GE水煤漿氣化裝置優化與技改

潘進平， 許 明

(中海石油華鶴煤化有限公司， 黑龍江鶴崗 154100)

德士古水煤漿氣化工藝進入我國已有25年，國內使用該項技術的廠家超過30家。中海石油華鶴煤化有限公司(以下簡稱海油華鶴)300 kt合成氨、520 kt大顆粒尿素項目，氣化裝置選擇美國GE能源水煤漿加壓氣化技術，擁有3臺氣化爐，實行兩開一備，氣化設計壓力6.5 MPa(表壓)，四級閃蒸流程[1]。氣化裝置于2015年4月6日一次性投料成功，運行至今已3年多，經過不斷的操作優化和技術改造，確保了氣化裝置逐步進入安全、高效的穩定運行。2016年，海油華鶴產量為340 kt合成氨、580 kt尿素，達到設計生產產量的111.5%。

1 工藝燒嘴間隙調整和耐磨改造

(1) 海油華鶴原料煤采用鶴崗本地煤，內在水分均約2%、哈氏可磨性指數(HGI)接近50，適合制備高濃度煤漿，制得煤漿質量濃度為65%～67%，高濃度煤漿意味著氧氣消耗大，氧煤比控制在495～520，甲烷控制在(1 000～1 500)×10-6之間，運行時因煤種而異。氣化裝置工藝包(PDP)原始設計運行條件為總氧量33 615 m3/h(標態)，氧純度99.6%，雙爐煤漿負荷72 m3/h，運行時總氧量只能達到35 000 m3/h(標態)，嚴重不足，致使氣化爐無法滿負荷運行，操作彈性小、經濟性差。

(2) 海油華鶴與GE公司共同研究，通過設計計算，將工藝燒嘴外環氧環隙尺寸由原來的2.470 mm增至3.175 mm，總氧量達39 000 m3/h(標態)，氣化裝置操作彈性增加，雙爐煤漿負荷可以加至76 m3/h，為海油華鶴尿素產量的高效打下了基礎。

(3) 氣化裝置運行的第一年，使用的是GE原廠工藝燒嘴，運行周期平均只有60 d，經測量檢查工藝燒嘴煤漿環隙磨損嚴重，這是裝置運行初期燒嘴壓差低的主要原因。2016年開始進行使用外端面熱噴涂和中噴頭內襯硬質合金的工藝燒嘴，使用壽命有顯著提升，此后逐步取代原廠燒嘴，雙爐在線運行率由2016年的82%提高到2017年的91%，現工藝燒嘴壽命已接近延長到100 d。

使用后的工藝燒嘴見圖1。

圖1 使用后的工藝燒嘴

2 激冷環擋水板和絲堵改造

(1) 海油華鶴的PDP原始設計激冷環擋水板為半圓形，運行中出現過磨穿現象(見圖2)，導致激冷水在下降管表面無法形成有效厚度的水膜；且橫噴或斜向上噴的激冷水極易造成渣口處熔渣固化流動性變差，導致渣口堵塞，嚴重時會產生激冷環掛渣，威脅氣化爐平穩運行。原激冷環的絲堵較短，造成檢修拆卸困難，不便于爐內高壓清洗激冷環內環[2]。

圖2 損壞的激冷環擋水板

(2) 加強對藥劑和系統水質的管理，嚴控高壓灰水懸浮物，同時加大了洗滌塔的黑水排放量，降低激冷水固含量。對激冷環進行改造，保持擋水板內徑不變，改為方形擋水板，增加擋水板耐磨性；更換加長的新型激冷環絲堵，擴大絲堵內徑，減少絲堵數量，在4個進水孔的中間位置，于堵蓋處均勻分布增加4個清洗口。技術改造后的激冷環方便清洗，且使用壽命由4 000 h延長至8 000 h。

3 高壓灰水加藥口的技改和優化

(1) 海油華鶴的PDP原始設計分散劑加藥口有3個，分別在沉降槽至灰水槽的溢流管線處、低壓灰水泵入口總管處和洗滌塔給水泵入口總管處，其中洗滌塔給水泵入口處經常加不進藥，高壓灰水倒竄入分散劑管線。主要原因：一是為滿足變換系統粗煤氣汽氣比要求，提高了除氧器操作壓力，導致泵入口壓力高于工藝包操作值；二是工藝包中分散劑泵選型和出口管線配置不合理。

(2) 對分散劑管線進行了改造，將高、低壓端分開，增設1臺大功率分散劑泵向洗滌塔給水泵入口總管送藥，合理分配各加藥口的分散劑加入量。通過管線的改造和藥劑加入量的調整，高壓灰水懸浮物得到了有效控制，有利于氣化系統的穩定運行[3-4]。

4 解決洗滌塔給水泵倒轉問題

(1) 設置3臺洗滌塔給水泵，采取一對三，即每臺泵都可為任意洗滌塔補水，每臺泵出口管線設置1臺電動球閥。裝置實施定期倒泵，曾發生過出口閥關閉不嚴導致洗滌塔給水泵倒轉，這樣就無法對出口閥關閉不嚴的泵進行備泵，只有利用大修才可對機泵和出口閥進行維修。

(2) 許多公司也出現過類似問題，這對于生產穩定運行是一個重大隱患。海油華鶴在每臺泵出口管線豎管處增設1臺手閥，解決了洗滌塔給水泵出口閥內漏無法備泵、無法及時檢修等問題。其好處：一是增設后的手閥使用率不高，內漏的可能性較小，遇到電動球閥不嚴時，操作人員手動關閉可及時檢修電動球閥；二是增設的手閥長期處于全開狀態，位于豎管，可防止灰渣堆積卡塞閥門密封面。

5 解決鎖斗沖洗水管線金屬軟管損壞問題

(1) 2017年3月開始，A系統在一個月的時間里，連續損壞3個鎖斗沖洗水管線軟連接，均為內部波紋管斷裂。損壞2個軟管時，進鎖斗前沖洗水管線的彎頭管托地面水泥開裂，說明應力集中在此處，在現場通過觀察排渣操作發現，沖洗水管線單向閥拍打嚴重，軟管隨管線振動位移較大。裝置對管托采取加固處理，增加3條拉筋，角度互呈120°，固定于周圍護欄處，但隨后運行的一個月里，拉筋斷裂頻繁，并損壞1個軟管。在A系統檢修時，對彎頭管托地面基礎進行重新灌漿。

(2) 裝置鎖斗排渣順控步驟閥門動作：收渣閥、充壓閥、清洗閥、泄壓閥、鎖斗泵入口閥保持關閉，沖洗水閥、鎖斗泵再循環閥保持打開，當排渣條件滿足時，排渣閥開始打開，隨后清洗閥打開。裝置對鎖斗順控進行調整后(見表1)，能保持近兩倍鎖斗容積的沖洗水流過鎖斗，可使鎖斗內灰渣完全排出，也因為沖洗水的勢能降低，使沖洗水經過管線的流速減小，實際運行證明，對管線振動減輕的效果理想，運行至今未出現鎖斗沖洗水管線金屬軟管損壞。

表1 鎖斗順控調整

6 鎖斗循環泵管線技改和優化

(1) 2016年初C系統鎖斗循環管線入氣化爐末端管線磨穿( 見圖3)，導致氣化爐大量黑水泄露，雖未對氣化爐液位造成大的影響，卻因管線與氣化爐連接處沒有閥門，漏點無法隔離；從安全角度考慮，停爐緊急泄壓，管線補焊后，氣化爐連投進行C系統檢修時，測量管線壁厚發現鎖斗循環泵進、出口管線多處彎頭磨損嚴重，薄弱處僅剩3 mm，更換了部分管線與彎頭。

圖3 鎖斗循環泵入口管線

(2) 考慮到管線內灰渣多、含固量大，為了避免再次因鎖斗循環管線磨穿而停車，最后增設的切斷閥選用C型耐磨球閥，加在鎖斗循環管線進氣化爐的末端處。實際使用發現此處增設切斷閥的好處還有兩點：一是鎖斗循環管線末端分為兩路進入激冷室底部，若有一側堵塞，可關閉暢通側切斷閥，使堵塞側憋壓，靠壓差沖掉堵塞灰渣；二是當鎖斗循環泵故障或鎖斗閥門在線檢修無法收渣時，可以提前關閉此閥門，預防循環管線末端堵塞。

(3) 前期裝置鎖斗管線磨損大的主要原因：一是鎖斗循環黑水流量計量程小，一直超量程運行，流量大約有70 m3/h，優化操作后為45 m3/h，不影響鎖斗正常收渣；二是前期海油華鶴使用的原料煤灰分、灰熔點高，石灰石的加入量都較多，收渣0.5 h，鎖斗已趨于滿渣狀態，大量灰渣被吸入鎖斗循環泵入口，進行了優化煤種和提升氣化爐操作溫度后，粗渣量明顯減少。經過技術改造和操作優化后，鎖斗循環管線再無泄露，定期測量管線壁厚，磨損明顯減輕。

7 結語

海油華鶴GE水煤漿氣化裝置共成功進行技術改造30多項，解決了自投料以來遇到的一些行業共性問題和煤種選用等個性問題。上述為其中有代表性的幾項，為同行提供一些參考。