氣化爐排水管線工藝優化

陳倩倩, 姜良建, 王德泉

(萬華化學(寧波)有限公司, 浙江寧波 315812)

萬華化學寧波有限公司氣化裝置已運行13 a,運行工況復雜(高溫、高壓,含有毒、可燃介質),同時存在氣液固三相腐蝕沖刷等不利因素。氣化裝置運行期間出現蒸發熱水塔入口閥門(PV0801)底部盲法蘭呲漏,造成現場高溫水汽噴出;氣化爐排水管線現場壓力表根部取壓管焊縫處出現裂紋,由于氣化爐壓力過高,無法隔離,處置漏點需要氣化爐降負荷、降壓等過程,影響生產鏈負荷。氣化爐運行過程中存在泄漏點不易發現、處置難隔離、泄漏點難管控等難點,頻繁的泄漏對煤氣化設備及后續系統產生嚴重危害,已成為影響裝置安全穩定運行的“瓶頸”。

1 氣化爐排水工藝

氣化爐是一臺高溫(1 350 ℃以上)、高壓(6.5 MPa)的反應設備,產生的高溫氣體經氣化爐、旋風分離器、水洗塔處理后送入后工序,其中經過反應洗滌后的高溫高壓黑水通過2路排水管線(1開1備),每路排水管線經過減壓閥門進入含渣水處理工序,送入蒸發熱水塔下部蒸發室,黑水在其中進行閃蒸、濃縮,并回收熱量、除去酸性氣。氣化爐排水工藝流程見圖1。

F0701-氣化爐;Y0701-旋風分離器;T0701-水洗塔;T0801-蒸發熱水塔;FV0712A-氣化爐排水管線1;FV0712A-1-氣化爐排水管線;PV0801A1-蒸發熱水塔入口角閥1;PV0801A2-蒸發熱水塔入口角閥2;FV0706-旋風分離器排水閥門;FV0704A-水洗塔排水閥門;PV0801A3-蒸發熱水塔入口角閥3;PV0801A4-蒸發熱水塔入口角閥4;P0705-激冷水泵;P0801-高溫熱水泵;PC-冷凝液;SW-高溫密封水;709-變換工段;NF-火炬系統。圖1 氣化爐排水工藝流程

2 氣化爐排水管線存在的問題

2.1 管道堵塞

氣化爐排出的黑水含固量高、水質差,含有大量的碳酸根和硅酸根,與鈣鎂離子結合后形成沉淀,沉淀物硬度高,必須利用水槍做好工藝介質隔離工作,備用閥門長期不動作容易導致管道堵塞、管壁結垢(見圖2、圖3)。結垢不僅會影響流量計和溫度計的正常指示,還會影響氣化爐黑水排出,情況嚴重時會造成氣化爐停車。

圖2 排水管道堵塞

圖3 管道內部垢片

2.2 閥門管道沖刷及泄漏

在氣化爐正常運轉工況中,介質主要為含有氯離子、硫化氫等強腐蝕介質,并含有大量固體顆粒的高溫黑水、灰水和渣水(見表1)[1-2]。黑水溫度可達到245 ℃左右,最大壓差可達到6.0 MPa,工況具有高壓差、強沖刷、強腐蝕、介質為固液氣三相流等特點[3]?？刂崎yPV0801在使用中不僅要承受閥門壓力降引起的高流速煤灰顆粒的沖刷,還要耐受閃蒸溶解的汽蝕、黑水汽化引起的腐蝕。黑水經角閥減壓流出后,由于流速在角閥筒體內急劇增大,大量固體顆粒的黑水直接噴向角閥筒體底部法蘭蓋,造成黑水角閥筒體底蓋磨損嚴重(見圖4),長期運行造成泄漏,一旦泄漏,高溫高壓水汽呈云霧噴濺(見圖5),人員難靠近,處理風險較大。

表1 氣化爐水循環工藝參數

圖4 底部法蘭蓋沖刷

圖5 管道泄漏現場圖

2.3 工藝處理困難

根據黑水工藝流程可得出,一旦出現堵塞,容易造成氣化爐排水困難,氣化爐液位上漲。合成氣通過工藝氣管道帶至下游變換系統,造成變換爐進水、觸媒粉化失活,需要停車處理,影響生產需求。由于氣化系統高溫高壓環境,一旦出現管道結垢通量不足時,需要進行在線隔離、泄壓處理,整個處理過程不僅操作難度大,而且處理風險也較高。

2.4 運行風險高

運行中存在竄壓風險。氣化爐激冷室內為鼓泡沸騰狀態,并非靜態液位,導致氣化爐液位計不穩定。其中,氣化爐運行壓力為6.3 MPa,黑水排至蒸發熱水塔運行壓力為0.8 MPa,一旦閥門出現故障,氣化爐、旋風分離器、水洗塔液位排空時,容易造成高壓工藝氣體竄至低壓系統中,造成管道破裂,人員傷亡。

3 優化措施

3.1 管道堵塞難點優化

針對氣化爐排水管道堵塞異常進行研討,除了降低工藝水質的影響外,對排水管道進行預防性維護、管線定期切換,防止備用管線長時間不用,灰渣堆積造成管道堵塞[4]。針對管線切換制定標準操作規程,1周切換1次,切換后測試排水情況,無異常后聯系現場查看管道是否有漏點,進行預防性檢查。

由于手動切換管線操作需要緩慢開關閥門,保證切換過程中系統壓力及液位穩定,導致整個切換過程人員操作率較高,單次切換操作次數超過400次,不僅增加了操作率,使自控率降低,而且人員高頻次、長時間操作(操作期間還需關注氣化爐、旋風分離器、水洗塔液位,以及氣化爐、蒸發熱水塔壓力)也容易帶來誤操作的風險。

針對以上問題,結合目前實際情況,通過閥門一鍵切換方式進行黑水閥門的常規切換,減少人員操作次數,降低操作風險。利用爬坡速率,參數控制原理,判定條件完成順控操作,完成自動切換的閥門有FV0712、PV0801、LV0801,制作一鍵順控切換面板。

經過閥門一鍵切換后,工作人員操作壓力降低,操作次數減少,自控率不受切換影響。在切換過程中,設置黃色底色閃爍提醒,監控切換狀態,整個過程的操作時間短,系統運行穩定。

3.2 閥門管道沖刷及泄漏優化

針對控制閥PV0801管道彎頭及底部盲法蘭處出現沖刷泄漏,且處置困難的問題,進行整改。在控制閥PV0801后三通處對材質進行升級,由碳鋼更換為內襯加強合金,增加其耐磨、耐腐蝕及耐沖刷性能,此外對該三通延長600 mm,緩沖對底部盲法蘭及彎頭的沖刷。通過以上改造,大大降低了該段盲法蘭、管道的磨損速度, 降低出現泄漏的概率,保證了氣化爐系統的穩定運行。

3.3 竄壓風險管控

針對黑水管線存在的竄壓風險,利用保護邏輯原理進行保護,對FV0712FV0706FV0704PV0801閥門執行機構進行技改,即增加電磁閥,當液位低時排水閥門自動失電關閉,防止液位過低空罐造成高壓竄低壓,降低蒸發熱水塔超壓運行風險。

4 結語

通過對氣化爐排水管線運行問題進行分析,采用定期切換管線方案(切換周期為7 d),防止管線長期不使用導致堵塞結垢,減少處理風險和成本;在排水閥門切換方面,利用一鍵切換順控導航,減少人員操作壓力,減少操作次數;通過對控制閥PV0801閥后設備管道進行優化,減少管道沖刷,減少管道泄漏風險;對氣化爐排水管線利用聯鎖失電關閉閥門,對高壓竄低壓進行防護。以上改進措施使氣化爐排水管線在生產周期內堵塞、泄漏次數明顯減少,為氣化爐的安全運行提供了保障,保證了裝置安全、平穩、長周期滿負荷的運行。