工藝運(yùn)行的情況下，完全解決了葉輪堵塞問題。

另外在泵的入口增加過濾器，阻擋大塊垢片進(jìn)入泵體，并且定期清理過濾器，也是很有效的處理措施。

對(duì)于沉降槽等設(shè)備內(nèi)部大面積結(jié)垢的情況，需要利用檢修時(shí)間，定期進(jìn)行清洗掛在內(nèi)壁上的垢層，避免大面積垢層脫落導(dǎo)致的嚴(yán)重后果產(chǎn)生。

4結(jié)束語

水煤漿氣化裝置渣水系統(tǒng)管路的磨損及堵塞，是由多種因素導(dǎo)致的，每個(gè)地域的工藝其渣水系統(tǒng)管路的磨損和堵塞形式可能千差萬別，需要因地制宜的綜合考慮材料選用、操作因素、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等，只有這樣才能分析出內(nèi)在原因，做出合理的解決方案，起到良好的預(yù)防效果。此外也可以從工藝包、水源、煤源、成本等方面綜合分析，系統(tǒng)考慮，找到最佳解決方案。

Technical Transformation on Piping Wear and Blockagein Coal Water Slurry Gasification System

ZHOUYu，LIJian-hui

(Baotou Coal Chemical Industry Co.，Ltd of Shenhua Group，baotou，014010)

Abstract：This article puts forward some suggestions on technical transformation on piping wear and blockage in coal water slurry gasification system. As a result，energy is saved and output is increased.

Key words：wear；blockage；technical transformation

中圖分類號(hào)：TQ547.8+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1003-6490(2015)01-0048-03

作者簡(jiǎn)介：周宇(1985-)，女，內(nèi)蒙古包頭市人，助理工程師，主要從事煤化工方面的工作。

收稿日期：2015-02-15