五環爐濕洗塔壓差上漲原因分析及控制措施

崔小明

(河南龍宇煤化工有限公司, 河南永城 476600)

1 裝置概況

某化工園區現有0系列和1系列五環爐，其中，0系列完成技術改造，于2016年7月投料開車。2套五環爐13.8萬m3/h的有效氣不僅滿足園區現有40萬t/a醋酸和20萬t/a乙二醇高負荷運行的需求，富余有效氣還可以提供給在建的20萬t/a乙二醇裝置。

五環爐是在殼牌氣化爐的基礎上改進而成，相對后者，其操作彈性理應更寬、運行周期理應更長，然而試車初期，運行時間突破不了72 h[1]。問題到底出在哪兒？該單位成立了技術攻關組，針對影響五環爐長周期運行的瓶頸問題進行技術改造。首先針對氣化爐激冷段的冷卻介質進行改造，氣化爐激冷段頻繁堵渣問題得到有效解決。其次針對激冷罐頂部激冷水的噴淋方式及進入激冷罐的合成氣流速進行改造，解決了激冷水量不足及激冷罐頂部通道易堵塞的問題。至此，五環爐A級運行時長一舉突破了150 d。然而，仍存在一大制約因素，即隨著運行周期的延長，濕洗塔壓差持續上漲。如何在確保濕洗塔除灰能力的同時降低壓差？該單位一方面不斷優化洗滌水量和調整藥劑添加量；一方面將原設計的固閥塔盤改為立體傳質塔盤，增加氣液接觸面積，提高傳質效果。對比分析兩套濕洗塔不同的塔盤工藝，找出濕洗塔壓差上漲原因，并進行相應的控制措施。

2 1系列五環爐濕洗塔改造效果

為解決五環爐濕洗塔壓差隨運行周期的延長逐步上漲并出現帶液的問題，將1系列五環爐濕洗塔作為試點進行改造。將原設計的固閥塔盤(見圖1)改為立體傳質塔盤(見圖2)，增加氣液接觸面積，提高傳質效果。

圖2 立體傳質塔盤結構圖

立體傳質塔盤中，氣體、液體的接觸傳質分別經歷提升拉膜、氣流破碎、撞頂破碎、噴射破碎、對噴破碎、強制分離6個步驟(見圖3)。

圖3 立體傳質塔盤運行過程

立體傳質塔盤較固閥塔盤主要有以下顯著特點：

(1) 氣相操作上限高。立體傳質塔盤以霧沫夾帶10%作為上限，其板孔動能因子可達34.0， 氣相空塔動能因子可突破3.0。固閥塔盤的板孔動能因子為13.0～16.0，其氣相空塔動能因子只能達到1.5～2.0。

(2) 液相通量大。立體傳質塔盤上液體基本為清液層，流到降液管中的液體基本不含氣泡，提高了降液管的溢流強度，通過能力可提高1倍以上；設計降液管停留時間可由5 s縮短至2.5 s以下；開孔率超過20%。與固閥塔盤相比，立體傳質塔盤無論是氣相還是液相通量均提高了80%～100%。

(3) 塔盤傳質效率高。立體傳質塔盤由于塔盤空間利用率提高到40%～60%，氣液接觸充分，液相返混小，提高了傳質效率。與固閥塔盤相比，立體傳質塔盤在低負荷時傳質效率高出10%，在高負荷時傳質效率高出40%。

(4) 抗堵能力強。立體傳質塔盤塔盤開孔大(一般大于30 mm×120 mm)，有自沖刷作用。

(5) 立體傳質塔盤為噴射工況，無發泡機制，高速噴射的液滴又具有破沫作用。

(6) 盤上液面梯度影響小，適合在大塔徑、大液體負荷下高效運行。液體進入罩內是靠負壓吸入作用，盤上液層高度對操作工況影響不顯著，不會出現局部漏液、局部氣體過量等現象。

1系列五環爐改造后運行周期明顯延長，2020年達到A級運行時長為283 d，為園區的長周期運行奠定了堅實基礎。

3 0系列五環爐運行情況

2021年4月，0系列五環爐在連續運行107 d后，出現濕洗塔壓差高并有帶液現象。在出現帶液之前，0系列濕洗塔壓差一直呈緩慢上漲趨勢，但基本可控，整體壓差在2.5 kPa左右。隨著運行周期的延長，壓差上漲趨勢愈加明顯，4月1日壓差為3 kPa，4月12日壓差為13 kPa。隨著壓差的上漲，帶液現象越來越嚴重，雖然粗煤氣量未出現明顯波動，但是對變換裝置、水平衡、污水處理造成很大影響，危及系統的安全運行，于是停車處理。

4 濕洗塔壓差上漲原因

根據本次運行分析，結合1系列五環爐對比分析，判斷0系列五環爐濕洗塔壓差上漲原因為：

(1) 煤種灰分不穩定[2]，特別是3月1—15日入爐煤灰分整體在20%～23%之間，最高達到23.72%(3月6—7日)(見表1)。

表1 煤粉樣品灰分統計

(2) 本次0系列五環爐運行負荷基本在95%～100%之間，之前其A級運行150 d時的負荷基本在85%～90%之間。0系列五環爐負荷高于之前長周期的運行負荷。

(3) 基于1系列五環爐濕洗塔塔盤已改造為立體傳質塔盤，塔盤抗堵能力相對較強，臥螺機的濾液全部回用。在1系列臥螺機出現問題以后，將部分濾液切到0系列回用，0系列五環爐壓差增加趨勢相比切水之前明顯。

(4) 五環爐在上個長周期運行時濁度基本上控制在50 NTU，現在為了兼顧臥螺機的運行穩定，溢流水濁度控制在100～150 NTU，水質濁度控制偏高。高濁度溢流水回用到系統后會導致系統激冷水過濾器壓差、激冷氣換熱器壓差、濕洗塔壓差等上漲。

(5) 原除氟裝置的污泥水處理只固定用1臺臥螺機，濾液基本不回用系統。該臥螺機運行一段時間后因出現堵泥需要檢修。為保證除氟裝置的運行，將除氟裝置的灰漿通過泵打到灰漿儲罐與澄清的灰漿混合后，送到臥螺機分離，其濾液回到澄清槽澄清后再回用到系統。除氟裝置的水引入鈣離子，改變系統的pH值，加速了濕洗塔塔盤的結垢。

5 處理措施

(1) 更換煤種或配比降低入爐煤灰分。

(2) 兼顧臥螺機運行的情況下，調整絮凝劑添加量，盡量降低溢流水濁度。

(3) 控制絮凝劑及分散劑的添加量，保證水質穩定，減少濕洗塔塔盤積灰，減緩結垢速度。

(4) 優化水量分配，及時調整濕洗塔上、中、下3層噴淋水量，控制好粗煤氣問題。

(5) 制定相關濕洗塔壓差高的操作注意事項。

(6) 控制濕洗塔液位在47%～50%之間，激冷罐液位控制在50%左右。根據濕洗塔壓差上升情況，可適當微降濕洗塔液位，盡量保證洗滌效果，防止合成氣向后系統帶灰[3]。

(7) 穩定操作，減少氣化爐溫度、壓力、負荷波動。

(8) 濕洗塔壓差升至5 kPa后，檢查是否帶液。若未帶液，可加大濕洗塔和激冷罐排放量，降低塔釜溫度。

(9) 適當降低除氧器溫度和高壓灰水溫度。

(10) 帶液時可減少上層塔盤水量，緩解帶液情況。控制好濕洗塔和變換氣液分離罐液位,杜絕合成氣帶水導致變換爐催化劑出現淹塔。如通過調整后帶液情況無法緩解，可降負荷處理。

6 后續改造

為徹底解決濕洗塔壓差問題，計劃進行以下改造：

(1) 參照1系列五環爐濕洗塔，將0系列五環爐濕洗塔的塔盤改為立體傳質塔盤，增強抗堵性。

(2) 為解決澄清黑水問題，增加上板框壓濾機，澄清槽溢流水濁度控制在50 NTU以內，減小系統用水濁度，有利于控制整個系統的壓差，實現氣化爐的長周期運行[4]。

(3) 選擇更合適配煤并穩定煤種，盡量控制入爐煤灰分。

7 結語

雖然通過改造塔盤能提高濕洗塔的運行工況，但是在運行過程中會受煤種波動、人員操作精細化水平、渣水處理能力等諸多客觀因素影響，需要不斷總結分析，全面提升各方面的管理能力，為化工安全生產提供保障。