出工段手動閥閥位降低對多元料漿氣化裝置運行的影響及應急處理

趙伯平

(陜西陜化煤化工集團有限公司, 陜西渭南 714100)

1 出工段手動閥的位置及作用

1.1 多元料漿氣化裝置的構成

多元料漿氣化裝置由多元料漿氣化爐、氣液分離器、洗滌塔組成。多元料漿氣化爐由入爐氧氣輸送管道、入爐煤漿輸送管道、工藝燒嘴、工藝燒嘴冷卻系統、燃燒室、激冷室、破渣機、鎖斗系統構成。氣液分離器由進出口管道、氣液分離隔板構成。洗滌塔由進出口管道、安全放空閥、下降管、導氣管、塔盤、除沫器構成。

1.2 出工段遙控手動閥的位置及作用

在洗滌塔出口粗合成氣管線上，裝有出工段手動閥、遙控手動放空閥(HV13005)、系統壓力調節閥(PV13011)。出工段遙控手動閥(HV13004)位于洗滌塔出口粗合成氣管線出工段手動閥與HV13005之間。系統壓力調節閥(PV13011)位于HV13005后去火炬粗合成氣放空管線上。

HV13004的作用如下：

(1) 在多元料漿氣化裝置投料開車階段，調節出工段粗合成氣并入合成氨系統的速度。

(2) 在多元料漿氣化裝置正常運行過程中，調節出工段粗合成氣流量，穩定系統壓力。

(3) 在多元料漿氣化裝置正常停車、緊急停車時，迅速切斷氣化裝置與后系統相連接的管線，防止后系統粗合成氣倒流回氣化裝置。

2 HV13004閥位降低的突發工況

2.1 多元料漿氣化工藝流程

來自空分工段壓力為 8．3 MPa、溫度為40 ℃的高純度氧氣，與來自制漿工段壓力為7．8 MPa、溫度為40 ℃的水煤漿，通過特制的單噴嘴工藝燒嘴噴入氣化爐內，在壓力為6．5 MPa、溫度為1 300～1 400 ℃的條件下，發生火焰型非催化部分氧化還原反應，生成粗合成氣和熔融態灰渣。合成氣經激冷降溫、洗滌除塵后送往變換工段[1]；熔融態灰渣被激冷固化破碎后沉降在氣化爐錐底，經破渣機破碎后由鎖斗系統收集并定期排放到渣池，渣池中的灰渣經撈渣機撈出后外運[2]。

為了保護工藝燒嘴免受高溫腐蝕，本裝置設置了工藝燒嘴冷卻系統。工藝燒嘴冷卻系統由工藝燒嘴冷卻水槽、工藝燒嘴冷卻水水泵、工藝燒嘴冷卻水冷卻器、事故工藝燒嘴冷卻水槽構成。同時，設置工藝燒嘴冷卻水水泵出口壓力低低泵自啟動聯鎖、工藝燒嘴進口流量低低(3選2)氣化裝置跳車聯鎖、工藝燒嘴進出口流量差高高(3選2)氣化裝置跳車聯鎖、工藝燒嘴冷卻系統故障(1選1)氣化裝置跳車聯鎖，以保證工藝燒嘴安全穩定運行。

為了保證氣化爐排渣管線暢通無阻，在氣化爐鎖斗系統中設置鎖斗循環泵，鎖斗集渣期間，鎖斗循環泵將鎖斗頂部較為清潔的灰水抽出，加壓后送回氣化爐。如此，在氣化爐與鎖斗之間形成強制的灰黑水循環，將氣化爐錐底的灰渣帶入鎖斗。

氣化爐及洗滌塔排出的黑水經3級閃蒸、濃縮、降溫回收熱量后進入澄清槽沉降，澄清的灰水經除氧返回系統循環使用，濃縮后的渣漿送往真空帶式過濾機系統脫水處理，濾餅被外運[3]。高壓閃蒸單元產生的閃蒸氣進入高壓閃蒸氣冷凝器(E1401),與來自脫氧水泵的高壓灰水換熱降溫后,進入高壓閃蒸氣氣液分離器，氣液分離后產生的氣體被送至變換工段汽提塔做汽提氣使用，液體返回除氧系統循環使用。低壓閃蒸單元產生的低壓閃蒸氣，經低壓閃蒸氣壓力調節閥(PV14003)調節后，進入除氧系統做除氧熱源使用。真空閃蒸單元產生的真空閃蒸氣經真空閃蒸氣冷凝器(E1402)換熱降溫后進入真空閃蒸器氣液分離器，產生的氣體由真空泵抽取至氣液分離器(V1406)，再由V1406頂部放空管線放空。真空閃蒸氣氣液分離器底部排出的液體,經真空閃蒸凝液泵加壓后送至除氧系統循環使用，V1406底部排出液體經“U”型管排入回水槽，再經除氧后循環使用。

2.2 突發工況

2021年，A、C兩臺氣化爐正常運行，A套氣化裝置的入爐煤漿體積流量為80 m3/h，入爐氧氣體積流量為38 400 m3/h。B套氣化裝置的入爐煤漿體積流量為80 m3/h，入爐氧氣體積流量為38 400 m3/h。入爐氧氣總管壓力為8.13 MPa，入爐水煤漿管線壓力為7.63 MPa。兩套氣化裝置的氧煤比均為480。總控發現，C系列氣化裝置系統壓力持續上漲，洗滌塔出口HV13004C閥位突然下降至38%，立即匯報調度室，查詢系統用氣量是否變化，同時申請系統減量。與此同時，按規定打開C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005，降低C系列氣化裝置系統壓力。并通知現場檢查洗滌塔出口HV13004閥位。3 min后，系統壓力回落，現場反饋洗滌塔出口HV13004閥位呈周期性小幅度波動，出現喘振現象，要求儀表到場檢查。C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005閥位穩定無波動。接到現場反饋，總控立刻通知儀表到場查看，此時系統壓力緩慢上漲，入爐氧氣體積流量已降至31 200 m3/h，氣化爐操作溫度下降，情況危急。總控再次調大C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005閥位，調節洗滌塔出口HV13004閥位至42%，同時通知現場觀察C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005閥位、洗滌塔出口HV13004閥位變化，并及時回復。此時系統壓力回落，入爐氧氣流量上漲，隨后再次向調度室提出減量申請。3 min后，現場反饋洗滌塔出口HV13004閥位周期性小幅度波動，閥門出現喘振現象，C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005閥位穩定無波動。當入爐氧氣體積流量恢復至38 400 m3/h時，C系列氣化裝置系統壓力又一次緩慢上漲。與此同時，接到調度室可以減量的批復后，A、C氣化爐開始減量，總控調節洗滌塔出口HV13004閥位至50%。當氣化爐A入爐煤漿體積流量減至76 m3/h、氣化爐C入爐煤漿體積流量減至72 m3/h 時，總控DCS顯示C系列氣化裝置系統壓力已恢復正常且趨于穩定。總控操作員緩慢關閉C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005，通知現場觀察洗滌塔出口閥位變化，檢查C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005關閉是否到位。2 min后，洗滌塔出口HV13004喘振現象消失。總控DCS顯示系統壓力正常，系統運行平穩。監護運行1 h后，系統開始加量；2 h后，系統恢復正常，兩套氣化裝置運行平穩。

3 閥位降低的原因及危害

3.1 原因分析

經各專業工程技術人員、技能人員分析研究，發現氣化裝置主要設備洗滌塔出口HV13004閥位突然下降的主要原因如下：

(1) HV13004閥門定位器故障。

(2) 閥門為氣缸機構，活塞環磨損嚴重，造成氣缸內漏，引發閥門喘振。

(3) 由于該閥是氣開型氣動遙控閥，當進入閥門氣缸的儀表空氣流量降低時，閥位就會降低，儀表空氣流量自動補償裝置啟動，自動調節進入閥門氣缸的儀表空氣流量，于是閥門出現喘振現象。

3.2 造成的危害

(1) 如未及時發現處理，就會造成氣化裝置合成氣系統壓力快速上漲。洗滌塔頂部安全閥故障或泄放量不足，氣化裝置系統工作壓力會高于系統各設備的設計壓力，引發泄漏、著火、爆炸等重大事故。

(2) 如處理不及時或處理不當，就會造成氣化裝置合成氣系統壓力快速上漲。當系統工作壓力小于設計壓力，或小于入爐氧氣、煤漿壓力，且入爐煤漿流量不變時，就會造成入爐氧氣流量、氣化爐操作溫度迅速下降，嚴重時會引發氣化反應終止，釀成大禍。

4 應急處理及注意事項

4.1 應急處理措施

此類工況對應急處理操作要求高，現場、總控執行難度大。如果處理不當，易引發事故。出現此類工況時，崗位操作人員應按下列步驟進行應急工藝處置：

(1) 立即匯報調度室，查看故障系列裝置系統壓力變化趨勢及變化速度。查詢系統用氣量是否變化，同時申請系統減量。

(2) 按規定打開故障系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005閥位，降低故障系列氣化裝置系統壓力。

(3) 通知現場檢查洗滌塔出口HV13004閥位。根據現場反饋及總控室DCS顯示的各個關鍵工藝參數變化，調整HV13004閥位、HV13005閥位，使故障系列氣化裝置系統壓力平穩回落。調整后再次通過總控室DCS顯示及現場反饋，確認故障系列氣化裝置各個關鍵工藝參數。

(4) 接到調度室批復后，確認調整措施無效時，兩套氣化裝置按特定順序和速率進行減量操作。優先非故障系列氣化裝置氣化爐減量操作，當去后工序合成氣總管壓力下降時，停止非故障系列氣化裝置氣化爐減量操作。總控操作員可調大故障系列氣化裝置洗滌塔出口HV13004閥位，以降低系統壓力。同時,故障系列氣化裝置氣化爐開始進行減量操作。當故障系列氣化裝置系統壓力回落至正常值時，停止減量操作。

(5) 減量操作開始后，通知現場再次觀察、檢查現場故障系列氣化裝置HV13004閥位、HV13005閥位變化，并要求其及時反饋信息。

(6) 當故障系列氣化裝置系統壓力回落至正常值后，停止減量操作，通知現場人員繼續觀察故障系列氣化裝置HV13004閥位、HV13005閥位變化。總控室通過DCS觀察故障系列氣化裝置各個關鍵工藝參數變化。確認故障系列氣化裝置系統壓力回落至正常值，關閉故障系列氣化裝置HV13005C。此閥門關閉到位后，再次確認故障系列氣化裝置系統壓力達標，且無上漲趨勢。故障系列氣化裝置進入監護運行狀態。

(7) 故障系列氣化裝置監護運行1 h后，若總控DCS顯示系統壓力正常，系統運行平穩，即可向調度申請加量操作。得到肯定回復后，立刻按規定速率進行減量操作，恢復生產。

4.2 注意事項

(1) 操作人員應做到思維敏捷、思路清晰、判斷準確、處理果斷。

(2) 對故障系列氣化裝置系統進行降壓處理時，應遵循先開放空后減量再增大HV13004閥位的原則。

(3) 非故障系列氣化裝置氣化爐減量操作優先于故障系列氣化裝置氣化爐減量操作。

(4) 只有當去后工序合成氣總管壓力開始下降時，才能提高故障系列氣化裝置HV13004閥位。否則，去后工序的合成氣就會倒回，引發事故。

(5) 只有當故障系列氣化裝置系統壓力開始下降時，外操人員才能進入現場查看故障系列氣化裝置HV13004閥位、HV13005閥位變化。否則，外操人員的生命安全無法得到保證。

(6) 如果故障系列氣化裝置減量操作完成后，其系統壓力上漲趨勢未得到有效抑制，應立刻拍停故障系列氣化裝置，并匯報調度室。由調度室發出對后系統運行裝置進行應急處理的指令。后系統操作人員嚴格按照指令操作。

(7) 處理過程中，應密切關注整個氣化裝置系統各個關鍵工藝參數的變化，發現問題及時匯報。

5 結語

出工段遙控手動閥閥位降低突發工藝狀況的應急處理措施源于日常生產實踐。由于各企業氣化裝置的配置、設備性能各有不同，故所述的應急處理措施必然存在一定局限性，但是其所體現的處理思路依舊適應于同類型氣化裝置。