煤气初冷工艺运行中存在问题及应对

吕成亭

（金牛天铁煤焦化有限公司，河北邯郸056000）

煤气初冷工艺运行中存在问题及应对

吕成亭

（金牛天铁煤焦化有限公司，河北邯郸056000）

对焦炉煤气初冷工艺中冷却效果差、阻力偏高等问题的原因进行了分析，通过控制中段循环水温度，增加中、下段喷洒液中轻质焦油含量，以及提高其喷洒液量和喷洒密度等措施，有效地解决了上述问题，保证了初冷器的长期稳定运行。

焦炉煤气；初冷器；水温；喷洒液；轻质焦油

1 引言

焦炉煤气的初冷既是煤气净化的一部分，也是后续脱氨、脱苯、脱硫等煤气进一步净化工艺得以实现的先决条件。经过初冷，煤气温度必须降至22～25℃，因为煤气温度越低，初冷器后煤气中的水汽、焦油气及萘蒸气的饱和含量就越低，若初冷器后煤气温度偏高，大量的轻质焦油、萘等物质进入后续煤气各工艺单元，不仅容易造成设备、管道的堵塞，而且将对脱氨工艺中硫铵产品的色度、终冷塔的阻力、脱苯工艺中循环洗油的质量及脱硫工艺中脱硫液的质量造成恶劣的影响。

2 煤气初冷工艺的运行及存在问题

2．1 工艺简介及流程

金牛天铁煤焦化有限公司为年产150万t焦炭的焦化企业，初冷器选用横管式初冷器，设计为4×5 600 m2，开3备1，单台初冷器分上、中、下三段冷却，中、下段之间设计有断塔盘。上段冷却介质为循环脱硫液，进水温度为57～60℃，出水温度为68～74℃；中段采用循环水冷却，进水温度为28～32℃，出水温度35～40℃；下段采用低温水冷却，进水温度为16℃，出水温度为23℃。为保证初冷器的冷却及除萘效果，视阻力情况，上段用循环氨水不定期喷洒，中、下段分别用氨水、轻质焦油混合液进行连续喷洒；下段冷凝液经下段水封槽进入下段冷凝液循环槽，然后经下段循环泵送至下段进行循环喷洒，另外从焦油氨水分离槽中部引出的轻质焦油与氨水的乳浊液可连续补充至下段循环槽，并可通过中、下段冷凝液循环槽的连通管满流至中段循环槽；上、中段的冷凝液经中段水封槽进入中段冷凝液循环槽，然后经中段循环泵送至中段进行连续喷洒，在中段泵出口设计有旁通管，中段冷凝槽液位自动控制，多余的冷凝液经旁通管送至机械刮渣槽。

2．2 存在问题

该四台横管式初冷器自2009年开始投入使用，然而自2013年下半年开始，初冷器阻力偏高，平均在2 200 Pa以上；初冷器冷却效果差，鼓风机前煤气温度平均在25℃以上，最高可达到32℃；初冷器阻力增长过快，造成初冷器倒用频繁，清洗频次增加，但初冷器的清洗效果不佳，这不仅极大的增加了工人的劳动强度，加大了对初冷器及附属设施的损害，而且严重影响后续工艺饱和器及终冷塔的正常运行。

3 原因分析

3．1 初冷器中段循环水上水温度控制较设计值偏低随着初冷器运行时间的延长，初冷器中段管程内沉积了部分污泥，存在结垢现象，造成冷却效果不佳。为保证初冷器后煤气温度，中段循环水上水温度控制范围逐渐降至25～27℃（冬季）、28～30℃（夏季），而设计要求循环水上水温度为32℃，这样就造成中段后的煤气温度基本在35℃左右，最低可达到30℃，严重偏离中段后煤气设计温度40℃，同时也改变了初冷器各段的煤气气液平衡关系，致使煤气中的焦油气、萘蒸气在初冷器中段集中冷凝，因为不同温度下，煤气中萘的饱和含量是不同的，具体对应关系见表1。初冷器中段煤气温度偏低就造成中段负荷加重，一方面中段喷洒液量有限，喷洒能力不足，以致喷洒效果不佳，焦油不能被及时冲洗下来而沉积，另一方面冷凝下来的焦油中的萘的含量偏高，溶萘能力降低，而多余的萘便会粘附在冷却水管壁上，堵塞煤气通道，使初冷器阻力增加速度加快。

表1 不同温度下煤气中萘的饱和量 /g·Nm-3

3．2 中、下段循环喷洒液轻质焦油含量偏低

受焦油氨水分离槽焦油界面仪波动大，无法提供准确、稳定的液位指示影响，焦油氨水分离槽一般保持低液位操作，以防止循环氨水带油，影响焦炉集气管的喷洒，这样就造成了从焦油氨水分离槽中部引出的作为初冷器下段喷洒液补液的轻质焦油含量偏低，不足10%，初冷器中、下段循环喷洒液轻质焦油含量不足5%，而设计要求中、下段喷洒液中轻质焦油含量分别为20%～30%、30%～40%。中、下段循环喷洒液中较低的轻质焦油含量严重影响了其溶萘、洗萘的能力，对附着在冷却水管壁上的焦油、萘的冲洗效果降低，造成了中、下段冷却水管间焦油、萘的大量沉积，煤气流通截面积减小，从而增加初冷器的阻力。

3．3 喷洒液量不足，喷洒密度小

一般横管式煤气初冷器的喷淋密度设计要求不低于4 m3/（m2·h）[2]，而金牛天铁单台横管式初冷器中段设计喷洒量为50 m3/h，喷洒密度仅为3．2 m3/（m2·h），设计偏低，另外喷洒孔孔径为8 mm，经过长时间的运行，喷洒液中含有的甲苯不溶物（煤粉、焦粉、铁锈等杂质）容易将喷洒管末端的喷洒孔完全堵死，一方面，使喷洒量减少，中段喷洒量实际仅为30～40 m3/h，喷洒密度仅为1．92～2．56 m3/（m2· h）；另一方面，造成喷洒不均，喷洒不到的区域煤气冷凝下来的焦油、萘等物质便会粘附在冷却水管壁上，越积越多，最终造成煤气通道堵塞，初冷器阻力增加。

3．4 清扫制度不合理，冲洗不彻底

缺乏初冷器定期清洗制度，只是当阻力增加加快时才倒换初冷器，并采取直接蒸汽清扫，造成冷却水管间沉积的焦油、萘等杂质的重质组分的比例不断增加，这部分物质在蒸汽的不断烘干作用下逐渐硬化并累积，极难被蒸汽清扫去除，最终造成冷却水管间堵塞的不断加重，并严重影响换热[3]。直接蒸汽清扫效果不佳，只能反复地倒换初冷器，不但极大地增加了劳动强度，而且造成了初冷器运行状况的不断恶化。

4 应对措施

4．1 严格按照设计要求控制冷却水的上水温度

循环水上水温度控制范围28～32℃，夏季较为容易控制，冬季气温较低时必须通过合并冷却塔或调节冷却塔上水旁通的方式进行控制，低温水上水温度控制≥15℃；在初冷器中段后安装就地温度计和负压表，在保证冷却水上水温度基本稳定的情况下，根据煤气量的变化及时调整水量，控制中段后煤气温度范围为38～42℃，防止出现初冷器中段过负荷，煤气急剧冷却，造成煤气中的焦油、萘沉积速度加快。

4．2 稳定焦油氨水分离槽液位，提高喷洒液补液轻质焦油含量

将焦油氨水分离槽焦油界面仪由原来的电容式液位计更新为浮球式液位计，使对焦油的界面指示更准确。调整压油，逐步提升焦油界面，使从分离槽中部引出的作为初冷器喷洒液补液的轻质焦油含量稳定在40%～50%，并且实行连续补油，根据初冷器中、下段喷洒液轻质焦油浓度调整补油量，使中、下段喷洒液轻质焦油含量稳定在20%～30%，必要时可以将焦油氨水分离槽外槽底部沉积的轻质焦油及电捕焦油器捕集的轻质焦油引入中段冷凝液槽，提高中段喷洒液的溶萘能力[4]。

4．3 定期清扫喷洒管，保证设计喷洒液量

金牛天铁的4台横管上、中、下段均设计有氨水喷洒管道，其中中、下段氨水管道与喷洒管直接对接，氨水和喷洒液可随时切换；另外，中、下段喷洒管前均有分阀门控制。为便于对各喷洒管进行蒸汽清扫，可引蒸汽管与氨水管直接对接，由氨水管道通入蒸汽，对喷洒管进行逐根清扫，为保证清扫效果，也可以用蒸汽与氨水对喷洒管交替清扫[5]。另外，为弥补初冷器中段设计喷洒液量不足的缺陷，可采取定期将中段喷洒液切换为循环氨水喷洒，同时为了防止喷洒氨水进入喷洒液系统，影响喷洒液轻质焦油含量，对中、下段水封槽进行了改造。根据原设计，中、下段水封槽底部有一根DN50的放空管，可排液至鼓冷槽区放空槽，为保证足量的氨水喷洒，又防止氨水满流至喷洒液循环槽，在各水封槽的底部又分别增加了一根DN100的放空管，可排液至鼓风机冷凝液放空槽。

4．4 制定合理的初冷器清扫制度

之前横管清扫的常规方式是蒸汽清扫，使放散管连续的大量冒出蒸汽2 h，但是清扫效果不佳，初冷器阻力下降不明显。通过打开横管底部人孔检查，发现冷却水管间堵满了焦油、萘等杂质，于是尝试分别用蒸汽、循环氨水对堵塞程度相近的初冷器连续清扫一周，后又重新打开底部人孔检查发现冷却水管间的堵塞程度均有了一定程度的减轻，但仍有将近60%的煤气通道被堵塞。为确认堵塞物的主要成分，对堵塞物进行取样分析，化验结果显示堵塞物中的焦油多为重质焦油，230℃前馏出量仅占10%，另外其中约有5%的甲苯不溶物，主要成分为焦粉、煤粉[1]。通过对各种清扫方式的尝试及对初冷器气相堵塞物的成分确认，制定了如下的清扫方式：

（1）关闭初冷器煤气进、出口阀门及上段循环脱硫液上水阀门，打开顶部放散，用循环氨水分别对中、下段先后喷洒8 h。

（2）关闭氨水，打开底部蒸汽，利用蒸汽连续清扫6 h。

（3）再用循环氨水对中、下段先后连续喷洒8 h，利用氨水喷洒时，打开相应水封槽底部放空阀门，防止氨水满流至喷洒液循环槽。下一步计划对初冷器喷洒系统进一步改造，增设1个喷洒液循环槽和1台循环泵，从焦油氨水分离槽中部引入70℃左右、轻质焦油含量约为40%的焦油氨水乳浊液为循环液，对备用初冷器进行连续高效地喷洒清洗。

5 结束语

通过上述一系列的改进措施，金牛天铁目前三台横管初冷器同时运行阻力已由最高时的3 500 Pa降至2 000～2 500 Pa。但是，为保证初冷器的长期稳定运行，加强对日常操作的管控才是关键，稳定冷却水上水温度，合理控制各段煤气温度，保证煤气在初冷器内分段冷却；稳定控制喷洒液轻质焦油含量，提高喷洒液洗萘能力；强化工艺执行，严格遵守清扫制度，如此方能保证煤气初冷的最佳效果，为后续化产回收工序的高效、稳定运行提供先决条件。

[1]刘作玲．初冷器阻塞的原因分析及解决办法[J]．承钢技术，2005（4）：65-68．

[2]杨建华，王永林，沈立嵩．焦炉煤气净化[M]．北京：化学工业出版社，2006．

[3]任红星．横管式初冷器阻力增大的原因分析与应对措施[J]．广东化工，2013，40（1）：128-129．

[4]刘三军，侯国杰，陈文虎．横管式初冷器洗萘工艺的改进[J]．燃料与化工，2008，39（2）：10-12．

[5]李海桥，邵有辉，何勤德．横管初冷器喷洒系统的改造经验[J]．燃料与化工，2003（4）：198-199．

Problems Existing in Gas Primary Cooling Process and Countermeasures

LV Cheng-ting
(Jinniu Tiantie Coking Co．,Ltd．,Handan,Hebei Province 056000,China)

The problems of the poor cooling effect and high resistance of primary cooling process of coke oven gas were analyzed．Measures were taken such as controlling the temperature of circulating water at intermediate segment,increasing the content of light tar in spray liquid at intermediate and lower segments and improving spraying fluid volume and spraying density．The above problems were effectively solved and the long term stable running of primary cooler was ensured．

coke oven gas;primary cooler;water temperature;spraying liquid;light tar

10．3969/j．issn．1006-110X．2015．03．015

2015-01-05

2015-01-27

吕成亭（1988—），男，主要从事化产车间工艺管理工作。