殼牌煤氣化裝置生產管理要點總結

牛玉奇

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

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殼牌煤氣化裝置生產管理要點總結

牛玉奇

（河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600）

摘 要：結合河南龍宇煤化工有限公司及國內殼牌煤氣化裝置近年來的生產運行經驗，對殼牌煤氣化裝置生產管理的特點進行了分析，從煤質管理、運行管理、設備管理、儀表管理、漏點管理等方面提出了殼牌煤化工生產管理的要點和思路。

關鍵詞：煤氣化；氣化爐；殼牌；生產管理

近年來，新型煤化工作為清潔能源在國內發(fā)展很快，各種煤化工技術在各地都有應用，其中殼牌粉煤加壓氣化技術在國內已有20余套裝置投產，自2006年首套裝置投產至今已有10年的時間。10年間，經過各工廠的努力，有一半以上的裝置實現累計運行超過300 d/a，其中河南龍宇煤化工有限公司的殼牌煤氣化裝置已經連續(xù)5年，年累計運行超過300 d，最長年累計運行天數達到340 d，最長單次連續(xù)運行天數達到322 d，創(chuàng)造殼牌煤氣化裝置安全連續(xù)運行最長紀錄。但因為殼牌煤氣化裝置的復雜性，如何提高其生產管理水平、降低生產檢修費用仍為各廠生產管理的難題。

1 殼牌煤氣化工藝及特點

殼牌煤氣化工藝是原煤在磨煤工序中進行輾磨、干燥，制成大部分為5～90 μm（占比為＞90％）的顆粒，煤粉經過加壓輸送至氣化爐，在壓力4.0 MPa（g）左右、溫度1 500～1 600℃的條件下與純氧反應，生成以CO+H2為主要組分的粗煤氣及灰、渣的過程。生成的粗煤氣經過激冷至900℃后，經過輸氣管、氣體返回室、合成氣冷卻段進一步冷卻至340℃左右，再經過飛灰過濾、濕洗后送至下游工序。過濾下的飛灰經過鎖斗降壓、氣提后送至飛灰貯倉，氣化爐底部排出的渣經冷卻、降壓后送到撈渣機。

從工藝操作方面來看，殼牌煤氣化工藝有如下特點。

（1）涉及物質的狀態(tài)較多，有固相、氣相、液相、氣固混合相、固液混合相等，介質狀態(tài)的復雜性決定了其工藝生產的復雜性。

（2）氣化爐結構復雜，氣化爐、輸氣管、合成氣冷卻器三大部分連為一體。膜式壁式的設計決定了其不同部位耐溫、承壓不同，增加了操作的難度。

（3）激冷段、輸氣管、合成氣冷卻器上裝有58個敲擊器（不同項目敲擊器的數量有所不同），其動靜結合的結構決定了其密封的難度。

（4）煤氣化裝置中疲勞設備較多，相關設備、閥門的管理難度較大。

（5）氣化裝置中儀表點、復雜邏輯和控制回路多，增加了儀表管理和工藝控制的難度。

（6）粗煤氣成分復雜，且為濕氣，增加了腐蝕、泄漏的概率。

2 生產管理要點

2.1 煤質管理

煤是所有煤化工項目的源頭，煤質管理是煤化工生產管理的重中之重。雖然殼牌煤氣化工藝的煤種適應性比較廣，可適應從無煙煤、煙煤、褐煤到石油焦等原料［1］，荷蘭Demkolec電廠也試燒了多個煤種［2］［3］，但對于具體的爐型，殼牌氣化工藝對煤質也有嚴格的要求。多個工廠均出現過因為煤質管理不當，造成氣化爐堵渣［4］、十字支撐積灰［5］的事故，嚴重者甚至造成氣化爐損壞。

入爐煤要達到表1的指標，氣化爐的長周期、穩(wěn)定運行才能有所保證。

表1 入爐煤的煤質指標要求

除了保證以上指標外，要達到氣化爐的長期、穩(wěn)定運行，還有其他幾個方面也需要加以注意。

（1）要保證入爐煤質的長期穩(wěn)定性。比如，同一批次的煤，灰分含量的波動最好＜3％，煤熔點波動＜100℃。

（2）不同批次的煤要提前進行工業(yè)分析及灰分分析，并根據分析結果，制定相應的操作方案。特別在換煤時要制定專門的操作注意事項。荷蘭Demkolec電廠1997年至1999年期間的8次非計劃停車中，有5次是因換煤時操作不當引起的［4］。

（3）單煤種達不到上述指標時，可進行配煤操作以滿足入爐煤的要求。目前配煤管理已成為國內各工廠煤質管理的重要內容之一。

（4）對原煤的運輸過程進行全方位的管控。即對從煤礦開始，到煤粉入爐前的整個過程進行管控。部分工廠已執(zhí)行6點管控法：從出礦點、發(fā)運點、到港點、入庫點、混配點、上煤點6個關鍵點入手［6］，全過程監(jiān)控原料煤質量，以保障用煤安全。

2.2 運行管理

殼牌煤氣化裝置屬于連續(xù)式加壓氣化工藝，其工藝特點決定了生產操作的復雜度，運行管理水平的高低直接決定著運行周期的長短和運行質量的好壞。

2.2.1 煤線的控制

4條煤線的運行狀態(tài)直接決定著氣化爐的運行狀態(tài)。若個別煤線過氧或過煤會造成局部偏燒，偏燒嚴重可能燒壞煤燒嘴或燒嘴罩；若煤流量波動過大可造成氣化爐壓力與粗煤氣流量波動大，整個工況不穩(wěn)定，會影響下游工序的穩(wěn)定運行；若煤燒嘴頻繁跳車，則會直接影響整個系統(tǒng)的負荷和煤燒嘴的壽命。可通過以下措施保證煤線的穩(wěn)定：①要使煤粉保持合適的水分與粒度，水分一般在1％～2％之間，粒度一般為＞5 μm，且＜90 μm占比達80％以上，水分和粒度過低或過高都影響煤線的穩(wěn)定性；②要適當控制煤粉的流化風與輸送風，使煤粉在管線中均勻流動；③要做好管線伴熱，保證煤粉管線溫度＞80℃，防止煤粉中的水蒸氣在管線中冷凝；④要保證煤線上速度計和密度計的靈敏、穩(wěn)定，便于操作工觀察和調節(jié)。

2.2.2 氣化爐負荷的控制

氣化爐高負荷運行是整個裝置經濟運行的關鍵，但氣化負荷的高低也受煤質的影響，若原煤的灰分過高，則高負荷可能造成渣及灰處理系統(tǒng)負荷過大，不利于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。氣化爐負荷控制的操作要點如下：①盡量減少影響氣化爐負荷波動的因素，如減少煤種和配煤比例的變化，每一種煤盡量要連續(xù)燒1周以上；②氣化爐加減負荷、升降壓力要緩慢，為減少氣化爐壓力的波動，可通過下游工序控制壓力；③提負荷時先加煤，等煤穩(wěn)定后再加氧，降負荷時反之。

2.2.3 氣化爐溫度的控制

氣化爐控制合適的溫度是保證設備安全的關鍵因素之一，溫度過高，可造成膜式壁渣層減少，直接損壞水冷壁管、煤燒嘴及燒嘴罩等；溫度過低則渣層過厚，長時間運行有堵渣的危險。因為沒有直接監(jiān)控氣化爐反應段溫度的儀表，故要隨時監(jiān)控能反映氣化爐溫度的其他參數，以保證在合適操作窗口內操作。氣化爐溫度控制的操作要點如下：①汽包小室產量是快速反映氣化爐溫度的重要參數，要重點監(jiān)控，保證其在合適的范圍內，一般4～5 kg/s（各工廠根據現場布管的不同，顯示值也有所不同）；②密切關注激冷段及輸氣段水汽密度，密度高表明氣化爐溫度低，密度低則表明氣化爐溫度高，要進行適當調整；③渣處理系統(tǒng)的循環(huán)渣水含固量也是反映氣化爐溫度的指標之一，含固量高則氣化爐溫度低，含固量低則氣化爐溫度高，一般控制在0.5％ ～2％之間；④粗煤氣氣體組分中CO2的含量是反映氣化爐溫度的重要參數，CO2含量一般控制在1％～3％，高則表明氣化溫度高，低則表明氣化溫度低（用CO2作載氣的一般控制在9％～11％）；⑤CH4含量的高低也是反映氣化溫度的主要參數，一般控制在70～150 mg/m3之間，CH4含量高表明氣化爐溫度低，含量低則表明氣化爐溫度高（CH4含量與煤質也有一定的關系，要根據煤質的變化適當調整CH4含量）。

2.2.4 渣顏色和形狀的控制

渣是粉煤燃燒與反應后的最終產物，渣的形狀和顏色較直觀地反映了氣化爐的燃燒狀況。影響渣的顏色和形狀的主要因素有煤種及配煤比例、氣化爐操作溫度、煤線的穩(wěn)定性和均勻性等。正常渣樣的形狀為直徑＜5 mm的不規(guī)則顆粒，顏色為黃綠色，伴有少量針狀或細絲狀渣和較大顆粒渣，此時氣化爐溫度適中；若渣中小顆粒渣偏多，甚至出現煤粉，則說明氣化爐溫偏低；若細絲狀渣偏多，則表明氣化爐溫偏高，要及時調整；若渣樣比較雜亂，粉末狀渣和細絲狀渣都不少，則可能表明4條煤線不均勻，有偏燒，要仔細判斷煤線的運行情況并逐一進行調整。

2.3 設備管理

殼牌煤氣化裝置以氣化爐為核心，氣化爐、輸氣管、合成氣冷卻器在煤氣化框架中連為一體，整個設備共有12個人孔，200多管口，本體上還裝有58個振打器，設備密封點多，結構和受力情況復雜。氣化裝置疲勞設備多，共有13臺疲勞設備，這對設備管理的檢修提出了更高的要求。

煤氣化裝置運行初期，主要以解決緊急設備問題、工藝操作問題為主，隨著各裝置連續(xù)運行的常態(tài)化，裝置的設備和工藝瓶頸問題已逐步得到解決，裝置已由緊急搶修轉為計劃檢修，逐步開展預防性檢修、維修工作，進而總結規(guī)律，開展主要設備儀表的故障平均分析MTBF工作。氣化裝置主要設備故障平均周期見表2。

表2 氣化裝置故障平均分析（MTBF）表

通過開展設備故障平均分析工作，加強了設備基礎管理，建立設備檢測數據庫，科學評估設備檢修周期，為裝置長周期運行打好基礎。

2.4 儀表管理

殼牌煤氣化裝置具有大型化、集中化、精密化、智能化的特點，其控制系統(tǒng)復雜，I/O點多達4 000個，控制回路800余個，還有多個比值調節(jié)及順序控制系統(tǒng)，其復雜程度在國內化工行業(yè)單套裝置中少見。這些儀表回路對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定影響重大，稍有故障將造成裝置停車或安全隱患。另外，氣化裝置介質狀態(tài)的復雜性也決定了儀表的管理和維護要更加精心。

（1）工藝人員和儀表技術人員要對每個儀表和控制回路熟練掌握，以便在儀表或工藝出問題時，能迅速判斷故障點并及時排除，避免問題擴大化。

（2）儀表維護人員要定期進行現場巡檢，及時排除儀表隱患，如活接頭漏氣、儀表氣源松動、儀表保溫伴熱不好等問題。

（3）對于粗煤氣管線、煤粉管線、灰渣系統(tǒng)的壓力表、壓差表，要定期排液或吹掃，避免儀表導壓管積液、積灰堵塞導致儀表指示偏差。

（4）秋冬季節(jié)要加強儀表的伴熱和保溫，避免儀表導壓管結冰堵塞造成指標偏差，甚至引起跳車。

2.5 漏點管理

因為煤氣化裝置介質的復雜性，漏點管理也是殼牌煤氣化裝置生產管理的重要內容之一，國內部分裝置多次出現因漏點無法控制而引起的非計劃停車［7］。裝置常見的泄漏點主要有：①粗煤氣管線上的焊縫或取壓點根部；②S1501與C1601出口管線混合三通處；③V1204泄壓管線三通處；④V1403泄壓管線彎頭處；⑤U1700系統(tǒng)泵出口管線彎頭、變徑等部位。

可通過以下措施加強對漏點的管控和處理。

（1）對粗煤氣管線及取壓管的材質進行升級。原設計材質為碳鋼或304不銹鋼，粗煤氣管線材質可升級為Incoloy 825或碳鋼內襯Incoloy 825復合管，導壓管材料可升級為Incoloy 825。

（2）安排巡檢人員用氣體檢測儀對粗煤氣管線每天進行檢測，及時發(fā)現泄漏點。

（3）對粗煤氣管線煤粉管線、灰渣管線等易泄漏部位定期測厚，若發(fā)現減薄可趁檢修機會提前進行更換。

（4）對發(fā)現的小漏點，在有安全保障的前提下，可進行帶壓堵漏工作，并進行特護管理，減少由此帶來的非計劃停車。

3 結語

由于殼牌煤氣化裝置關鍵設備的集中化、復雜性以及介質的復雜性，國內殼牌煤氣化裝置在運行的前幾年均經過多次的反復探索，走了許多彎路，直到今天，有部分項目運行效果仍然不佳。本文從運行、設備、儀表、漏點等4個方面對裝置的生產管理要點及解決措施進行了總結，對同類煤氣化裝置的生產管理有一定的借鑒意義。

參考文獻：

［1］唐宏青.Shell煤氣化工藝的評述和改進意見［J］.煤化工，2005 （6）：9-13.

［2］鄭振安.煤種特性對殼牌煤氣化裝置設計和操作的影響［J］.化肥設計，2003，41（6）：15-17，23.

［3］盧下滔.采用Shell加壓粉煤氣化技術改造我國大、中型氨廠的評價（上）［J］.化肥工業(yè)，2001，28（5）：3-9.

［4］湯中文.干法粉煤氣化技術進展及工藝影響因素［J］.中氮肥，2003，26（3）：149-152.

［5］牛玉奇，段志廣，沈小炎.Shell氣化爐合成氣冷卻器積灰原因及應對策略［J］.化肥設計，2009，47（4）：22-25.

［6］何大春.基于SHELL煤氣化裝置長周期運行的創(chuàng)新管理［J］.科技通報，2014，30（7）：211-216.

［7］吳奇洪.煤氣化裝置運行總結［J］.大氮肥，2012，35（3）：146 -149.

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.03.013 10.3969/j.issn.1004-8901.2016.03.013

中圖分類號：TQ545

文獻標識碼：B

文章編號：1004-8901（2016）03-0045-04

作者簡介：牛玉奇（1982年-），河南滎陽人，2005年畢業(yè)于河南大學化工工藝專業(yè)，工程師，現主要從事化工生產技術管理工作。

收稿日期：2016-02-22

Summary of Production Management Highlights of SCGP Plant

NIU Yu-qi
（Henan Longyu Coal Chemical Co.，Ltd.，Yongcheng Henan 476600 China）

Abstract：By combining the production experiences of SCGP Units in Henan Longyu Coal Chemical Co.，Ltd and related domestic chemical enterprises in recent years，this paper analyzes the special features of production management for the SCGP Unit，and then presents some key points and methods of production management for SCGP units from the following aspects，such as：management of coal quality，operation，equipment，instruments，leak points and etc.

Keywords：coal gasification；gasifier；Shell；production management