SHELL煤氣化裝置中煤粉鎖斗充氣笛管常見問題的討論

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(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

SHELL煤氣化工藝應(yīng)用廣泛，適用于無煙煤、褐煤等多種煤種，具有對環(huán)境污染小、碳轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)。基于不同的煤種和客戶的不同要求，SHELL已經(jīng)開發(fā)了3種類型的煤氣化工藝：廢鍋流程、合成氣上行水激冷和合成氣下行水激冷，但都屬于干粉煤氣化，均采用了煤粉鎖斗系統(tǒng)進(jìn)行煤粉的輸送。干燥后的煤粉貯存在常壓倉(V1201A/B)中，當(dāng)鎖斗(V1204A/B)處于常壓狀態(tài)時(shí)，打開鎖斗的入口閥，關(guān)閉煤粉鎖斗的出口閥，使常壓倉中的煤粉流入煤粉鎖斗內(nèi)，當(dāng)煤粉鎖斗里的煤粉達(dá)到設(shè)定的高料位后關(guān)閉入口閥，經(jīng)鎖斗錐部的笛管(X1202A/B)通入高壓氮?dú)饣蚨趸技訅汉?，打開下料閥使煤粉自流進(jìn)入給料倉(V1205A/B)中，卸完后關(guān)閉出口閥，排出氮?dú)?二氧化碳降至常壓后再重復(fù)上述流程。

鎖斗加壓笛管(X1202A/B)見圖1。笛管安裝在鎖斗錐部，其帶有多孔材料膜片，并與鎖斗外部供氣系統(tǒng)連接的管狀裝置。加壓氣體通過多孔材料膜片進(jìn)入鎖斗。早期的多孔材料多用粉末燒結(jié)金屬，后來有的項(xiàng)目使用強(qiáng)度和韌性更好的絲網(wǎng)燒結(jié)多孔材料。

圖1 鎖斗加壓笛管

中國五環(huán)工程有限公司承接了十余套SHELL廢鍋流程的項(xiàng)目和一套合成氣下行水激冷工藝的工程，在項(xiàng)目的開車和運(yùn)行期間，鎖斗加壓笛管的使用出現(xiàn)了各種問題，大致包括以下幾種：笛管折彎、笛管連接法蘭磨蝕、笛管阻礙煤粉下料、笛管過濾膜片破損、鼓包或脫落等?，F(xiàn)對每種問題出現(xiàn)的原因和處理方法進(jìn)行討論。

1 笛管折彎

笛管通過半環(huán)形卡條與鎖斗錐部的墊板螺釘連接固定(見圖2)。但由于煤粉的沖刷等原因，螺釘?shù)狞c(diǎn)焊處易被磨掉，螺釘松動(dòng)。當(dāng)螺釘松動(dòng)后，笛管在卡條內(nèi)晃動(dòng)而導(dǎo)致連接螺釘剪斷或螺釘徹底脫落，這樣笛管上端沒有了固定就很容易被進(jìn)料煤粉壓彎。失去上端固定而被壓彎的笛管見圖3。

圖2 改進(jìn)前笛管端部于鎖斗錐體的固定

圖3 被壓彎的笛管

處理措施：不用螺栓連接結(jié)構(gòu)，而將笛管卡條與鎖斗錐體上的墊板直接焊接，使笛管上端部的固定更可靠，大大降低了笛管上部折彎的可能。改進(jìn)后笛管與鎖斗錐體結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 改進(jìn)后笛管與鎖斗錐體結(jié)構(gòu)

2 笛管連接法蘭密封面發(fā)生磨蝕

笛管通過連接方法蘭與中心管的法蘭連接。有的項(xiàng)目在設(shè)備大修期間拆下笛管，發(fā)現(xiàn)笛管的方法蘭、中心管連接法蘭的密封面被煤粉沖蝕(見圖5)。出現(xiàn)這種情況可能是因?yàn)閿Q緊上述2個(gè)法蘭的4個(gè)連接螺柱時(shí)用力不均，有的螺柱連接緊，而有的相對松些，充氣結(jié)束瞬間煤粉通過連接較松的螺柱周圍倒灌進(jìn)兩法蘭之間，充氣時(shí)煤粉會(huì)被吹出。在反復(fù)充氣、停止充氣的過程中，煤粉反復(fù)高速進(jìn)出法蘭之間時(shí)來回沖刷法蘭密封面，逐漸形成了沖蝕坑。

圖5 中心管法蘭和笛管方法蘭的密封面被沖蝕

處理措施：制作新的法蘭替換被磨蝕的法蘭，而且在擰緊連接螺柱時(shí)一定要注意上緊力相等且上緊均勻。

3 笛管阻礙煤粉的下料

有個(gè)別項(xiàng)目的業(yè)主反映笛管設(shè)計(jì)得太長，下部端頭部位伸得很低，接近鎖斗的下出煤口，下煤時(shí)容易堵住煤出口，造成下煤不暢。笛管的下端部必須在鎖斗下料口的直徑范圍外時(shí)才不會(huì)對下煤形成干擾(見圖6)，否則就會(huì)阻礙煤粉的順暢下料。但對鎖斗而言，要做到在一定時(shí)間內(nèi)充壓至規(guī)定壓力，就需要笛管上的充氣膜片達(dá)到相當(dāng)?shù)臄?shù)量。早期項(xiàng)目一般是單排管的笛管，所以有的項(xiàng)目中笛管就很長，安裝后笛管下端不可避免地比較接近鎖斗下料口。后來設(shè)計(jì)出雙排管的笛管形式(見圖7)，充氣膜片的排布更緊湊，不需要太長的鋼管也能排布下所需的多個(gè)膜片。這樣既保證了鎖斗充壓的需要，又有效地避免了因笛管太長，其下端(見圖8)影響下煤的弊端。

圖6 笛管下端安置范圍

圖7 雙排管形式的笛管

4 笛管過濾膜片鼓包、破損或脫落

在SHELL煤氣化的開車、運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)笛管膜片破裂、鼓包變形或膜片整體脫落的情況，尤其是在開車初期的手動(dòng)控制階段。這期間，充壓氣體的流量不容易掌控，如果其充壓速度過快，充氣氣體流量太大，都會(huì)對笛管的膜片形成大的沖擊力。對于金屬燒結(jié)膜片，容易在強(qiáng)烈的沖擊力下被沖破；對于強(qiáng)度和韌性稍好些的金屬絲網(wǎng)燒結(jié)膜片，就有可能變形鼓包，甚至有的膜片與笛管的焊縫被撕裂，最終膜片脫落(見圖8)。所以在開車初始階段，一定要注意嚴(yán)格控制充壓氣體的流速和流量。將流速、流量控制在一定范圍內(nèi)，保證鎖斗基本的充壓、卸壓次數(shù)，笛管的使用情況一般比較好。在有的項(xiàng)目中，絲網(wǎng)燒結(jié)膜片的笛管甚至用了4～5年后狀態(tài)仍然良好。

圖8 絲網(wǎng)燒結(jié)材料膜片鼓包

但是手動(dòng)控制充壓氣體流量不易操作，每個(gè)項(xiàng)目具體情況也不盡相同。而且安全流量值跟煤種也有很大關(guān)系，需要在實(shí)踐中不斷摸索，積累經(jīng)驗(yàn)值。SHELL目前提出一種多孔形式的笛管(見圖9)。就是在笛管的基體管上開數(shù)個(gè)Φ6左右的小孔取代多孔材料的膜片。但是采用多孔管笛管，煤粉容易通過小孔倒流進(jìn)輸氣系統(tǒng)。這就需要對笛管的輸氣管線進(jìn)行改造(見圖10)，在輸氣管線上的防倒流保護(hù)閥(圖10中圓圈處)與笛管之間增加一個(gè)反吹回路(圖10中云線處)。當(dāng)煤粉倒流進(jìn)輸氣管線，反吹氣就沿這個(gè)回路將煤粉吹回笛管或鎖斗。多孔結(jié)構(gòu)的笛管使用反饋很好，耐沖擊，很好地彌補(bǔ)了多孔材料形式的笛管的弊端。

圖9 多孔形式的笛管

圖10 笛管輸氣系統(tǒng)增加反吹旁路

對于膜片變形、破損或脫落的笛管，以前的處理方法是制作新的笛管替換有問題的笛管，哪怕是笛管上只有一個(gè)膜片有損壞也要整根換掉，這樣處理成本比較高，修整周期長。目前，在呼倫貝爾金新項(xiàng)目中，笛管有膜片鼓包變形的，不是整個(gè)換掉該根笛管，而是采取修理的方法：切掉笛管上有損壞的膜片的凸緣座，將笛管基體管清洗烘干后，處理好焊口，然后用氬弧焊焊接上與原規(guī)格相同、已經(jīng)焊接好多孔材料膜片的連接凸緣(膜片與凸緣焊接后已按要求在供貨商的車間進(jìn)行了消除應(yīng)力熱處理)，最后對焊縫進(jìn)行100%PT檢測，滿足NB/T 47013—2015中的Ⅰ級要求即為合格。這種處理方法簡單易行，不僅大大降低了成本，也縮短了停車維修的時(shí)間。

5 結(jié)語

SHELL干粉煤氣化技術(shù)在我國使用廣泛，在開車運(yùn)行過程中鎖斗用笛管的使用問題比較多。我們可以從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、現(xiàn)場安裝及操作等各方面進(jìn)行改進(jìn)和控制，保證笛管的長期正常運(yùn)行。對于已經(jīng)能掌控安全充氣流速的項(xiàng)目，當(dāng)?shù)压苌现挥袀€(gè)別或少數(shù)膜片失效的，可以采取更換帶膜片凸緣的現(xiàn)場修復(fù)方法；對于沒有控制好充氣流速、笛管反復(fù)出問題而更換頻繁的項(xiàng)目，在開車時(shí)一定要多借鑒別的項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格控制充氣流速或直接采用多孔結(jié)構(gòu)的笛管。