煤直接液化裝置易磨蝕部位分析和對策

張兆良(中國神華煤化工有限公司鄂爾多斯分公司, 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209)

0 引言

煤直接液化技術始于19世紀中期，至今為止已經(jīng)歷了100余年的發(fā)展歷史，且已形成了以埃克森供氫溶劑、容積精煉煤和氫煤法三種技術方法為主的煤直接液化技術，有效提高了煤的利用效率。然而，在以加氫為主的煤直接液化過程中，部分液化裝置在長期的運行過程中均會出現(xiàn)不同程度的磨損，在降低了煤的加氫液化效率的同時，對煤的整體利用效率的提高也產(chǎn)生了嚴重影響。因此，有必要對煤直接液化裝置易磨蝕部分進行分析并制定相應的對策，以保證煤直接液化工藝的順利進行。

1 煤直接液化簡述

1.1 煤直接液化的概念

煤的直接液化是煤液化的主要方法之一，具體說來就是使煤在相關催化劑以及氫氣的共同作用下，通過發(fā)生加氫裂化反應而轉(zhuǎn)化為液體燃料的全過程，由于此過程的完成離不開氫氣的參與，故煤直接液化又稱為煤加氫液化。

1.2 煤直接液化的意義

由煤直接液化的概念可知，煤液化的實質(zhì)就是在氫氣以及相關催化劑的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料的過程，通常情況下，固體煤中含有多種硫化物與砷化物，由于此類物質(zhì)的存在，使得煤在進行工業(yè)生產(chǎn)時難以完全燃燒，進而在降低了煤燃燒效率的同時，也增加了煤化工企業(yè)的生產(chǎn)成本[1]。以氫氣作為主要媒介，對煤進行液化處理進而將固體煤轉(zhuǎn)化至液體形態(tài)，使其能夠充分燃燒，進而在提高煤利用效率的同時，為企業(yè)節(jié)省成本，促進企業(yè)的全面發(fā)展。

2 煤直接液化裝置易磨損部位研究及應對措施

2.1 煤液化車間的進料泵

液化車間進料泵磨損常見于吸入球閥部分，而吸入球閥的磨損主要是由集合管中的油煤漿經(jīng)沉淀而造成的。由于進料泵的集合管具有較大的管徑，且油煤漿屬于固液混合物料，因在流動過程中符合冪律流體規(guī)則，故在實際的煤直接液化過程中，油煤漿原料為流層。在一般的煤直接液化過程中，因油煤漿在管徑中流動時所產(chǎn)生的粘滯阻力要大于其本身的流體慣力，故油煤漿在進料泵聚集管管壁處的流動速度要遠遠小于其在管道內(nèi)的流速，由此便導致了以固液混合物形態(tài)存在的油煤漿在進料泵聚集管的管壁處發(fā)生沉積。而隨著沉積物厚度的不斷加大，使得聚集管內(nèi)壁的粗糙程度也逐漸增加，又進一步降低了油煤漿在管壁處流動的速度，從而形成惡性循環(huán)，導致管壁內(nèi)的油煤漿在重力的作用下墜落，使得進料泵吸入口球閥在運行過程中產(chǎn)生磨損[2]。

由于集料泵吸入球閥產(chǎn)生磨損的原因主要是沉積于集合管管壁處的油煤漿掉落因占據(jù)空間而引起的，故可針對進料泵吸入球閥的磨損采取以下措施：將進料泵入口膨脹節(jié)的位置進行適當移動，使其位于進料泵集合管的正下方，則因膨脹節(jié)的吸入作用進而使油煤漿在集合管中的流動情況發(fā)生變更，從而降低油煤漿在進料泵集合管管壁以及管底的沉積[3]。這種方法雖然無法完全避免吸入球閥產(chǎn)生磨損，但可以保證吸入球閥所產(chǎn)生的磨損分布較為均勻，進而減少因局部磨損而產(chǎn)生的堵塞情況。此外，將持續(xù)性的沖刷油線加至進料泵集合管入口處的排污線上，進而降低集合管內(nèi)油煤漿的沉積。值得注意的是，當進料泵停止運行時，必須利用沖洗油對其進行全面而徹底的清洗，以達到預防管線中油煤漿的沉積。

2.2 液控閥控制閥

經(jīng)過加工后的油煤漿經(jīng)過加熱爐加熱和配氫后，經(jīng)進料泵輸送至反應器，在反應器內(nèi)高溫高壓催化劑及加氫作用下，發(fā)生反應，反應產(chǎn)物由第二懸浮床反應器頂部輸送至熱高分，油氣分離后的液體物料由熱高分低經(jīng)液控閥輸送至熱中分，而熱高分底部至熱中分之間的液位控制閥液容易造成磨損腐蝕，首先熱高分液位控制完全由液控閥開度控制，同時，熱高分壓力在17MP～20MP左右，經(jīng)液控閥減壓后到達熱中分就成了2MP～4MP左右，較大的壓力變化會對閥體及管線造成沖擊和損壞；其次，此間物料溫度在400多度，物料中又含有大量固體物質(zhì)，如未完全反應的煤粉，催化劑，結焦物等，對閥芯、閥座及管線造成沖刷，長時間運行，必造成磨損；再者反應器及熱高分受到裝置波動影響，會造成壓力溫度等大幅度波動，液控閥為穩(wěn)定熱高分波動，會大幅度開關液控閥，物料壓力及流速波動對閥體造成巨大沖擊，造成磨損[4]。

針對以上磨損原因可采取如下解決措施：首先，尋求更適合煤液化工況的抗壓耐磨材質(zhì)，更換為抗壓耐磨材質(zhì)；其次，設置備用路及閥門，熱高分底部出來后，分成了四路(ABCD路)相同管線，在熱中分前AC路合在一起扎在熱中分罐壁，BD路合在一起扎在AC路對面的罐壁，在有一路液控閥磨損故障后切換至其他路，對故障路檢修；再次，嚴格控制反應壓力及溫度，穩(wěn)定上游波動，減少波動沖刷，同時，加強對液控閥及管線進行定期檢測，對磨損情況進行記錄監(jiān)控。

2.3 常壓塔塔底泵

由于常壓塔塔底泵的泵體并無夾套，因此，在運行過程中，后備泵難以長時間保持其自身的熱備狀態(tài)，加之在實際的煤直接液化工藝流程中，相關工藝條件始終處于不斷的變化當中，使得原泵的初始流量已難以滿足加氫工藝的要求。對于長時間處于高溫工作下的耐磨材料而言，由于其材質(zhì)較為脆弱，故在泵體持續(xù)升溫的過程中極易受到溫差應力的影響而發(fā)生磨蝕甚至破裂。針對此種情況，應采取機械密封的方法進行處理。通過引入雙端面的背靠背設置，進而將硬質(zhì)合金和碳化鎢共同作為摩擦副。在想泵中注入外接的沖洗油，使其沖洗位于介質(zhì)端的密封端口，將磨蝕程度降至最低。

2.4 減壓塔塔底泵

減壓塔塔底泵的作用為將塔底含有的高溫物料進行抽取，并將其中一部分作為塔底的循環(huán)油漿，另一部分送至煤直接液化體系的油渣的成型裝置當中。但由于其底泵的最高運行溫度為300多度，所要輸送殘渣的主要成分大都為催化劑、瀝青烯、以及煤中的礦物質(zhì)與重油等。而殘渣當中，煤系催化劑與鐵系催化劑的存在，大幅提高了介質(zhì)本身的磨蝕性，加之瀝青烯等具有較高粘稠度液態(tài)物質(zhì)的存在嚴重阻礙了煤渣輸送的連續(xù)性，從而使得減壓塔底泵產(chǎn)生磨蝕。此外，減壓塔工段磨損突出部位還有減壓塔入口氣動閥后進料靠近塔壁的喇叭段，由于含固物料沖刷造成磨損。

針對上述情況，設計暖泵方案，具體說來就是利用底泵的功率，當有暖泵存在時，關閉底泵的進出口閥門，并將沖洗油或其他具有較高熱量的介質(zhì)加入其中，然后開啟底泵，通過輸入的沖洗油或其他熱媒進而使整個減壓塔底泵的溫度明顯提升，且在此過程中，通過加強對泵轉(zhuǎn)速的控制，進而調(diào)節(jié)并穩(wěn)定輸入功率，加速催化劑的反應并提高瀝青烯等高粘稠物質(zhì)的流速，減少底泵磨蝕。

3 結語

本文以煤直接液化裝置的易磨蝕部位產(chǎn)生磨損的原因及對策作為研究對象，通過煤直接液化的概念和意義進行分析，在結合煤漿加熱爐爐前加氫工藝相關特點的基礎上，對液化車間的進料泵、液控閥、常壓塔以及減壓塔等煤直接液化裝置產(chǎn)生磨損的原因做出了系統(tǒng)分析，并提出了具有較強針對性的解決辦法。可見，未來加強對煤直接液化裝置的易磨蝕部位產(chǎn)生磨損的原因和對策的研究力度，對于提高煤直接液化的效率具有重要的現(xiàn)實意義。

[1]朱豫飛.煤直接液化與殘渣熱解聯(lián)合加工技術[J].煤炭學報，2013,08(14)：1454-1458.

[2]張建波.煤直接液化殘渣基炭材料的制備及應用[D].大連理工大學，2013.

[3]韓來喜.煤直接液化工業(yè)示范裝置運行情況及前景分析[J].石油煉制與化工，2011,08(12)：47-51.

[4]周鋒.煤直接液化裝置長周期運行影響因素分析[J].山東化工，2014,08(24)：100-102.