航天爐高壓閃蒸系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)改造

張恩光， 孫流強(qiáng)

(新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司， 河南新鄉(xiāng) 453800)

作為我國(guó)首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的潔凈煤氣化技術(shù)，航天粉煤加壓氣化技術(shù)具備生產(chǎn)穩(wěn)定性好、操作安全性強(qiáng)、煤種適應(yīng)性廣、運(yùn)行指標(biāo)優(yōu)、綜合利用佳等優(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越多煤氣化企業(yè)的關(guān)注。其中，高壓閃蒸系統(tǒng)是航天煤氣化渣水處理單元的關(guān)鍵，其系統(tǒng)運(yùn)行好壞直接關(guān)乎氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行。為解決渣水系統(tǒng)運(yùn)行頑疾，現(xiàn)結(jié)合新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)常見的問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)。

1 航天爐渣水流程簡(jiǎn)介

氣化爐激冷室(溫度約為218 ℃)的外排黑水與合成氣洗滌塔(溫度約為211 ℃)的外排黑水，經(jīng)減壓角閥減壓后進(jìn)入高壓閃蒸罐(V-1401)，由壓力控制器(14PIC-0003)控制汽提塔(C-1401)頂部出口管線上的壓力調(diào)節(jié)閥(14PV-0003)的開度，V-1401在0.5 MPa壓力下進(jìn)行閃蒸。在此壓力下，大量的水蒸氣和部分可溶性氣體從黑水中釋放出來(lái)[1]。

從V-1401頂部出來(lái)的混合閃蒸汽(溫度為157 ℃)經(jīng)高壓閃蒸分離罐(V-1403)分離，分離出的冷凝液排至除氧器(V-1408)，閃蒸汽則進(jìn)入C-1401與來(lái)自除氧水泵(P-1407)的除氧水逆流換熱后排放至火炬系統(tǒng)。V-1401底部的黑水(溫度為158 ℃)進(jìn)入真空閃蒸罐(V-1404)，在-0.05 MPa下進(jìn)一步被閃蒸，真空度由真空閃蒸泵提供。閃蒸后的黑水溫度為50～82 ℃送至沉降槽(S-1401)進(jìn)行絮凝沉降處理。

2 常見問(wèn)題及處理措施

2套航天爐系統(tǒng)對(duì)應(yīng)1套渣水處理系統(tǒng)，隨氣化爐負(fù)荷提升，渣水系統(tǒng)循環(huán)水量逐步增加，出現(xiàn)熱負(fù)荷高及系統(tǒng)壓力波動(dòng)。同時(shí)，高壓閃蒸系統(tǒng)出現(xiàn)液位計(jì)失靈、角閥堵塞、短節(jié)泄漏等問(wèn)題，影響渣水單元的穩(wěn)定運(yùn)行。為此，針對(duì)高壓閃蒸系統(tǒng)出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化措施。

2.1 液位計(jì)失靈

高壓閃蒸系統(tǒng)原設(shè)計(jì)中僅有遠(yuǎn)傳液位計(jì)和就地液位計(jì)。由于水質(zhì)較差，長(zhǎng)周期運(yùn)行后的就地液位計(jì)已完全堵塞，僅有遠(yuǎn)傳液位計(jì)做參考。高壓閃蒸液位長(zhǎng)期以往設(shè)定60%自動(dòng)控制，在開車初期出現(xiàn)過(guò)高壓閃蒸液位失真(顯示值低于實(shí)際液位)。為維持高壓閃蒸液位正常，高壓閃蒸外送自控閥直接關(guān)閉，高壓閃蒸短期超壓，渣水系統(tǒng)工況全部異常。高壓閃蒸出現(xiàn)滿液位后溢流至V-1403，隨后溢流至C-1401系統(tǒng)。高壓閃蒸超壓后安全閥起跳，其內(nèi)部黑水直接排放至火炬系統(tǒng)，造成火炬凝液罐長(zhǎng)時(shí)間高液位。最終渣水系統(tǒng)水循環(huán)出現(xiàn)紊亂，V-1408液位較高，C-1401補(bǔ)水長(zhǎng)期維持在小流量。隨后打開高壓灰水泵進(jìn)口過(guò)濾器發(fā)現(xiàn)內(nèi)部堵塞嚴(yán)重，葉輪存在輕微磨損。后聯(lián)系儀表查看液位計(jì)，儀表反饋取壓點(diǎn)根部已完全堵塞而無(wú)法疏通。中控崗位以日常操作閥位為參考，手動(dòng)緩慢打開高壓閃蒸外送閥，同時(shí)觀察V-1403液位以及高壓閃蒸壓力，逐步恢復(fù)渣水單元水循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定。通過(guò)此次事故后，工廠要求崗位操作工每班記錄日常自控閥的閥門開度，當(dāng)偏離正常指標(biāo)范圍時(shí)，及時(shí)分析原因并處理。

2.2 短節(jié)易磨損泄漏

2套氣化爐和合成氣洗滌塔去高壓閃蒸短節(jié)共有6個(gè)，前后短節(jié)各一處。氣化爐外排黑水顆粒物較多，均是氣化爐爐渣激冷后產(chǎn)生的碎渣，其對(duì)管道沖擊磨損較大。合成氣洗滌塔外排黑水均為細(xì)灰渣，磨損沖擊較小。高壓閃蒸短節(jié)磨損泄漏經(jīng)常于開車1個(gè)月后出現(xiàn)在氣化爐外排黑水去高壓閃蒸短節(jié)處。嘗試短節(jié)填充水泥和在角閥后增加緩沖等措施，但效果均不理想。最后改為內(nèi)襯30 mm陶瓷短節(jié)，使用近2a未出現(xiàn)泄漏。檢修期間拆檢短節(jié)發(fā)現(xiàn)有輕微裂紋，將前后短節(jié)進(jìn)行了對(duì)調(diào)，繼續(xù)使用。當(dāng)短節(jié)法蘭處出現(xiàn)泄漏時(shí)，切忌敲擊，短節(jié)內(nèi)襯陶瓷極易破損。因高壓閃蒸壓力較低，推薦使用力矩扳手消漏[2]。

2.3 角閥堵塞

將流體達(dá)到氣化的設(shè)備是減壓角閥。閃蒸罐的作用是使流體迅速氣化以及提供氣液分離的空間，所以，高壓閃蒸角閥操作尤為重要。

高壓閃蒸角閥易堵塞的原因主要是：

(1) 正常運(yùn)行期間，水系統(tǒng)中Ca2+含量較高，氣化爐和洗滌塔至高壓閃蒸管道內(nèi)壁容易結(jié)垢。系統(tǒng)停車后溫度下降，再開車時(shí)溫度又升高，在溫度變化過(guò)程中，金屬容器、管道、垢片的熱膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致垢片與金屬分離后脫落進(jìn)入水中，引起管道堵塞。

(2) 角閥調(diào)節(jié)開度小，導(dǎo)致疏通面積減小，容易積累較大垢片，堵塞調(diào)節(jié)閥前管線。出現(xiàn)此類問(wèn)題時(shí)，采用反復(fù)開大、關(guān)小角閥就可處理。

正常使用時(shí)，氣化爐去高壓閃蒸系統(tǒng)角閥是2開1備，洗滌塔外排黑水去高壓閃蒸系統(tǒng)也同樣如此。當(dāng)高壓閃蒸角閥出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，為保證備閥及時(shí)投用，要求備閥正常有20%開度以確保暢通。備閥在倒換時(shí)，應(yīng)先隔離再打開。

2.4 內(nèi)部折流板沖刷

V-1401是將來(lái)自氣化爐和洗滌塔的黑水經(jīng)過(guò)高壓角閥減壓至0.5 MPa,在其內(nèi)部將大量不凝氣閃蒸出去，達(dá)到熱量回收、黑水濃縮的目的。在生產(chǎn)過(guò)程中由于角閥是平行安裝，黑水減壓后對(duì)折流板沖擊比較嚴(yán)重，對(duì)此，在檢修期間，針對(duì)內(nèi)部折流板進(jìn)行徹底檢查，沖刷嚴(yán)重部位使用不銹鋼鋼板修補(bǔ)。經(jīng)觀察，角閥在小開度情況下，內(nèi)部折流板沖刷嚴(yán)重。

2.5 壓力波動(dòng)

高壓閃蒸壓力由C-1401閃蒸汽出口14PV-0003控制，正常生產(chǎn)時(shí)，V-1401閃蒸汽進(jìn)入C-1401作為補(bǔ)水使用。當(dāng)高壓閃蒸壓力出現(xiàn)波動(dòng)且壓力較低時(shí)會(huì)造成C-1401壓力波動(dòng)，高壓灰水泵吸入量不足造成泵氣蝕。在渣水系統(tǒng)熱負(fù)荷較高時(shí)，嚴(yán)格控制高壓閃蒸壓力大于0.45 MPa[3]。

2.6 內(nèi)部清理

高壓閃蒸正常生產(chǎn)時(shí)，走中部出口去真空閃蒸罐，底部去S-1401排污導(dǎo)淋手閥關(guān)閉。底部空間為袋型容易積垢。停車檢修時(shí)打開人孔，高壓閃蒸折流板進(jìn)口至中部出口形成了斜坡段積垢。檢修期間高壓閃蒸是必清理項(xiàng)目，考慮高壓閃蒸錐部即使清理后也會(huì)造成積泥結(jié)垢，所以每次均清理至距中部出口1 m以下位置。

3 改造措施

針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)高壓閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。拆除高壓閃蒸底部出口短接，上移底部出口排污手閥，使用三通連接底部去S-1401出口管道與高壓閃蒸中部去真閃管道。正常開車生產(chǎn)時(shí)高壓閃蒸經(jīng)底部出口去真閃，高壓閃蒸中部去真閃管道手閥隔離。另將原中部出口去真閃管道保留，當(dāng)高壓閃蒸系統(tǒng)技改后管道故障堵塞時(shí)，可立即切斷新出口管道，恢復(fù)使用原管道，保障裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。改造前后見圖1。

圖1 改造前后流程圖

此前因高壓閃蒸液位計(jì)失靈導(dǎo)致渣水系統(tǒng)串水事故，為此，在原有遠(yuǎn)傳液位計(jì)的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)拆除，新增差壓式液位計(jì)，同時(shí)增配遠(yuǎn)傳液位計(jì)沖洗水，確保出現(xiàn)異常時(shí)可第一時(shí)間進(jìn)行處理。將新表引入中控DCS操作畫面，為中控操作員提供額外參考值的同時(shí)，完成二選二控制。

此改造方法優(yōu)化了高壓閃蒸系統(tǒng)閃蒸空間，杜絕了開車周期長(zhǎng)引起高壓閃蒸系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)垢的問(wèn)題，減少了停車檢修期間的工作量。同時(shí)也提高壓閃蒸效率，促進(jìn)氣液和氣固分離，解決渣水系統(tǒng)水溫高、水質(zhì)差的問(wèn)題，進(jìn)而防止高壓閃蒸空間小導(dǎo)致的高壓閃蒸液位波動(dòng)及失靈[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，高壓閃蒸系統(tǒng)雖不是影響煤氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要因素，但不容小覷。高壓閃蒸系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行離不開氣化爐煤種穩(wěn)定和渣水單元的水質(zhì)管控，只有做到提早預(yù)防、及時(shí)判斷，高壓閃蒸系統(tǒng)乃至整個(gè)煤氣化裝置才能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。