淺談水煤漿氣化渣水系統管路磨損及堵塞的優化改造

周　宇，李劍暉

(神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭　014010)

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淺談水煤漿氣化渣水系統管路磨損及堵塞的優化改造

周宇，李劍暉

(神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭014010)

摘要：水煤漿氣化裝置渣水系統的高溫高壓黑水中含有較多固體顆粒，黑水在流動過程中，經過一段時間的累積會造成管道和管件磨損穿孔、管道結垢、排水不暢甚至整個管路堵塞的情況，而一旦出現此類情況，需要退料停車處理，造成原料的大量浪費，檢修工作量的成倍增加。針對此類嚴重制約長周期平穩運行的工況，提出一系列優化改造措施，延長了整個系統的運行周期，達到了節能降耗、增產增效的目的。

關鍵詞：磨損；堵塞；優化改造

0引言

GE公司的水煤漿加壓氣化技術，是將加壓后的水煤漿與來自空分裝置的純氧在氣化爐內燃燒產生水煤氣，水煤氣經激冷洗滌后送至變換單元。煤漿氣化的同時產生大量爐渣，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。大部分的爐渣經過自然沉降由撈渣機排走。爐渣經過激冷和洗滌后，產生含細小顆粒的高溫高壓黑水，此股黑水送渣水處理系統，經四級閃蒸降溫和熱回收，將黑水中的大部分細渣分離出來。經渣水系統分散劑處理后，部分水循環送回氣化系統繼續使用，少部分送到污水處理系統。渣水系統示意圖如下圖1：

2水煤漿氣化裝置自運行以來，渣水單元管路系統遇到的主要問題

2.1　管路系統磨損

2.1.1管道磨損。由于渣水系統中含有固體顆粒，運行中對流經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、調節閥后的管道、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。原始設計時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。渣水系統中彎頭、三通等處受介質沖刷嚴重，一個原因是原始設計壁厚考慮不足，再就是由于黑水含固量較高，當黑水通過彎頭、三通時，由于離心力和慣性力等撞向管件的內壁，一部分顆粒沿著管壁滑動，一部分形成撞擊，最終使得管件內壁拐彎處形成凹坑、滑道等。經統計，3個月左右的時間就會造成管件彎道處磨穿。

圖1　煤氣化渣水系統示意圖

2.1.3閥門磨損。閥芯及閥座磨損嚴重，由于閥門反復開關調整工況，而長時間的磨損，會導致密封面形成劃痕以及凹槽，有時甚至將閥體磨穿，導致閥門內漏或外漏，使得閥門作用失效，最終導致設備單體無法切出，給檢修工作帶來很大困難。

2.2　管路系統堵塞

2.2.1鹽類垢掛壁堵塞。由于黑水中含有細灰，而且系統水質在內部循環時，鈣鎂離子不斷累積。隨著磨損程度的加劇，管道內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壁附著形成垢團；同時隨著溫度升高，更多的鹽類從水中釋出，而部分細灰會夾雜著釋出的鹽類沉積在管道內壁上，使得管道內壁會形成大的垢片。

2.2.2固溶物掛壁堵塞。黑水系統經過逐級閃蒸后，其含固量逐漸上升；同時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壁的結垢、掛渣。因而在渣水系統中越是后面流程的管道其結垢越厲害。經過近幾年的運行，沉降槽出口的輸送管道會完全堵塞，以至造成整個渣水系統的停車，被迫對管道進行高壓清洗檢修。

2.3　動設備損壞

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

3根據渣水系統存在問題的分析進行的技術改造

3.1　管路系統磨損處理

3.1.1選用內襯管道。對于管路系統的磨損，首先應該考慮耐磨內襯管道。根據磨損工況的不同耐磨內襯管道有不同的材料選擇，通常是采用耐磨陶瓷內襯。但是陶瓷內襯管道不能用在溫度較高的工況，因為陶瓷與鋼管的膨脹系數不一樣，加上在高溫區陶瓷變的脆性很高，一旦在垢片的高速沖擊下，很容易將內襯陶瓷擊碎，造成嚴重的后果。所以，如選用內襯管道，一定要做好評估。

3.1.2增加管道及管件壁厚。由于原始設計管道及管件壁厚較薄(只有10mm)，在實際運行過程中，管道很快就會磨損，尤其是管道方向改變處、截面突變處及調節閥后的管道處經常出現穿孔。為了解決以上問題，將直管段在厚度增加到26±2mm，在近三年的運行中未出現泄漏情況。將管件厚度增加到26±2mm，經統計其磨損如下表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個月提高到6個月以上，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，以免在運行中出現泄漏?？梢姡艿兰肮芗S著增加厚度其使用壽命也相應延長。

3.1.3耐磨防沖材料的引入。在進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保護盒，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)，這種措施是一個大膽的嘗試，也起到了很不錯的效果。使用壽命由原來3個月，能夠提高到9個月左右的時間。其改造前后如下圖2，圖3所示：

從改造前后的圖中，還能看出以下兩個很重要的改造：

圖2　釋放筒改造前

圖3　釋放筒改造后

一個是法蘭由原來的帶徑對焊法蘭改成承插焊法蘭，這樣可以很好的避免焊縫這個薄弱的環節，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盲法蘭過早被沖刷磨穿。

另外在對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，使其流動更平穩。

3.1.4改變閥門材質。對于閥體、閥芯及閥座磨損嚴重的工況，采取改變閥門材質，使用硬質合金，特別是閥芯等關鍵部位都使用司太立合金，此種材質由于鉻、鎢和鉬的合金碳化物分布于富鈷的基體中，使合金得到強化，有著很好的耐磨性。從現實使用過程中也達到了延長壽命的作用。

3.2　管路系統堵塞的延緩及處理

3.2.1首先要做好工藝參數設計。由于當地水質相對硬度較高，所以從工藝包的設計上，可以根據水質的分析，進一步優化操作溫度，由于鹽類垢通常是隨著溫度的升高溶解度逐漸降低，所以在設計以及運行操作中一定要觀察水質分析和溫度數據，以免加速鹽類垢的形成。

3.2.2優化水質pH值。研究表明，pH值提高時，難溶性鹽會迅速結晶，導致污垢形成的誘導期短，但是如果pH降低時會加快管道腐蝕，反而又引起磨損加劇，導致泄漏。根據多年的運行經驗，從多方面考考，pH值推薦范圍在7.0～8.0。所以根據地區水質的分析數據可以適當的添加化學藥劑調整pH值，這樣可以起到很好的阻垢效果。

3.2.3高壓清洗。管道內部結垢嚴重后，利用檢修的時機，可以采用高壓水清洗除垢，利用高壓柱塞泵產生高壓水，經過特殊噴嘴噴向垢層。此種方法已經普遍推廣，但是一定要提前做好清洗準備工作，因為當高壓清洗水管在進入管道內4m以后，或者到達管道彎頭處，人工無法有效控制，嚴重影響清洗效果。這就要求提前將管道做好短節，比如每隔8m左右安裝一個1m的清洗短節，這樣對高壓清洗工作可以起到事半功倍的效果；對于彎頭，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化學清洗。根據垢層的化學成分，選用合成的化學試劑溶解垢層。這種方法雖然普遍使用，但是垢層成分復雜，不太容易找到合適的除垢劑。而且化學試劑通常成本較高，只適合在一個封閉的小系統內進行循環處理。一旦處理不當也會造成管道腐蝕損壞。所以此法適用于精密度較高的小型操作系統。

3.2.5增設備用管線。對于關鍵管線，增設一條備用管線，這也是一個較好的措施，雖然成本較高，但是對于長周期運行也是適得其所。即能保證及時清洗堵塞管線，又能保證系統的連續運行。

3.3　動設備處理措施

對于泵運行葉輪堵塞問題，經過與設計、制造部門反復推敲后，將泵的閉式葉輪結構改為開式葉輪結構，更改后配件(包括葉輪、前襯板、入口襯套)必須配套使用。雖然會導致泵的效率有所降低，但是在不影響工藝運行的情況下，完全解決了葉輪堵塞問題。

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

對于沉降槽等設備內部大面積結垢的情況，需要利用檢修時間，定期進行清洗掛在內壁上的垢層，避免大面積垢層脫落導致的嚴重后果產生。

4結束語

水煤漿氣化裝置渣水系統管路的磨損及堵塞，是由多種因素導致的，每個地域的工藝其渣水系統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、設計結構等，只有這樣才能分析出內在原因，做出合理的解決方案，起到良好的預防效果。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：TQ547.8+1

文獻標志碼：B

文章編號：1003-6490(2015)01-0048-03

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

收稿日期：2015-02-15