GE水煤漿氣化裝置優(yōu)化與技改

潘進(jìn)平， 許 明

(中海石油華鶴煤化有限公司， 黑龍江鶴崗 154100)

德士古水煤漿氣化工藝進(jìn)入我國(guó)已有25年，國(guó)內(nèi)使用該項(xiàng)技術(shù)的廠家超過(guò)30家。中海石油華鶴煤化有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)海油華鶴)300 kt合成氨、520 kt大顆粒尿素項(xiàng)目，氣化裝置選擇美國(guó)GE能源水煤漿加壓氣化技術(shù)，擁有3臺(tái)氣化爐，實(shí)行兩開(kāi)一備，氣化設(shè)計(jì)壓力6.5 MPa(表壓)，四級(jí)閃蒸流程[1]。氣化裝置于2015年4月6日一次性投料成功，運(yùn)行至今已3年多，經(jīng)過(guò)不斷的操作優(yōu)化和技術(shù)改造，確保了氣化裝置逐步進(jìn)入安全、高效的穩(wěn)定運(yùn)行。2016年，海油華鶴產(chǎn)量為340 kt合成氨、580 kt尿素，達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)產(chǎn)量的111.5%。

1 工藝燒嘴間隙調(diào)整和耐磨改造

(1) 海油華鶴原料煤采用鶴崗本地煤，內(nèi)在水分均約2%、哈氏可磨性指數(shù)(HGI)接近50，適合制備高濃度煤漿，制得煤漿質(zhì)量濃度為65%～67%，高濃度煤漿意味著氧氣消耗大，氧煤比控制在495～520，甲烷控制在(1 000～1 500)×10-6之間，運(yùn)行時(shí)因煤種而異。氣化裝置工藝包(PDP)原始設(shè)計(jì)運(yùn)行條件為總氧量33 615 m3/h(標(biāo)態(tài))，氧純度99.6%，雙爐煤漿負(fù)荷72 m3/h，運(yùn)行時(shí)總氧量只能達(dá)到35 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，嚴(yán)重不足，致使氣化爐無(wú)法滿負(fù)荷運(yùn)行，操作彈性小、經(jīng)濟(jì)性差。

(2) 海油華鶴與GE公司共同研究，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，將工藝燒嘴外環(huán)氧環(huán)隙尺寸由原來(lái)的2.470 mm增至3.175 mm，總氧量達(dá)39 000 m3/h(標(biāo)態(tài))，氣化裝置操作彈性增加，雙爐煤漿負(fù)荷可以加至76 m3/h，為海油華鶴尿素產(chǎn)量的高效打下了基礎(chǔ)。

(3) 氣化裝置運(yùn)行的第一年，使用的是GE原廠工藝燒嘴，運(yùn)行周期平均只有60 d，經(jīng)測(cè)量檢查工藝燒嘴煤漿環(huán)隙磨損嚴(yán)重，這是裝置運(yùn)行初期燒嘴壓差低的主要原因。2016年開(kāi)始進(jìn)行使用外端面熱噴涂和中噴頭內(nèi)襯硬質(zhì)合金的工藝燒嘴，使用壽命有顯著提升，此后逐步取代原廠燒嘴，雙爐在線運(yùn)行率由2016年的82%提高到2017年的91%，現(xiàn)工藝燒嘴壽命已接近延長(zhǎng)到100 d。

使用后的工藝燒嘴見(jiàn)圖1。

圖1 使用后的工藝燒嘴

2 激冷環(huán)擋水板和絲堵改造

(1) 海油華鶴的PDP原始設(shè)計(jì)激冷環(huán)擋水板為半圓形，運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)磨穿現(xiàn)象(見(jiàn)圖2)，導(dǎo)致激冷水在下降管表面無(wú)法形成有效厚度的水膜；且橫噴或斜向上噴的激冷水極易造成渣口處熔渣固化流動(dòng)性變差，導(dǎo)致渣口堵塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生激冷環(huán)掛渣，威脅氣化爐平穩(wěn)運(yùn)行。原激冷環(huán)的絲堵較短，造成檢修拆卸困難，不便于爐內(nèi)高壓清洗激冷環(huán)內(nèi)環(huán)[2]。

圖2 損壞的激冷環(huán)擋水板

(2) 加強(qiáng)對(duì)藥劑和系統(tǒng)水質(zhì)的管理，嚴(yán)控高壓灰水懸浮物，同時(shí)加大了洗滌塔的黑水排放量，降低激冷水固含量。對(duì)激冷環(huán)進(jìn)行改造，保持擋水板內(nèi)徑不變，改為方形擋水板，增加擋水板耐磨性；更換加長(zhǎng)的新型激冷環(huán)絲堵，擴(kuò)大絲堵內(nèi)徑，減少絲堵數(shù)量，在4個(gè)進(jìn)水孔的中間位置，于堵蓋處均勻分布增加4個(gè)清洗口。技術(shù)改造后的激冷環(huán)方便清洗，且使用壽命由4 000 h延長(zhǎng)至8 000 h。

3 高壓灰水加藥口的技改和優(yōu)化

(1) 海油華鶴的PDP原始設(shè)計(jì)分散劑加藥口有3個(gè)，分別在沉降槽至灰水槽的溢流管線處、低壓灰水泵入口總管處和洗滌塔給水泵入口總管處，其中洗滌塔給水泵入口處經(jīng)常加不進(jìn)藥，高壓灰水倒竄入分散劑管線。主要原因：一是為滿足變換系統(tǒng)粗煤氣汽氣比要求，提高了除氧器操作壓力，導(dǎo)致泵入口壓力高于工藝包操作值；二是工藝包中分散劑泵選型和出口管線配置不合理。

(2) 對(duì)分散劑管線進(jìn)行了改造，將高、低壓端分開(kāi)，增設(shè)1臺(tái)大功率分散劑泵向洗滌塔給水泵入口總管送藥，合理分配各加藥口的分散劑加入量。通過(guò)管線的改造和藥劑加入量的調(diào)整，高壓灰水懸浮物得到了有效控制，有利于氣化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[3-4]。

4 解決洗滌塔給水泵倒轉(zhuǎn)問(wèn)題

(1) 設(shè)置3臺(tái)洗滌塔給水泵，采取一對(duì)三，即每臺(tái)泵都可為任意洗滌塔補(bǔ)水，每臺(tái)泵出口管線設(shè)置1臺(tái)電動(dòng)球閥。裝置實(shí)施定期倒泵，曾發(fā)生過(guò)出口閥關(guān)閉不嚴(yán)導(dǎo)致洗滌塔給水泵倒轉(zhuǎn)，這樣就無(wú)法對(duì)出口閥關(guān)閉不嚴(yán)的泵進(jìn)行備泵，只有利用大修才可對(duì)機(jī)泵和出口閥進(jìn)行維修。

(2) 許多公司也出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似問(wèn)題，這對(duì)于生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)重大隱患。海油華鶴在每臺(tái)泵出口管線豎管處增設(shè)1臺(tái)手閥，解決了洗滌塔給水泵出口閥內(nèi)漏無(wú)法備泵、無(wú)法及時(shí)檢修等問(wèn)題。其好處：一是增設(shè)后的手閥使用率不高，內(nèi)漏的可能性較小，遇到電動(dòng)球閥不嚴(yán)時(shí)，操作人員手動(dòng)關(guān)閉可及時(shí)檢修電動(dòng)球閥；二是增設(shè)的手閥長(zhǎng)期處于全開(kāi)狀態(tài)，位于豎管，可防止灰渣堆積卡塞閥門(mén)密封面。

5 解決鎖斗沖洗水管線金屬軟管損壞問(wèn)題

(1) 2017年3月開(kāi)始，A系統(tǒng)在一個(gè)月的時(shí)間里，連續(xù)損壞3個(gè)鎖斗沖洗水管線軟連接，均為內(nèi)部波紋管斷裂。損壞2個(gè)軟管時(shí)，進(jìn)鎖斗前沖洗水管線的彎頭管托地面水泥開(kāi)裂，說(shuō)明應(yīng)力集中在此處，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)觀察排渣操作發(fā)現(xiàn)，沖洗水管線單向閥拍打嚴(yán)重，軟管隨管線振動(dòng)位移較大。裝置對(duì)管托采取加固處理，增加3條拉筋，角度互呈120°，固定于周?chē)o(hù)欄處，但隨后運(yùn)行的一個(gè)月里，拉筋斷裂頻繁，并損壞1個(gè)軟管。在A系統(tǒng)檢修時(shí)，對(duì)彎頭管托地面基礎(chǔ)進(jìn)行重新灌漿。

(2) 裝置鎖斗排渣順控步驟閥門(mén)動(dòng)作：收渣閥、充壓閥、清洗閥、泄壓閥、鎖斗泵入口閥保持關(guān)閉，沖洗水閥、鎖斗泵再循環(huán)閥保持打開(kāi)，當(dāng)排渣條件滿足時(shí)，排渣閥開(kāi)始打開(kāi)，隨后清洗閥打開(kāi)。裝置對(duì)鎖斗順控進(jìn)行調(diào)整后(見(jiàn)表1)，能保持近兩倍鎖斗容積的沖洗水流過(guò)鎖斗，可使鎖斗內(nèi)灰渣完全排出，也因?yàn)闆_洗水的勢(shì)能降低，使沖洗水經(jīng)過(guò)管線的流速減小，實(shí)際運(yùn)行證明，對(duì)管線振動(dòng)減輕的效果理想，運(yùn)行至今未出現(xiàn)鎖斗沖洗水管線金屬軟管損壞。

表1 鎖斗順控調(diào)整

6 鎖斗循環(huán)泵管線技改和優(yōu)化

(1) 2016年初C系統(tǒng)鎖斗循環(huán)管線入氣化爐末端管線磨穿( 見(jiàn)圖3)，導(dǎo)致氣化爐大量黑水泄露，雖未對(duì)氣化爐液位造成大的影響，卻因管線與氣化爐連接處沒(méi)有閥門(mén)，漏點(diǎn)無(wú)法隔離；從安全角度考慮，停爐緊急泄壓，管線補(bǔ)焊后，氣化爐連投進(jìn)行C系統(tǒng)檢修時(shí)，測(cè)量管線壁厚發(fā)現(xiàn)鎖斗循環(huán)泵進(jìn)、出口管線多處彎頭磨損嚴(yán)重，薄弱處僅剩3 mm，更換了部分管線與彎頭。

圖3 鎖斗循環(huán)泵入口管線

(2) 考慮到管線內(nèi)灰渣多、含固量大，為了避免再次因鎖斗循環(huán)管線磨穿而停車(chē)，最后增設(shè)的切斷閥選用C型耐磨球閥，加在鎖斗循環(huán)管線進(jìn)氣化爐的末端處。實(shí)際使用發(fā)現(xiàn)此處增設(shè)切斷閥的好處還有兩點(diǎn)：一是鎖斗循環(huán)管線末端分為兩路進(jìn)入激冷室底部，若有一側(cè)堵塞，可關(guān)閉暢通側(cè)切斷閥，使堵塞側(cè)憋壓，靠壓差沖掉堵塞灰渣；二是當(dāng)鎖斗循環(huán)泵故障或鎖斗閥門(mén)在線檢修無(wú)法收渣時(shí)，可以提前關(guān)閉此閥門(mén)，預(yù)防循環(huán)管線末端堵塞。

(3) 前期裝置鎖斗管線磨損大的主要原因：一是鎖斗循環(huán)黑水流量計(jì)量程小，一直超量程運(yùn)行，流量大約有70 m3/h，優(yōu)化操作后為45 m3/h，不影響鎖斗正常收渣；二是前期海油華鶴使用的原料煤灰分、灰熔點(diǎn)高，石灰石的加入量都較多，收渣0.5 h，鎖斗已趨于滿渣狀態(tài)，大量灰渣被吸入鎖斗循環(huán)泵入口，進(jìn)行了優(yōu)化煤種和提升氣化爐操作溫度后，粗渣量明顯減少。經(jīng)過(guò)技術(shù)改造和操作優(yōu)化后，鎖斗循環(huán)管線再無(wú)泄露，定期測(cè)量管線壁厚，磨損明顯減輕。

7 結(jié)語(yǔ)

海油華鶴GE水煤漿氣化裝置共成功進(jìn)行技術(shù)改造30多項(xiàng)，解決了自投料以來(lái)遇到的一些行業(yè)共性問(wèn)題和煤種選用等個(gè)性問(wèn)題。上述為其中有代表性的幾項(xiàng)，為同行提供一些參考。