減輕鎖斗沖洗水管線振動的對策

方勝付

(武漢桓創技術服務有限公司, 武漢 430000)

1 鎖斗系統工藝流程

對于激冷流程的煤氣化工藝來說,不管是水煤漿氣化還是干煤粉氣化,都需要配套鎖斗排渣系統。水煤漿(或干煤粉)與氧氣通過噴嘴噴入氣化爐,在高壓和高溫下進行非催化部分氧化反應,原料煤中的有機物變成一氧化碳和氫氣為主要成分的水煤氣,原料煤中灰分則在高溫條件下變成熔融狀態的灰渣,與水煤氣一起通過渣口被激冷水激冷后變成固態灰渣,經下降管落入激冷室底部,經破渣機破碎后進入鎖斗,由鎖斗系統及時排出,以實現氣化爐連續運行[1-2]。

鎖斗系統是一個定期收渣和排渣的壓力切換系統(見圖1),鎖斗系統的運行程序分為收渣、隔離、泄壓、清洗、排渣、充壓6個階段,由鎖斗程序自動控制,一個循環周期一般為30 min。

圖1 鎖斗系統

收渣階段即鎖斗與氣化爐激冷室底部閥門打開,其他閥門關閉,氣化爐內反應產生的灰渣進入鎖斗,時間一般控制在28 min;隔離階段即鎖斗與氣化爐之間閥門關閉;泄壓階段即打開鎖斗到鎖斗沖洗水罐閥門,將壓力通過鎖斗沖洗水罐泄至常壓;沖洗階段即打開泄壓管線沖洗水閥,用低壓灰水沖洗泄壓管線,防止積渣堵塞;排渣階段即打開鎖斗沖洗水罐到鎖斗閥門和鎖斗到渣池的閥門,邊沖邊排,時間大約30 s,然后關閉上述閥門;充壓階段即打開高壓灰水到鎖斗的閥門,將鎖斗壓力充到與氣化爐壓差小于0.18 MPa后關閉;接著打開鎖斗與氣化爐連通閥收渣進入下一個循環。

2 鎖斗沖洗水管線振動情況

鎖斗沖洗水管線振動發生在鎖斗系統排渣階段,具體發生在排渣結束,鎖斗去渣池閥門關閉5～6 s。

振動發生時,在框架外很遠的地方都能聽到管線振動聲音,如果站在管線附近,因為這條管線從3樓貫穿樓板直到5樓,可以明顯看到管線在振動,撞擊穿樓板孔。項目開車1個多月后就發生鎖斗沖洗水管線在4樓的吊筋被振落、膨脹節被拉伸超限的情況(見圖2、圖3),這嚴重威脅氣化爐安全穩定和長周期運行。

圖2 吊筋振落

圖3 膨脹節拉伸超限

3 鎖斗沖洗水管線振動原因分析

該項目鎖斗沖洗水管線是DN300的大口徑管線,當沖洗水管線閥門打開后,沖洗水流速高達6 m/s。當鎖斗排渣完畢后,先關閉鎖斗排渣閥。開始鎖斗內是空的,鎖斗沖洗水罐內的沖洗水通過鎖斗沖洗水管線高速流入鎖斗;當鎖斗充滿后,鎖斗沖洗水管線止回閥自動關閉,沖洗水管線內高速流動的沖洗水瞬間靜止,對管線造成極大的沖擊力,從而造成管線振動[3-4]。

4 解決措施

為了降低沖洗水流速,計劃在鎖斗沖洗罐底部出水管法蘭處增加限流孔板(見圖4)。經計算,選用10 mm厚的304鋼板,然后在中間加工1個直徑為140 mm的圓孔,鋼板外圈按墊片外圈大小切割。這樣流速就能降低到原來30%左右。鎖斗沖洗水管線加裝孔板后,振動變得很微弱,基本屬于正常晃動。但改造后鎖斗排渣沖洗時間由原來的30 s延長到了4 min,大大延長了鎖斗運行的周期時間。這對于高負荷運行的氣化爐來說,如果渣量較多,鎖斗排渣不及時可能將灰渣帶入后系統。為此,重新計算后將孔板直徑改到150 mm,改造后沖洗水流速稍有增加,但鎖斗排渣沖洗時間縮短為2 min。新孔板安裝后管線振動稍有增強,但也只是輕微晃動,在可接受范圍內。

圖4 限流孔板

5 結語

鎖斗系統是煤氣化工藝的關鍵,針對鎖斗沖洗水管線振動的情況,有的項目采用金屬軟管來減輕振動。因為鎖斗每天排渣四五十次,長期的振動容易導致金屬軟管破裂,不能從根本上解決鎖斗沖洗水管線振動問題。鎖斗系統在收渣階段與氣化爐連通,如果因為振動導致與鎖斗相連某處法蘭口松動發生泄漏,那么問題就會變得非常嚴重。通過在鎖斗沖洗罐底部出水管法蘭處增加限流孔板,有效解決了鎖斗系統沖洗水管線振動的問題,確保裝置安全穩定長周期運行。