GE水煤漿氣化爐鎖斗系統常見問題分析

李　輝

(中石化齊魯分公司第二化肥廠　山東淄博255400)

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GE水煤漿氣化爐鎖斗系統常見問題分析

李輝

(中石化齊魯分公司第二化肥廠山東淄博255400)

中石化齊魯分公司第二化肥廠氣化裝置采用GE水煤漿加壓氣化技術，以煤漿和純氧為原料生產粗合成氣。煤漿經高壓煤漿泵送入工藝燒嘴，同時來自空分的氧氣也送入工藝燒嘴，在三流式工藝燒嘴頭部混合后噴入氣化爐，在1 400 ℃左右的高溫下發生部分氧化反應，生成水煤氣。煤在高溫下被熔化產生熔渣，與反應生成的粗煤氣并流經渣口及下降管進入激冷室，粗煤氣冷卻并被水汽所飽和。出激冷室的飽和氣體送入洗滌塔除去細粒，然后送至變換系統。沉降在激冷室底部的渣及少量沒有燃燒的炭通過破渣機進入鎖斗，經鎖斗的排渣管線排入渣池。鎖斗系統是確保氣化爐正常運行的重要環節。鎖斗系統出現故障會導致氣化爐無法排渣，為此，對鎖斗系統常見問題進行分析非常有必要。

1鎖斗系統流程

鎖斗是一個定期收集和排放固體渣的水封體系。集渣和排渣均遵照鎖斗循環邏輯，并按一定時序完成。在收渣階段，激冷室底部的渣水經破渣機、鎖斗安全閥、鎖斗進口閥進入鎖斗，鎖斗循環泵從鎖斗頂部抽取相對潔凈的水送回激冷室底部以幫助排渣。從渣水處理系統來的灰水由低壓灰水泵加壓至0.8 MPa后送入鎖斗沖洗水罐，作為鎖斗的沖洗水。鎖斗排放出的渣水進入渣池前倉，鎖斗出口閥關閉5 min后，2個渣池溢流閥打開，較澄清的渣水溢流至渣池后倉，并由渣池泵將渣水送往1#真空閃蒸罐。排入渣池的粗渣在前倉由撈渣機送入灰車，然后送出界區。

2鎖斗系統常見問題分析

2.1鎖斗閥故障

根據氣化爐負荷以及煤質的情況，產生的渣量有所不同，鎖斗1次收渣的時間也有所不同，一般在30～40 min。鎖斗循環1個周期，除鎖斗安全閥之外，其余9只閥門均要開、關1次以上(鎖斗安全閥在緊急情況會自動關閉)。頻繁開關鎖斗閥加上惡劣的工作環境(渣水固含量較高)易出現故障，主要表現為閥門卡澀、內漏、外漏等；尤其是鎖斗泄壓閥，較其他鎖斗閥而言，還存在高壓差開啟的問題，因而故障率最高。

鎖斗順控程序中要求每個閥門動作時間不超過15 s，鎖斗閥卡澀嚴重時會引起鎖斗跳車，DCS會記錄上一次鎖斗閥的開關時間，便于快速找出有故障的閥門。不間斷的現場巡回檢查可及時發現鎖斗閥外漏，有時還能發現鎖斗閥卡澀。鎖斗閥的內漏往往比較隱蔽，不易判斷。鎖斗溫度升高，手動泄壓前觀察到鎖斗壓力出現下降，可以判斷出鎖斗低壓側閥門(即鎖斗泄壓閥、鎖斗沖洗水閥、鎖斗出口閥中的1只或幾只)存在內漏，再進一步判斷則需要拆開鎖斗泄壓閥和鎖斗出口閥后管線才能得出結論。鎖斗手動充壓前觀察到鎖斗壓力出現上漲，可以判斷出鎖斗高壓側閥門(即鎖斗入口閥、鎖斗充壓閥、鎖斗循環泵入口閥中的1只或幾只)存在內漏。通過就地手動閥切除鎖斗充壓閥、鎖斗循環泵入口閥，觀察對鎖斗的影響，可進一步判斷是哪只閥內漏。

鎖斗閥出現故障會影響氣化爐排渣，一般需要盡快更換。除鎖斗安全閥外，其他鎖斗閥均可在線更換。先將氣化爐負荷降至最低后，減少產生的渣量，然后將鎖斗停運排空，并與氣化爐隔離，就可以更換故障閥門，鎖斗停運一般不超過4 h。顯然，在線更換閥門是不經濟的，也是有風險的。延長鎖斗閥的使用壽命，不單是閥門制造企業的責任，也是閥門使用企業的課題。

(1) 鎖斗閥的檢修周期要與氣化爐同步，不能因為使用過程中沒有出現問題而放棄檢修，積累一定檢修經驗后，可再根據實際情況來確定。一般鎖斗安全閥、鎖斗泄壓線沖洗閥、鎖斗循環泵入口閥、鎖斗循環泵回流閥、渣池溢流閥可以適當延長1～2個周期再檢修。

(2) 適當延長鎖斗收渣時間，減少閥門動作次數。1個檢修周期內(約4 000 h)鎖斗閥開、關各約8 000次，若將鎖斗收渣時間由30 min延長至40 min，鎖斗閥就會少動作2 000次，可有效降低鎖斗閥故障率。

(3) 鎖斗泄壓閥前加裝限流孔板。該閥打開前閥門前后壓差高達6.5 MPa，打開的瞬間鎖斗壓力為常壓。泄壓過快造成渣水流速過快，并有少量汽化。高壓差及三相流體的快速沖刷，造成開車初期該閥故障率極高。閥前加裝限流孔板后，該閥可正常運行4 000 h以上。

(4) 降低灰水溫度，提高灰水質量。鎖斗系統的沖洗水是由系統內澄清的灰水提供的，灰水的懸浮物含量高、硬度高、溫度高，易加快鎖斗沖洗水閥和鎖斗泄壓線沖洗閥的球面結垢，進而會出現閥門卡澀的現象。因此，灰水溫度和水質需要控制好。

2.2鎖斗系統堵塞問題

鎖斗系統與灰渣接觸最多，堵塞時有發生，曾出現過鎖斗入口堵、鎖斗出口堵、鎖斗沖洗水管線堵、鎖斗循環泵出口管線堵等問題，一般處理及時不會影響生產。

(1) 鎖斗入口堵，即破渣機上部灰渣架橋，易發生在鎖斗長時間停運或破渣機停運后。堵塞現象為鎖斗循環泵出口流量大幅下降，甚至降為零。輕微的架橋可通過反轉破渣機得以解決，嚴重時可用鎖斗安全閥頂部的高壓氮氣反吹；若長時間無法疏通，則需氣化爐停車處理。

(2) 鎖斗出口堵。堵塞現象為鎖斗排渣時壓力不下降，鎖斗沖洗水罐液位不下降，但鎖斗順控可以正常運行。該問題原來比較隱蔽，后來在鎖斗排渣條件中增加了1個聯鎖條件，即只有在鎖斗壓力小于0.1 MPa時，才允許關閉鎖斗出口閥。如果排渣時鎖斗出口堵塞，鎖斗壓力會大于0.1 MPa，鎖斗程序不再繼續運行，15 s后鎖斗運行超時跳車。輕微的堵塞可以通過錘擊鎖斗出口閥上部管線得到疏通，嚴重時可以用高壓水管進行疏通。

(3) 鎖斗沖洗水管線堵，幾次均為鎖斗沖洗水閥閥后單向閥卡澀所致。現象為鎖斗沖洗水罐液位下降慢，鎖斗充壓超時跳車。現場錘擊該單向閥，若不起作用只能進行更換。

(4) 鎖斗循環泵出口管線堵塞。正常情況下，備用的鎖斗循環泵單向閥跨線稍開，一般不會堵塞。在線檢修后，備用泵出口長時間不流動而積渣，易出現堵塞。堵塞時，主泵打量正常，備用泵打量為零，可將鎖斗循環泵與氣化爐、鎖斗隔離后泄壓，用備用泵的密封水沖洗出口管線，沖洗水從主泵導淋排出。

2.3鎖斗系統儀表問題

鎖斗系統環境惡劣，配套儀表也曾出現了一些問題。

(1) 鎖斗沖洗水罐液位計管道堵塞。堵塞現象為頻繁出現鎖斗充不滿水，導致充壓超時、鎖斗跳車，拆下鎖斗沖洗水單向閥檢查未發現異常，更換單向閥后，該現象未消除。打開鎖斗沖洗水罐補水閥的副線閥(液位計液位>80%，鎖斗沖洗水罐補水閥自動關閉)，鎖斗沖洗水罐液位溢流后，鎖斗可以自動運行。拆下液位計膜盒表，發現管道結垢嚴重，清理后鎖斗運行正常。

(2) 替代鎖斗液位開關。原設計中鎖斗順控依靠鎖斗液位開關來判斷鎖斗處在灌滿或排空狀態，由于鎖斗液位開關作用不大且極易損壞，損壞后不再擔任鎖斗狀態判斷任務，存在隱患。例如2.2中鎖斗出口堵塞，就是因為缺少鎖斗液位開關作為判斷依據，才會導致隱患難以發現。可利用2.2中提到的方法，用鎖斗壓力判斷來替代液位開關判斷。

(3) 替代鎖斗壓差表。鎖斗壓差表高壓側為鎖斗壓力，低壓側為氣化爐原料氣出口壓力，兩者壓差小于0.3 MPa時，允許打開鎖斗入口閥收渣。由于2個測壓點距離較遠，壓差表損壞后更換不便，即將其棄用。采用氣化爐爐膛壓力、氣化爐原料氣出口壓力、洗滌塔出口壓力三者取中與鎖斗壓力做差值，完全可以替代原壓差表。

2.4鎖斗系統磨損、腐蝕問題

鎖斗系統接觸的介質為固液兩相，磨損、腐蝕較為嚴重，出現問題較多的地方包括鎖斗排渣管線、渣池防沖板、撈渣機底板、渣池泵蝸殼、鎖斗循環泵出口管線。

(1) 鎖斗排渣線及渣池防沖板的磨損原因主要在于鎖斗排渣時固液混合物對其高速撞擊。鎖斗排渣線磨穿后，黑水外濺；渣池防沖板磨穿后，渣水沖擊撈渣機導輪，造成導輪卡澀，進而撈渣機難以運行。目前主要以預防、檢修為主，每個檢修周期都需進行補強。

(2) 撈渣機底板與刮板互相配合，將渣從水中撈出，并簡單瀝干。撈渣機底板在刮板及渣的摩擦作用下，逐漸變得不再平整，撈渣機的工作效率逐漸下降。中石化齊魯分公司第二化肥廠撈渣機運行4年后，已逐步在撈渣機底板重新鋪設了1層不銹鋼板。

(3) 由于輸送介質中含固量較高，渣池泵蝸殼經常磨穿；另外，由于鎖斗間歇性排水，該泵還存在間歇性憋壓、抽空的問題。原設計是鎖斗排渣5 min后再打開渣池溢流閥，為減少渣池泵輸送黑水的含固量，可將渣池溢流閥打開的時間延后至鎖斗排渣20 min后，盡可能多地由撈渣機將渣撈出；另外，給渣池泵的電機配加變頻器，變頻器的頻率控制與渣池液位關聯，可解決泵間歇性工作的問題。

(4) 鎖斗循環泵流量超出設計值2.5倍，泵出口管線大小頭、彎頭、三通等部位頻繁出現泄漏。原因為鎖斗循環量增大，鎖斗內渣粒的沉降速度減慢(鎖斗內系統近似為澄清池)，進入鎖斗循環水管線的固體顆粒粒度增大，同時管線內流體流速加快，沖刷腐蝕加劇；鎖斗收渣階段后期，鎖斗循環水中含固量急劇增加，固體顆粒增多，管線沖刷腐蝕加劇。

減輕管線腐蝕的措施：①控制鎖斗收渣時間，避免收渣時間過長，導致鎖斗循環水含固量劇增。綜合考慮鎖斗閥開關次數影響鎖斗閥使用壽命的因素，將鎖斗收渣時間定為40 min。在氣化爐負荷升高或煤質原因導致渣量增多時，可適當縮短收渣時間。②降低鎖斗循環水流量，具體可采用切削循環水泵葉輪、加限流孔板或變頻電機調節等方法，從而降低鎖斗循環水流速，減小鎖斗循環水內固體顆粒的粒度。

2.5鎖斗系統其他問題

除上述問題外，鎖斗系統還有沖洗水管線振動大、邏輯設計存在缺陷等問題。

(1) 鎖斗沖洗水管線振動過大，導致鎖斗沖洗水閥前的膨脹節開裂泄漏，長桿阻尼器失效。主要原因是由于鎖斗排渣時，鎖斗出口閥及鎖斗沖洗水閥開關過快，造成鎖斗沖洗水流量變化過快，引起管線振動。通過在鎖斗閥儀表風氣源管線上設置限流孔板，調整閥門動作時間在7 s以上，該問題得以解決。

(2) 鎖斗系統邏輯設計存在缺陷。原設計鎖斗泄壓閥允許使用的條件為2只鎖斗入口閥關閉。鎖斗在手動模式下操作時，未將鎖斗循環泵入口閥關閉，僅關閉2只鎖斗入口閥也能打開鎖斗泄壓閥，此操作將會導致氣化爐內高壓黑水通過鎖斗循環泵大量倒流至鎖斗泄壓管線，進而氣化爐液位急劇下降，鎖斗循環泵被迫倒轉，極易造成氣化爐液位低聯鎖停車及鎖斗循環泵損壞。因此，將鎖斗循環泵入口閥關閉也作為允許打開鎖斗泄壓閥的條件之一。

3結語

中石化齊魯分公司第二化肥廠煤氣化裝置運行6年來，各項工藝經濟指標逐步趨好，系統長周期運行記錄不斷刷新(現為538 d)。通過對鎖斗系統暴露出來的問題一一解決，對鎖斗系統的認識不斷加深，確保了鎖斗系統的平穩運行，避免了氣化系統因鎖斗系統故障而被迫停車。

(收到修改稿日期2015-02-03)