真空閃蒸系統(tǒng)真空度低的原因分析

孔德升，馬小剛，鄭成群

(新能鳳凰〔滕州〕能源有限公司 山東滕州 277527)

真空閃蒸系統(tǒng)真空度低的原因分析

孔德升，馬小剛，鄭成群

(新能鳳凰〔滕州〕能源有限公司 山東滕州 277527)

通過對(duì)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的影響真空閃蒸系統(tǒng)真空度的問題進(jìn)行分析，總結(jié)出造成真空度低的不同原因的判斷方法，提出了相應(yīng)的處理方法和預(yù)防措施。維持真空閃蒸系統(tǒng)真空度穩(wěn)定，對(duì)保證灰渣絮凝效果，改善系統(tǒng)水質(zhì)，避免設(shè)備、管道和閥門結(jié)垢以及降低系統(tǒng)循環(huán)水用量具有重要意義。

真空閃蒸系統(tǒng) 真空度 原因分析

新能鳳凰(滕州)能源有限公司(以下簡(jiǎn)稱新能鳳凰公司)700 kt/a甲醇生產(chǎn)裝置采用由華東理工大學(xué)和國(guó)家水煤漿研究中心共同研發(fā)的多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)來制取原料氣，渣水處理系統(tǒng)采用三級(jí)閃蒸工藝，真空閃蒸系統(tǒng)的真空度直接決定了返回系統(tǒng)再利用的灰水溫度，對(duì)保證灰渣絮凝效果，改善系統(tǒng)水質(zhì)，避免設(shè)備、管道和閥門結(jié)垢及降低廢水換熱器負(fù)荷影響重大。

1 真空閃蒸系統(tǒng)概況

真空閃蒸系統(tǒng)主要由真空閃蒸罐、真空閃蒸分離罐、真空閃蒸冷凝器、水環(huán)式真空泵、沉降槽給料泵和真空閃蒸冷凝液泵組成。低壓閃蒸后的黑水(0.25 MPa，139 ℃)借助壓差送入真空閃蒸罐(-0.056 MPa)進(jìn)行閃蒸、降溫和濃縮，黑水降溫至78 ℃后在靜態(tài)混合器與絮凝劑充分混合，然后經(jīng)沉降槽給料泵加壓進(jìn)入沉降槽，上層較清的灰水返回系統(tǒng)循環(huán)利用。真空閃蒸罐內(nèi)的不凝性氣體經(jīng)解析后隨副產(chǎn)蒸汽進(jìn)入真空閃蒸冷凝器，蒸汽轉(zhuǎn)化為冷凝液，不凝氣和冷凝液再進(jìn)入真空閃蒸分離罐進(jìn)行分離，冷凝液由真空閃蒸冷凝液泵加壓送至灰水槽循環(huán)再利用，不凝性氣體由水環(huán)式真空泵抽出放空。

真空閃蒸系統(tǒng)位于三級(jí)閃蒸的末端，直接決定了黑水中酸性氣體的解析效果和黑水溫度，故真空度是真空閃蒸系統(tǒng)的核心控制指標(biāo)。由于絮凝劑對(duì)黑水溫度要求較高(一般在<80 ℃的水溫環(huán)境下才能起到較好的絮凝效果，從而控制灰水懸浮物含量在指標(biāo)范圍內(nèi))，在運(yùn)行過程中，若真空閃蒸系統(tǒng)的真空度低，甚至?xí)霈F(xiàn)超壓、超溫等現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)水質(zhì)和水系統(tǒng)的熱負(fù)荷產(chǎn)生較大的影響。

2 真空閃蒸系統(tǒng)出現(xiàn)的問題及解決措施

2.1 真空閃蒸分離罐液位高

(1)存在的問題

經(jīng)真空閃蒸冷凝器冷凝后的氣水混合物在真空閃蒸分離罐進(jìn)行氣水分離后，不凝氣和冷凝液分別從頂部和底部排出。真空閃蒸分離罐液位應(yīng)控制在30%～60%，若液位過高，會(huì)淹沒其入口，導(dǎo)致真空閃蒸分離罐內(nèi)形成水封，真空閃蒸分離罐內(nèi)真空度逐步降低，冷凝液會(huì)溢流至真空度較高的水環(huán)式真空泵，不僅阻礙了不凝氣的抽出，還會(huì)引起水環(huán)式真空泵電流升高且波動(dòng)增大，甚至出現(xiàn)超電流而跳車的情況。

(2)解決措施

檢修或更換真空閃蒸罐和真空閃蒸分離罐遠(yuǎn)傳液位計(jì)，通過現(xiàn)場(chǎng)磁翻板液位計(jì)將遠(yuǎn)傳液位指示調(diào)校準(zhǔn)確。水環(huán)式真空泵啟動(dòng)前采用浮球閥旁路實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)水，正常運(yùn)行時(shí)采用浮球閥自動(dòng)補(bǔ)水，防止因補(bǔ)水量過大而影響真空閃蒸分離罐液位。

2.2 渣水框架循環(huán)水管線出現(xiàn)氣阻

(1)存在的問題

酸性氣冷凝器泄漏時(shí)，出蒸發(fā)熱水塔的酸性氣會(huì)進(jìn)入循環(huán)水回水中，由于其密度小，容易在循環(huán)水管路頂部積累，造成渣水框架循環(huán)水管線壓力升高、流量減小。此時(shí)，真空閃蒸冷凝器內(nèi)的閃蒸氣得不到有效冷凝，隨不凝氣一起進(jìn)入水環(huán)式真空泵，增大了泵的運(yùn)行負(fù)荷，當(dāng)閃蒸氣氣量大于泵的最大抽吸量時(shí)，真空閃蒸罐內(nèi)的真空度消失并形成正壓。由于閃蒸后的黑水溫度是真空閃蒸罐工作壓力下對(duì)應(yīng)的飽和溫度，真空度降低后，黑水溫度逐漸升高。

(2)現(xiàn)象判斷

渣水框架循環(huán)水管線出現(xiàn)氣阻時(shí)伴隨的現(xiàn)象有：①進(jìn)渣水框架的循環(huán)水流量降低，進(jìn)氣化框架和煤漿制備界區(qū)的循環(huán)水用量增大；②一般情況下，在酸性氣冷凝器和真空閃蒸冷凝器換熱后的冷凝液溫度和循環(huán)水溫度升高；③氣阻嚴(yán)重時(shí)，真空閃蒸罐內(nèi)變?yōu)檎龎海h(huán)式真空泵電流大幅降低，閃蒸氣經(jīng)由泵出口放空管噴出；④酸性氣冷凝器循環(huán)水上水呈堿性，循環(huán)回水呈酸性。

(3)解決措施

將泄漏的酸性氣冷凝器切出，拆除各換熱器壓力表進(jìn)行排氣，真空閃蒸系統(tǒng)真空度將隨渣水界區(qū)循環(huán)水流量的增大而逐漸恢復(fù)。在渣水框架循環(huán)水最高點(diǎn)增設(shè)排氣閥，可提高處理氣阻時(shí)的排氣速率，縮短處理時(shí)間。

2.3 真空閃蒸分離罐氣路總閥堵塞

(1)存在的問題

真空閃蒸系統(tǒng)的閃蒸氣管線采用碳鋼材質(zhì)，在潮濕環(huán)境中容易生成鐵銹，鐵銹脫落后會(huì)隨氣體被帶走。由于真空閃蒸分離罐氣路總閥一般采用截止閥，截止閥動(dòng)作時(shí)的流通截面縮小、阻力較大，鐵銹容易卡在閥芯處而形成堵塞，阻礙真空閃蒸系統(tǒng)不凝氣的抽出。

(2)現(xiàn)象判斷

真空閃蒸罐內(nèi)真空度降低，真空閃蒸分離罐液位計(jì)處真空度低，水環(huán)式真空泵入口真空度高。當(dāng)2套以上真空閃蒸系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，閥門被堵塞的真空閃蒸系統(tǒng)真空度低，而其他真空閃蒸系統(tǒng)真空度正常。

(3)解決措施

系統(tǒng)停車后，將真空閃蒸罐和真空閃蒸分離罐內(nèi)液體排凈，并用低壓氮?dú)庵脫Q至合格，防止潮濕環(huán)境中碳鋼管道生銹。

2.4 真空閃蒸冷凝器內(nèi)細(xì)灰沉積

(1)存在的問題

真空閃蒸冷凝器為板式換熱器，板片間通道一般只有2～5 mm。進(jìn)入真空閃蒸罐的黑水具有水溫高、含固量大的特點(diǎn)，閃蒸后的氣相中會(huì)夾帶少量細(xì)灰。當(dāng)閃蒸氣通過真空閃蒸冷凝器時(shí)，閃蒸氣流速迅速降低，夾帶的細(xì)灰容易堵塞板間通道，導(dǎo)致真空閃蒸冷凝器的傳熱系數(shù)減小，閃蒸氣得不到有效冷凝就直接進(jìn)入水環(huán)式真空泵。當(dāng)閃蒸氣氣量超過水環(huán)式真空泵抽吸氣量時(shí)，真空閃蒸系統(tǒng)真空度降低，并且隨著真空閃蒸冷凝器堵塞的加重，真空度持續(xù)下降。

(2)現(xiàn)象判斷

正常運(yùn)行時(shí)，真空閃蒸冷凝器進(jìn)口閃蒸氣與出口冷凝液溫差約20 ℃，而真空閃蒸冷凝器堵塞后溫差將減小。由于循環(huán)水回水溫度低，故對(duì)冷凝器循環(huán)水作排氣處理，但循環(huán)水管線內(nèi)無(wú)氣體排出。真空閃蒸冷凝液量減少，真空泵電流增大。

(3)解決措施

在裝置大修時(shí)，拆檢真空閃蒸冷凝器，包括兩側(cè)進(jìn)口管段，將積灰和垢片清理干凈。

2.5 蒸發(fā)熱水塔充壓氮?dú)饣驓饣癄t置換氮?dú)庑孤?/p>

(1)存在的問題

在三級(jí)閃蒸工藝中，蒸發(fā)熱水塔和低壓閃蒸罐在系統(tǒng)投料前均需用低壓氮?dú)庵脫Q至合格，并分別充壓至0.4 MPa和0.2 MPa待用。由于氣化爐黑水具有流量大、溫度高、含固量大和角閥前后壓差大的特點(diǎn)，角閥長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)因磨損而造成內(nèi)漏。氣化爐投料前、蒸發(fā)熱水塔充壓時(shí)，大量低壓氮?dú)鈺?huì)通過角閥泄漏進(jìn)入氣化爐開工黑水管線，隨氣化爐排水進(jìn)入真空閃蒸罐中。

氣化爐投料前，爐內(nèi)為常壓，由于位差和阻力因素，氣化爐排水進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔后不能排入低壓閃蒸罐構(gòu)成水循環(huán)回路，必須通過氣化爐開工黑水管線進(jìn)入真空閃蒸罐，再由沉降槽底流泵加壓送入沉降槽。當(dāng)氣化爐進(jìn)行置換作業(yè)時(shí)，如果氣化爐液位低或無(wú)液位，在氣化爐(正壓)與真空閃蒸罐(負(fù)壓)的壓差作用下，置換氮?dú)鈺?huì)隨同氣化爐排水進(jìn)入真空閃蒸罐，從而造成真空閃蒸罐內(nèi)真空度降低。

(2)現(xiàn)象判斷

蒸發(fā)熱水塔充壓時(shí)，真空閃蒸罐內(nèi)真空度降低，且蒸發(fā)熱水塔內(nèi)壓力越高，真空閃蒸罐內(nèi)真空度越低。將蒸發(fā)熱水塔內(nèi)真空度恢復(fù)至常壓，對(duì)水環(huán)式真空泵出口氣體進(jìn)行取樣分析，發(fā)現(xiàn)樣氣中氮?dú)夂科撸膳袛酁檎舭l(fā)熱水塔充壓氮?dú)夥锤Z。

當(dāng)氣化爐進(jìn)行置換作業(yè)時(shí)，真空閃蒸罐內(nèi)真空度降低；氣化爐建立液位時(shí)，真空閃蒸罐內(nèi)真空度恢復(fù)正常；氣化爐無(wú)液位時(shí)，真空閃蒸罐內(nèi)真空度隨之降低。由此，可判斷為氣化爐置換氮?dú)庑孤┧隆?/p>

(3)解決措施

蒸發(fā)熱水塔進(jìn)行氮?dú)庵脫Q作業(yè)前，將氣化爐液位調(diào)節(jié)閥前閥關(guān)閉；氣化爐投料后，黑水切換時(shí)，再將氣化爐液位調(diào)節(jié)閥前閥打開，進(jìn)行黑水切換操作。

氣化爐進(jìn)行氮?dú)庵脫Q時(shí)，氣化爐內(nèi)保持一定液位，避免大量系統(tǒng)置換氮?dú)馔ㄟ^氣化爐開工黑水管線進(jìn)入真空閃蒸罐，從而影響真空閃蒸罐內(nèi)真空度。

2.6 水環(huán)式真空泵葉輪結(jié)垢

(1)存在的問題

水環(huán)式真空泵葉輪結(jié)垢會(huì)增大電機(jī)負(fù)載、縮小葉片與水環(huán)間的有效容積、降低泵的抽吸氣量。水環(huán)式真空泵葉輪結(jié)垢系由水質(zhì)差引起，而引起水質(zhì)惡化的原因：①水環(huán)式真空泵補(bǔ)水的一次水中鈣、鎂離子不斷積累；②真空閃蒸罐液位過高，灰渣隨閃蒸氣帶入真空泵。

(2)現(xiàn)象判斷

水環(huán)式真空泵葉輪結(jié)垢時(shí)，泵入口處的真空度降低，同時(shí)伴有電流過大或過小的現(xiàn)象。

(3)解決措施

將水環(huán)式真空泵補(bǔ)水改為脫鹽水，控制進(jìn)入泵體的鈣、鎂離子含量，從源頭上解決葉輪結(jié)垢的問題。水環(huán)式真空泵運(yùn)行時(shí)，可通過泵體溫度間接判斷泵體內(nèi)水溫情況，當(dāng)泵體溫度高于50 ℃時(shí)，應(yīng)手動(dòng)補(bǔ)入脫鹽水進(jìn)行置換。

3 結(jié)語(yǔ)

真空閃蒸系統(tǒng)是多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化工藝水處理中的關(guān)鍵裝置之一，其真空度低，甚至出現(xiàn)超壓、超溫等現(xiàn)象，將造成水系統(tǒng)的熱負(fù)荷升高。針對(duì)引發(fā)真空閃蒸系統(tǒng)真空度低的不同原因，采取不同的處理措施，能夠迅速恢復(fù)系統(tǒng)真空度，保證系統(tǒng)水質(zhì)的穩(wěn)定，減緩系統(tǒng)設(shè)備和管道結(jié)垢，保障系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。

Analysis of Causes for Low Vacuum Degree of Vacuum Flash System

KONG Desheng, MA Xiaogang, ZHENG Chengqun

(Xinneng Fenghuang 〔Tengzhou〕 Energy Source Co., Ltd. Shandong Tengzhou 277527)

By analyzing problems affecting vacuum degree of vacuum flash system arisen in operation, the determine methods for different causes of low vacuum degree are summarized, and relevant treatment methods and preventive measures are proposed. Maintaining stability of vacuum degree of vacuum flash system will be of great importance in ensuring ash and slag flocculating effect, improving system water quality, avoiding equipment, pipe and valves scaling and reducing quantity of system circulating water.

vacuum flash system vacuum degree cause analysis

孔德升(1986—)，男，技師，從事煤氣化生產(chǎn)工作；ds519520@163.com。

TQ546

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2014- 09- 01)