氣化裝置設(shè)計(jì)存在的問題及改進(jìn)措施

路培貴

(江蘇華昌化工股份有限公司,江蘇張家港 215634)

江蘇華昌化工股份有限公司(簡稱江蘇華昌)采用多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)，3臺(tái)Φ3 600氣化爐2開1備，氣化壓力為6.5 MPa。3臺(tái)氣化爐分兩期建設(shè)，一期項(xiàng)目建設(shè)2臺(tái)氣化爐，于2015年3月投入運(yùn)行，二期項(xiàng)目建設(shè)1臺(tái)氣化爐,于2019年1投入運(yùn)行。在一期項(xiàng)目建成后的運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，裝置中有部分設(shè)計(jì)存在一定缺陷，因此在建設(shè)二期項(xiàng)目時(shí)進(jìn)行了改進(jìn)，近2 a的運(yùn)行結(jié)果表明，改造起到了一定的效果。

1 煤漿槽設(shè)計(jì)過大

1.1 存在的問題

一期氣化裝置配套1臺(tái)Φ10 500×13 225煤漿槽，容積為1 021 m3，配凱美尼爾攪拌器，在投用0.5 a左右發(fā)現(xiàn)攪拌器的減速機(jī)發(fā)生晃動(dòng)，電流波動(dòng)。2016年5月攪拌器晃動(dòng)加劇，最終導(dǎo)致減速機(jī)箱體和電機(jī)底座斷裂，被迫停車。在停車后檢查，攪拌槳葉固定良好，但攪拌軸發(fā)生彎曲變形，單邊晃動(dòng)量達(dá)到80 mm，煤漿槽防腐層有輕微脫落。

1.2 原因分析

(1) 煤漿槽攪拌軸采用304.8 mm的管軸，懸臂形式，軸長10 500 mm，煤漿槽直徑大、容積大，煤漿在槽內(nèi)停留時(shí)間長，存在局部不流動(dòng)或流動(dòng)緩慢的死區(qū)，導(dǎo)致煤漿結(jié)塊，當(dāng)結(jié)塊到一定程度時(shí)，就會(huì)倒塌下落，與槳葉碰撞，使攪拌器負(fù)荷突然增大。攪拌軸懸臂長度為10 m，槳葉受到不平衡力，導(dǎo)致攪拌軸彎曲變形，最終也導(dǎo)致攪拌器減速機(jī)箱體拉裂[1]。

(2) 煤漿槽擋流板設(shè)計(jì)過大。設(shè)計(jì)擋流板的目的是為了配合槳葉對煤漿槽壁層流區(qū)的煤漿起到攪動(dòng)作用，但如果擋流板的寬度設(shè)計(jì)過大，反而會(huì)增加煤漿流動(dòng)的死區(qū)，增大煤漿結(jié)塊的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

(3) 煤漿槽內(nèi)防腐采用三油兩布(3道環(huán)氧煤瀝青、2道玻璃纖維布形式)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，防腐層有輕微脫落現(xiàn)象，一旦有防腐層纏繞在槳葉上，也將導(dǎo)致攪拌器損壞。

1.3 改進(jìn)措施

(1) 采用直徑為6 000 mm左右的小煤漿槽攪拌器可以保障運(yùn)行平穩(wěn)，但如果對煤漿槽進(jìn)行改造不僅停車時(shí)間長，而且改造成本高，因此不考慮改造煤漿槽[3]。

(2) 根據(jù)攪拌裝置的使用經(jīng)驗(yàn)，決定在攪拌軸懸臂底部增加1個(gè)軸承支撐，將攪拌軸底部固定，解決攪拌軸懸臂擺動(dòng)問題。但底軸承必須一直浸泡在煤漿中，無法潤滑和冷卻，因此需要特殊的耐磨材料。某密封件廠與蘭州大學(xué)研發(fā)的特殊合金材料具有硬質(zhì)合金耐磨性的同時(shí)，還具有較好的沖擊韌性，采用粉末冶金鑄造，有很好的自潤滑性能。因此選用該材料進(jìn)行改進(jìn)。

該改進(jìn)措施于2018年4月投用，2018年11月大修時(shí)進(jìn)行檢查，軸承的單邊磨損量小于1 mm，說明該軸承的使用壽命可達(dá)3 a以上，自從增加該軸承支撐后，攪拌器運(yùn)行平穩(wěn)，效果明顯。

(3) 將煤漿槽擋流板寬度由800 mm改為200 mm，既保證了煤漿槽壁層流區(qū)煤漿的攪動(dòng)，又避免了煤漿流動(dòng)的死區(qū)。

(4) 將煤漿槽內(nèi)防腐由三油兩布改為環(huán)氧煤瀝青防腐，防止防腐層脫落對攪拌機(jī)的損傷。

2 水洗塔內(nèi)件固閥氣體通道設(shè)計(jì)偏小

2.1 存在的問題

水洗塔的功能是完成合成氣初步凈化，使合成氣出口的含灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1 mg/m3,不帶水，在對應(yīng)的壓力溫度條件下，合成氣達(dá)到合適的汽氣比，為變換工藝創(chuàng)造條件。水洗塔自上而下由旋流板、泡罩塔盤(3塊，間距為750 mm)、固閥塔盤(2塊，間距為750 mm)、黑水儲(chǔ)槽等組成。2017年1月，A氣化系統(tǒng)水洗塔液位波動(dòng)大，變換爐溫度下跌，CO含量上升，最終被迫停車。停車后檢查發(fā)現(xiàn)洗滌塔內(nèi)件嚴(yán)重?fù)p毀，五層塔盤幾乎全部被吹翻變形。

2.2 原因分析

(1) 根據(jù)水洗塔內(nèi)件的損毀情況，結(jié)合運(yùn)行過程操作，認(rèn)為造成A氣化系統(tǒng)水洗塔液位波動(dòng)大、變換爐溫度下跌、CO含量上升的原因是由于水洗塔進(jìn)出口產(chǎn)生了比較高的壓差,引起強(qiáng)烈的氣流沖擊[4]。檢查停車后拆除的塔盤發(fā)現(xiàn)雖然少量泡罩升氣管中有粘灰現(xiàn)象，但是塔板并未出現(xiàn)大面積的堵灰，再結(jié)合操作運(yùn)行時(shí)洗滌塔未出現(xiàn)較多帶水，且氣化爐壓力較平穩(wěn)的事實(shí)，可以排除是因?yàn)樗P被灰堵塞嚴(yán)重引起壓降升高所致。

(2) 通過調(diào)取、查看A氣化系統(tǒng)運(yùn)行期間洗滌塔進(jìn)出口壓力、氣化爐操作壓力、洗滌塔出口溫度、混合器前后壓差、洗滌塔液位計(jì)、變換單元合成氣進(jìn)水煤氣加熱器的旁路調(diào)節(jié)閥開度等的運(yùn)行趨勢線，在排除因儀表顯示出現(xiàn)偏差的情況下，初步判斷洗滌塔內(nèi)件損毀發(fā)生在2017年1月8日帶壓連投期間，由于通過水洗塔的氣量增大，導(dǎo)致壓差增大。

(3) 經(jīng)過計(jì)算，上層3塊泡罩塔盤的通道面積可以滿足帶壓聯(lián)投的氣量，下層2塊固閥板氣體通道面積明顯偏小，更為關(guān)鍵的是塔盤生產(chǎn)廠家沒有將固閥升氣高度拉到工藝包的14 mm，只有不到10 mm，再加上塔盤上有輕微的結(jié)灰結(jié)垢，實(shí)際的氣體通道面積更小。

2.3 改進(jìn)措施

(1) 增大水洗塔固閥塔盤的氣體通道面積。在生產(chǎn)廠家的制造圖紙中，固閥塔盤的降液管結(jié)構(gòu)與工藝包提供的有偏差，但可以接受；塔盤上固閥數(shù)量接近工藝包提供的固閥數(shù)量范圍的低值，從操作運(yùn)行的彈性考慮，通過減小2個(gè)固閥中心距的方法，使中心距由65 mm縮短為60 mm(見圖1)，增加每層固閥塔盤上的固閥數(shù)量，以提高固閥塔盤的開孔率，提升塔盤的操作彈性。

圖1 固閥布置調(diào)整

(2) 嚴(yán)格要求塔盤生產(chǎn)廠將固閥升氣高度拉到14 mm。

(3) 從操作上，帶壓連投是多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)的一大特點(diǎn)和優(yōu)勢，該技術(shù)在實(shí)踐過程中也日漸成熟，但還有完善和提升的空間。在進(jìn)行帶壓連投操作時(shí)，力求調(diào)節(jié)平滑、幅度盡量小，以減小對系統(tǒng)的干擾，并從設(shè)備、儀表、操作等方面綜合考慮進(jìn)一步提升帶壓連投的安全性。

2.4 改造效果

通過對水洗塔固閥進(jìn)行調(diào)整改造，并嚴(yán)格要求工藝操作，運(yùn)行至今，水洗塔運(yùn)行平穩(wěn)，無帶水現(xiàn)場。

3 真空帶式過濾機(jī)使用效果差

3.1 存在的問題

渣水工段真空帶式過濾機(jī)過濾出來的細(xì)灰含水率為55%～60%，含水率較高，細(xì)灰無法堆積起來，占用很大的堆放面積，現(xiàn)場環(huán)境差。在外運(yùn)時(shí)跑冒滴漏現(xiàn)象嚴(yán)重，無法上路，對環(huán)境和外運(yùn)造成很大的影響。

3.2 原因分析

造成渣水工段真空帶式過濾機(jī)過濾出來的細(xì)灰含水率高導(dǎo)致細(xì)灰無法全部成型，堆放面積大、現(xiàn)場環(huán)境差的主要原因?yàn)檎婵諑竭^濾機(jī)使用效果差，難以滿足工藝包細(xì)灰含水率在40%的要求。

3.3 改造措施

4 結(jié)語

氣化裝置下游有合成氨、多元醇、純堿、硝酸、尿素等裝置，其穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。結(jié)合江蘇華昌實(shí)際情況，還對以下5個(gè)方面進(jìn)行了技術(shù)改造，也取得了滿意的效果：(1)將渣水除氧槽補(bǔ)水由河水改為尿素解吸廢液，解決了尿素解吸廢液的出處問題；(2)將預(yù)熱水回水設(shè)置在流量計(jì)后，可以看到流量計(jì)顯示預(yù)熱水流量；(3)將去高溫?zé)崴扪a(bǔ)水閥的手閥改為調(diào)節(jié)閥，可以及時(shí)補(bǔ)水；(4)在渣水工段抽真空的蒸汽噴射器后設(shè)置冷凝器，解決了現(xiàn)場蒸汽放空的環(huán)境問題；(5)氣化爐出口合成氣管增加高壓水槍沖洗口，方便停爐時(shí)用高壓水槍沖洗。

通過這幾年在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題，江蘇華昌進(jìn)行了一系列的改造，保證了氣化乃至全廠的穩(wěn)定運(yùn)行，改造效果良好。