合成氣出口管道泄漏問題分析

徐勝強,高建平,曹亭亭

(山東明泉新材料科技有限公司, 山東章丘 250204)

山東明泉新材料科技有限公司頂置式多噴嘴粉煤加壓氣化裝置在運行過程中多次出現合成氣管道積灰,造成系統壓差上漲。通常在檢修過程中對積灰進行清理即可保證裝置下一個運行周期的穩定[1];但在檢修過程中對合成氣管道及彎頭部位壁厚進行檢查及定期測量,都未發現合成氣管道存在偏流或其他原因的磨損。2022年4月15日,現場巡檢發現A氣化爐合成氣出口法蘭前焊縫處泄漏,被迫倒爐運行,給生產管理工作帶來了新的挑戰。針對出現的問題,筆者進行整理匯總,旨在為同類項目提供參考。

1 工藝流程

氣化系統工藝流程見圖1。

圖1 系統工藝流程

經過磨煤系統磨制的煤粉經過3條煤線加壓輸送至氣化爐,與空分工段送來的純氧(入爐前與蒸汽混合)在氣化爐內發生欠氧反應,生產以CO+H2為主要成分的合成氣。合成氣在氣化爐內經過激冷環激冷,然后進入激冷室水洗后從氣化爐合成氣出口管道送至洗滌塔進一步洗滌,洗滌后送至變換工段。粗渣經過激冷環激冷,然后進入激冷室水洗后繼續向下運行,經過變壓容器渣鎖斗間斷升降壓后排出系統[2-3]。在此過程中,合成氣和粗渣在激冷室洗滌期間存在部分細渣被合成氣夾帶至合成氣出口管道的情況。

2 存在的問題及原因分析

2022年4月15日05:00:00,氣化主控人員監控有毒可燃氣體報警記錄時發現A氣化爐西CO濃度異常報警,隨即聯系現場人員查看有無泄漏情況。現場人員巡檢發現A氣化爐7樓西南側有泄漏并立即匯報,隨后現場人員確認漏點位置為A氣化爐合成氣出口法蘭前焊縫處,A氣化爐做緊急停車處理,C氣化爐做開車準備,同時通知相關外送單位及空分工段做生產調整。

根據A氣化爐檢修檢測數據分析,造成A氣化爐本體出口法蘭連接管泄漏的原因主要有以下4個方面:

(1) 為了控制合成氣管道壓差上漲速率而降低系統壓差,導致合成氣控制帶水,大量氣體攜帶黑水并夾帶灰渣,對管道形成沖刷磨損。

(2) 為了了解A氣化爐本體出口法蘭連接管泄漏前的數據情況,選取2022年4月10—14日及同年3月同期數據進行對比,結果見表1。由表1可以看出:煤炭灰分含量偏高,灰熔點高,渣量較多且黏度高,氣化爐渣口堵渣,粗渣帶絲嚴重。絲狀粗渣相較于顆粒渣更容易被帶入合成氣管道(見圖2),對管道造成沖刷磨損,而粗渣的主要成分為Al2O3和SiO2,Al2O3和SiO2的硬度均高于316L不銹鋼(見表2),加劇了管道沖刷[4]。

表1 A氣化爐粉煤停車前(2022年4月10—14日)數據與同年3月同期數據對比

表2 材料硬度

(3) 氣化爐合成氣出口設置有折流擋板(見圖3),使合成氣直接沖擊合成氣出口法蘭加強管下部,加上合成氣出口3個彎頭之間12 m管道為清洗死角,此處管道結渣堵塞形成阻力,加大了對此處的沖刷磨損。

圖2 合成氣管道內清理出的灰塊

圖3 氣化爐合成氣出口

(4) 氣化爐合成氣出口本體法蘭連接短管材質為14Cr1MoIV、堆焊層為6 mm厚316L不銹鋼,參照B氣化爐相同位置的沖刷情況,管道堆焊質量缺陷,抗沖刷能力偏弱。

3 預防措施

(1) 在穩定爐況的前提下合理控制爐溫,嚴格控制氣化爐渣口壓差、CO2成分指標,根據煤質變化及時調整上煤比例,減少粗渣帶絲,保證渣口通暢,并合理控制合成氣帶水量。

(2) 利用計劃檢修機會對3臺氣化爐易沖刷磨損設備、管道進行全流程檢查,及時發現問題并消除隱患。

(3) 聯系設計單位對A、C氣化爐合成氣出口管道7樓增加彎頭檢測平臺、檢修短節設計,定期檢測,便于檢修,消除管道阻力影響。

(4) 隨著氣化裝置運行周期的加長,尤其是氣化單系統運行周期≥150 d以后,裝置運行效率下降,新問題出現的概率增大,對系統的安全穩定運行產生較大的隱患。根據氣化裝置為2開1備的設置,計劃定期倒爐檢修,暫定單爐連續運行周期為150 d。運行期間需重點管控:①氣化爐渣口壓差變化帶來的粗渣帶絲問題,通過對爐況動態指標的調整,確保合理的爐溫,實現產量、消耗的高效化;②煤炭嚴格按照采購計劃相關指標要求使用,確保爐況穩定;③針對氣化裝置易出現的問題,如激冷室、合成氣管道、閃蒸汽洗滌器塔盤結垢等問題,嚴格按照前期運行經驗,通過定期拉渣、合理管控合成氣帶水及渣水水質管理等措施確保單爐單個周期內運行的安全穩定;④單爐檢修期間進行全流程檢查,制定標準化檢修程序,徹底對系統內管道、設備、閥門等進行檢查,消除裝置單個運行周期可能出現的問題。

4 結語

針對山東明泉新材料科技有限公司氣化裝置出現的合成氣出口泄漏問題,其泄漏點及泄漏的原因較常規運行經驗不同(一般出現泄漏是合成氣管道積灰造成局部流速過高沖刷導致的),針對本氣化裝置運行過程中工況變化出現的粗渣帶絲問題,即生產過程中粗渣狀態發生了改變,從而對設備、管道產生了新的影響,充分論證物料在生產過程中的狀態變化可能產生的影響,只有這樣才能提前預判裝置長周期運行中存在的隱患點,加強監控并及時消除,以保證裝置安全穩定長周期運行。