煤氣化高壓氧氣波動(dòng)的影響分析及對(duì)策

楊 奎,尹 興

(貴州黔希化工有限責(zé)任公司, 貴州畢節(jié) 551500)

氧氣是煤氣化裝置關(guān)鍵反應(yīng)物之一,它與煤、水蒸氣發(fā)生作用,生成由CO、H2、CO2、H2S等組成的合成氣。粉煤氣化過程中,質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.6%、設(shè)計(jì)壓力為5.00 MPa、溫度為35 ℃、體積流量為17 500 m3/h的氧氣進(jìn)入燒嘴后,此時(shí)條件下的氧氣(4.17 MPa、203 ℃)非常危險(xiǎn)。當(dāng)氧氣系統(tǒng)或氣化爐內(nèi)有異常情況時(shí),需要迅速切斷氧氣開關(guān)閥,防止過多氧氣進(jìn)入爐內(nèi);同時(shí),也防止高壓的合成氣或煤粉返串到氧氣通道內(nèi),防止燃燒和爆炸情況發(fā)生[1]。因此,氧氣系統(tǒng)上的閥門具有非常關(guān)鍵的作用,要求在極短的時(shí)間內(nèi)能被切斷,隔離系統(tǒng)與氣化爐。在正常安全生產(chǎn)過程中,操作人員不能操作氧氣系統(tǒng)中的兩位切斷閥(17XV-X001、17XV-X002、17XV-X004、17XV-X005、17XV-X006、17XV-X018、17XV-X120),一旦開關(guān)兩位切斷閥將觸發(fā)停車。操作人員只能通過調(diào)節(jié)高壓氧氣流量調(diào)節(jié)閥(17FV-X103)來滿足工藝要求,在緊急情況下開關(guān)氧氣流量調(diào)節(jié)閥開度來維持系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行。

1 高壓氧氣波動(dòng)的原因

(1) 17FV-X103的定位器可能存在問題,導(dǎo)致閥門開關(guān)振蕩或滯后,高壓氧氣流量發(fā)生波動(dòng)。

(2) 高壓氧氣壓力突增突降導(dǎo)致氧氣流量突增突降。比如,空分至氣化主氧路有泄漏點(diǎn)、高壓氧氣調(diào)節(jié)放空閥突開突關(guān),以及儀表失真?zhèn)浔脝?dòng)、氧管放空閥內(nèi)漏、一臺(tái)氣化爐運(yùn)行另一臺(tái)突然停車。

(3) 氣化爐壓力突漲(氣、水路不暢有堵塞)或突降(水、氣路泄漏,外送閥突然關(guān)放空閥開),導(dǎo)致高壓氧氣流量波動(dòng)。

(4) 高壓氧氣在進(jìn)入氣化爐反應(yīng)前經(jīng)高溫高壓鍋爐水換熱至203 ℃,通過溫壓補(bǔ)償調(diào)節(jié)系統(tǒng)確保入爐高壓氧氣溫度、流量的穩(wěn)定。高壓氧氣溫壓補(bǔ)償系統(tǒng)的失靈或人為誤操作,必將引起高壓氧氣參數(shù)的變化[2-3]。

2 高壓氧氣波動(dòng)對(duì)氣化爐的危害風(fēng)險(xiǎn)

(1) 高壓氧氣壓力速降速升,易造成爐內(nèi)欠氧或過氧,同時(shí),操作人員急忙調(diào)整氧氣調(diào)節(jié)閥的開度,更易造成系統(tǒng)波動(dòng)觸發(fā)氣化爐停車或爆燃過氧爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 高壓氧氣壓力波動(dòng)過程,易引起系統(tǒng)壓力跟隨速變,導(dǎo)致爐壁掛渣脫落,可能發(fā)生超溫、汽包補(bǔ)水困難、燒壞內(nèi)件、內(nèi)件變形脫落、堵渣、帶水等情況。

(3) 在高壓氧氣波動(dòng)過程中,崗位操作人員不清楚下一步會(huì)如何變化,不能有效采取相應(yīng)的處理措施。高壓氧氣的波動(dòng)給氣化裝置安穩(wěn)運(yùn)行增大了不確定性的管控風(fēng)險(xiǎn)。

(4) 上游工序?qū)е赂邏貉鯕獠▌?dòng),若調(diào)度未及時(shí)通知崗位操作人員做好應(yīng)對(duì)措施,崗位知悉晚且因被動(dòng)調(diào)整,易出現(xiàn)誤判誤調(diào)整,給裝置帶來更大風(fēng)險(xiǎn),可能造成更大的安全事故。

(5) 在此工況下系統(tǒng)水平衡、熱平衡被破壞,系統(tǒng)更易局部超溫、帶水、觸發(fā)聯(lián)鎖停車,甚至將大量的水帶入變換系統(tǒng)損壞觸媒。若切放火炬可能瞬間超過火炬設(shè)計(jì)處理能力,使火炬系統(tǒng)位移或下火雨,引起安全環(huán)保等事故。

3 高壓氧氣波動(dòng)的對(duì)策

(1) 當(dāng)氧氣系統(tǒng)部分檢測(cè)儀表失真時(shí),操作人員盲操誤調(diào)將引起工況大幅度波動(dòng),甚至可能往相反的方向調(diào)控,必將引起爐況波動(dòng)或渣口堵渣過氧超溫等現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)翻氧氣系統(tǒng)的單張DCS畫面或換臺(tái)電腦確認(rèn),同時(shí)關(guān)注氣化爐參數(shù)變化,包括渣口壓差、合成氣出口溫度、盤管密度、汽包產(chǎn)蒸汽量、有效氣組分等,并進(jìn)一步確認(rèn)后再調(diào)整;否則,按減氧處理[4-5]。

(2) 當(dāng)煤質(zhì)突變引起有效氣量大增大減時(shí),操作人員大量加煤加氧或減煤減氧,必將引起爐況波動(dòng)或渣口堵渣過氧超溫等現(xiàn)象,應(yīng)嚴(yán)格遵守氣化爐負(fù)荷少量多次緩慢加減原則。當(dāng)氣化爐壓力控制(17PT-X068)小于4.05 MPa,高壓氧氣體積流量(17FT-X103AB)小于18 500 m3/h,合成氣出口溫度(17TT-X011)小于220 ℃(3選2)時(shí),密切關(guān)注氣化爐有效氣組分、渣口壓差、盤管密度等參數(shù),應(yīng)告知調(diào)度氣化爐負(fù)荷不能再提。

(3) 爐況安穩(wěn)情況下,高壓氧氣流量調(diào)節(jié)閥靈敏度精確度不高,小范圍開關(guān)不動(dòng)作,開到一定閥位后調(diào)節(jié)閥突然全開,氧氣流量增加許多,可能會(huì)過氧超溫?fù)p壞設(shè)備。調(diào)整氧氣流量調(diào)節(jié)閥時(shí),每次小鍵加減0.1%閥位并停留一會(huì)兒再開0.1%閥位,不能急于求成,更不能大鍵加減1%閥位[6]。

(4) 正常工況下,高壓氧氣壓力穩(wěn)定在5.00～5.02 MPa。若高壓氧氣壓力振蕩,氧氣流量突增突降,氧氣壓力緩慢升降時(shí),維持穩(wěn)定的氧量或氧煤比。隨氧氣壓力升降,對(duì)17FV-X103進(jìn)行0.1%閥位的加減;若氧氣壓力突增,氧氣體積流量每上漲500 m3/h,對(duì)17FV-X103減少1%閥位;若氧氣流量繼續(xù)上漲,再減1%閥位直到維持生產(chǎn)穩(wěn)定負(fù)荷時(shí)的高壓氧氣流量;若氧氣壓力突降,不能忙于及時(shí)調(diào)整而是查看氧氣系統(tǒng)參數(shù)是否正常,在無異常情況下可以緩慢加0.1%閥位,直到恢復(fù)負(fù)荷維持氧煤比的穩(wěn)定;否則,需排查清楚原因再對(duì)高壓氧氣進(jìn)行調(diào)整[7]。

(5) 在正常生產(chǎn)過程中,17PT-X068為3.95～4.02 MPa(3選2)振蕩導(dǎo)致氧氣流量突增突降,這時(shí)應(yīng)根據(jù)氣化爐壓力變化對(duì)氧氣流量進(jìn)行微調(diào)整來維持氧煤比的穩(wěn)定。不能急著對(duì)氧量煤量猛加猛減,這樣操作爐況更不穩(wěn)定,更易超溫、過氧或低溫,應(yīng)立即核對(duì)排查氣化爐系統(tǒng)參數(shù)是否異常并及時(shí)消除引起氧量猛增猛降的隱患。第一時(shí)間未查找到原因時(shí),應(yīng)防止氣化爐超溫、過氧,應(yīng)大鍵減氧以降低氣化爐負(fù)荷。經(jīng)處理氣化爐系統(tǒng)還不穩(wěn)定,則將合成氣切至火炬放空;否則,氣化爐停車[8]。

(6) 正常安全生產(chǎn)過程中,當(dāng)單條煤線瞬間斷煤時(shí),氧煤比大于1.20,聯(lián)鎖保護(hù)立即觸動(dòng),氧閥門自動(dòng)減3%閥位;氧煤比大于1.38,將3條煤線角閥瞬間開至100%。當(dāng)氧氣體積流量大于18 800 m3/h時(shí),將氧氣流量調(diào)節(jié)閥自動(dòng)減2個(gè)閥位,否則將觸發(fā)氧氣流量聯(lián)鎖。若煤線不能及時(shí)處理,操作人員應(yīng)手動(dòng)調(diào)整其余兩條正常煤線角閥和氧氣調(diào)節(jié)閥,控制氧煤比至正常范圍(比斷煤前氧煤比低0.10～0.05)。聯(lián)系部門領(lǐng)導(dǎo)或技術(shù)管理人員處理,避免爐子處于長(zhǎng)期高溫或低溫操作。當(dāng)2～3條煤線幾乎同時(shí)出現(xiàn)煤量波動(dòng)或降低時(shí),應(yīng)考慮粉煤給料罐缺煤,第一時(shí)間下煤,接著快速泄壓、快速充壓后再次下料,否則氣化爐應(yīng)及時(shí)降負(fù)荷大鍵減氧,快速跟隨氧煤比調(diào)整氧氣調(diào)節(jié)閥閥位。當(dāng)氧氣流量降至6 000 m3/h,煤線無法及時(shí)恢復(fù)正常,氣化爐停車處理。

(7) 當(dāng)某臺(tái)高壓氧氣調(diào)節(jié)閥有問題時(shí),應(yīng)盡量保持負(fù)荷的穩(wěn)定,避免調(diào)整引起波動(dòng)。若高壓氧氣調(diào)節(jié)閥發(fā)生波動(dòng)時(shí),氧氣流量及調(diào)節(jié)閥閥后氧氣壓力存在明顯變化,此時(shí),需重點(diǎn)關(guān)注氧氣流量、氧煤比,以及爐況(爐溫、盤管密度、合成氣出口溫度、合成氣組分及有效氣量)變化情況。若在短時(shí)間內(nèi)未得到恢復(fù),需結(jié)合氣化爐爐況及時(shí)人工干預(yù),應(yīng)根據(jù)氧流量從開始下降到上升所需時(shí)長(zhǎng)、從峰值恢復(fù)至之前的流量所需時(shí)長(zhǎng)、波谷值到波峰值最大波動(dòng)量等規(guī)律,調(diào)節(jié)高壓氧氣閥位上下限位。在高壓氧氣調(diào)節(jié)閥完全失控的情況下,氧氣流量不可控、氣化爐超溫(盤管密度<500 mg/m3、合成氣出口溫度>230 ℃、氧煤比>1.20等條件異常)時(shí),立即按下正常停車按鈕或緊急停車按鈕。

4 引起高壓波動(dòng)的預(yù)防措施

(1) 設(shè)計(jì)期間,嚴(yán)格按最高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì),盡量少設(shè)彎頭和分岔頭,減少其可能存在的風(fēng)險(xiǎn),從本質(zhì)上將風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

(2) 建設(shè)期間,應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)溫度、壓力、流速標(biāo)準(zhǔn)選防腐蝕、防火、防銹材料和施工工藝,嚴(yán)格把控焊接100%檢測(cè)合格和強(qiáng)度嚴(yán)密性試驗(yàn)。氧管經(jīng)吹掃脫脂清洗后,需確保管內(nèi)清潔度及光滑度,避免管道內(nèi)有油質(zhì)、焊渣、毛刺及其它雜物,在使用過程中引發(fā)危險(xiǎn)。

(3) 安裝計(jì)量或檢測(cè)儀表時(shí),應(yīng)考慮安全性、準(zhǔn)確性、靈敏性及防火防爆要求,關(guān)鍵參數(shù)設(shè)入安全儀表系統(tǒng)(SIS),出現(xiàn)異常時(shí)能第一時(shí)間識(shí)別并做出相應(yīng)的動(dòng)作,確保裝置安全。

(4) 定期維護(hù)檢查氧管系統(tǒng),禁止非調(diào)節(jié)閥作調(diào)節(jié)使用,嚴(yán)格執(zhí)行氧氣系統(tǒng)投用前閥門確認(rèn)單,避免手動(dòng)調(diào)節(jié)造成對(duì)閥的沖擊,以及急速的操作引起事故。

(5) 操作人員要熟悉氧氣系統(tǒng)的設(shè)備知識(shí)和危險(xiǎn)性,并熟練掌握異常情況下的處置措施。

(6) 在高壓氧氣系統(tǒng)投用前,對(duì)相應(yīng)的閥、儀表進(jìn)行多次調(diào)試或測(cè)試,確保投用時(shí)開關(guān)動(dòng)作靈敏,檢測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn),聯(lián)鎖動(dòng)作準(zhǔn)時(shí)。

5 結(jié)語

煤氣化高壓氧氣為氧化劑,高壓氧氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定對(duì)氣化裝置安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)起決定性的作用,也是正常安全生產(chǎn)中關(guān)鍵控制指標(biāo)和操作頻次相對(duì)多的點(diǎn)。針對(duì)裝置出現(xiàn)的問題,提出有效的管控措施,確保氣化裝置運(yùn)行安全;當(dāng)出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí),能及時(shí)判斷并采取措施,保持氣化裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。