粉煤加压气化工程施工、安装及运行总结

高明林 张超

(安徽昊源化工集团有限公司安徽阜阳236000)

粉煤加压气化工程施工、安装及运行总结

高明林 张超

(安徽昊源化工集团有限公司安徽阜阳236000)

安徽昊源化工集团有限公司(以下简称昊源化工公司)现有生产能力为1 500 kt/a总氨、1 200 kt/a尿素、400 kt/a碳酸氢铵、20 kt/a吗啉、200 kt/a双氧水、30 MW余热发电、塑料编织袋、工业(医用)氧气、溶解乙炔等。其中，尿素生产能力居安徽省第一，为国家免检产品。

近年新增了2台航天粉煤加压气化炉(分2期进行)，一期工程为180 kt/a合成氨、300 kt/a尿素，于2013年3月22日点火投煤试运行24 h，产出合格煤气，一次性开车成功;自2013年4月12日正式开车投产运行至今，运行状况良好。

1 土建施工

2011年12月1日，土建开挖。因气化框架土建施工的工程量较大，在桩基施工过程中，均由监理单位及建设单位安排专业人员进行24 h不间断施工，保证了桩基施工的进度及质量。在进行筏板基础及以上施工时，根据后浇带的位置，确定分批量交叉施工，保证了人力及养护交叉时间，缩短了整个施工周期。2012年7月15日，具备施工安装32 m以上钢结构和32 m及以下的设备吊装条件。

在框架施工过程中，为保证工程施工质量，昊源化工公司外聘工程监理公司进行监理，同时安排项目组土建专业人员全程跟踪，从时间安排、原料质量、施工程序进行全过程控制，有效地控制了工程质量和工程进度，为后续钢结构安装及设备吊装赢得了时间。

2 设备安装

航天炉主要设备均为航天长征化学工程股份有限公司专有、专利设备，因系统框架较高(土建框架32 m，32 m以上均为钢结构框架，总高为76 m)，在土建施工时，必须通盘考虑设备吊装就位问题，以便系统交叉进行安装，减少施工时间及施工费用。吊装方案的选择很关键，使用履带吊装设备施工方便，但费用较高;若选用履带吊装设备，则须在32 m土建施工结束后，经过混凝土养护期，具备设备承重条件下，先就位32 m以下的静止设备，在设备承重前，将32 m以下的柱间支撑及设备承重支撑梁施工到位，32 m以下的设备吊装必须在钢结构施工前完成，因为履带吊装设备无法在钢结构施工结束后进入。若选用卷扬机和滑轮进行吊装就位，吊装难度大，周期较长，但费用较低。昊源化工公司因施工周期要求较紧，选用了履带吊装设备，在钢结构施工过程中，粉煤储罐、气化炉高压汽包等需在承重层施工结束后立即就位，否则吊装就位难度较大，所有设备吊装就位耗时1个月时间完成。

2.1 静止设备的检查及就位注意事项

为保证设备加工质量及内件加工质量，在设备到厂前，组织专人对所有的设备进行了检查，在检查中发现如下问题:①换热器列管防冲板焊接不牢固，且通量较小;②氧气预热器内部隔板及折流板毛刺棱角较多，焊缝焊瘤较多，未进行仔细打磨，被迫返厂重新加工;③高闪与真闪内件螺栓松动，进行重新紧固并点焊固定;④塔盘支撑圈水平度不够，塔盘安装后出现偏差较大。针对以上问题分别进行了整理、整改，达到安装要求。

2.2 设备就位注意事项

(1)气化装置关键设备要保证2条线。一条线为粉煤储罐过滤器、粉煤储罐、粉煤锁斗、粉煤给料罐4台设备管口中心及垂直度一条线;另一条线为气化炉、破渣机、渣锁斗3台设备管口中心及垂直度一条线。这2条线都是靠物料自身重力作用进行物料流动的，其垂直度的好坏会直接影响设备及工艺的正常运行。

(2)气化炉找正方法的确定。气化炉是粉煤加压气化的关键设备，如按普通工业炉的标准去精找，也可以运行，但运行的经济性及周期性值得探究。根据粉煤加压气化的气化运行机理，气化炉盘管内表面涂有20 mm厚的碳化硅隔热材料，同时利用熔融渣挂壁，采用以渣抗渣理论来降低炉膛传热效率，高温熔融渣是在自身重力及气流的作用下沿内壁下流，从渣口流出进入下降管，经激冷水激冷进入气化炉下部破渣机内。如果按普通工业炉靠外壁垂直度来找正的方法找正气化炉，不能保证气化炉水冷壁及下渣口的垂直度，可能会造成炉膛挂渣偏，直接影响气化炉运行工况。经过反复考虑及查阅相关资料，最终决定从炉膛内部开始寻找气化炉垂直度参考点，法兰口局部不水平通过垫环进行局部校验。经最终找正调整，气化炉的内侧垂直度达到0.3‰(笔者认为小于1.0‰就可以满足工艺要求)。

(3)粉煤锁斗充气笛管的安装注意事项。粉煤锁斗充气笛管主要作用是通过给锁斗冲压将锁斗内的粉煤蓬松，防止粉煤被气压实结块。因存在压差且为烧结金属，易造成笛管振动，有时笛管可能会被振破，影响生产。为此，在安装笛管时，垫片采用有内环无外环的金属缠绕垫片，螺栓紧固，同时笛管就位时与原预留的预焊件之间有间隙，需用管托将笛管垫实，将管托焊牢，用管夹上紧螺栓焊死，上、下笛管各3个支撑点全部固定到位，最后将上、下笛管的连接螺栓点焊到位，防止松动退丝。

(4)粉煤锁斗过滤器内件的安装。粉煤锁斗过滤器的内件过滤棒为烧结金属，用螺母紧固在管板上，在过滤器底部锥体上增加1块孔径为15 mm的多孔板，多孔板厚度为15～20 mm，断焊在锥体壁上，保证烧结金属棒破碎脱落后不掉进锁斗内，以免影响粉煤输送。

2.3 运转设备就位注意事项

(1)磨煤机的安装

磨煤机是粉煤加压气化磨煤单元的主要运转设备，其安装质量好坏直接关系到磨煤机的长周期运行。磨煤机的主要安装要点:①磨煤机底座钢板水平与磨煤机减速机上平面水平，水平度均应＜3‰;②磨煤机安装结束后，紧固并施焊磨煤机内紧固件，以保证在运转过程不会因振动引起紧固件的脱落导致磨煤机异常或损坏。

(2)机泵的安装

机泵安装过程中对精度的控制要求直接影响机泵的安全运行，特别是洗涤塔给料泵和密封冲洗水泵的运转速度较高(分别为8 000 r/min和13 000 r/min)，安装时更应谨之又慎。不论多么精密的设备，只要按运转设备的安装规范及要求操作即可保证安装质量，但过程控制是关键。过程控制主要有:①基础处理按要求并保证处理到位，才能保证灌浆后的地脚螺栓处于安全固定状态;②保证设备找正后轴向、径向数据≤0.05 mm;③按高速泵润滑油安装使用说明书要求选择合适的润滑油，以保证有油膜产生。

3 工艺配管

北京航天设计院在系统工艺配管设计时就考虑了物料的均衡分布，如气化炉盘管进水、出水，激冷水进水分布，充气笛管的气体管路等，均考虑了管道阻力对物料分布的影响，但在黑水处理及合成气洗涤系统配管设计处仍存在一定的欠缺。

3.1 配管设计缺陷

(1)激冷水系统管线1开1备阀组设计不合理。因激冷水系统内含有一定量的细灰，若按常规设计，2台激冷水泵进、出口阀门位置与管道汇合处三通之间的间距过大，会造成备用泵短节出积灰堵塞，备用泵无法开启，影响生产。影响部位包括激冷水泵进、出口阀组，激冷水过滤器进、出口阀组，渣池泵进、出口阀组等。为此，在保证设备管道应力消除的前提下，将2台设备的进口阀组放在一起，出口阀组放在一起，均在阀后管道汇合与总管连接，支管与总管汇合处与阀后法兰间的管道短节越短越好，保证法兰与阀门连接能拆卸螺栓即可，以消除局部积灰死区，保证备用泵起到备用作用。

(2)合成气洗气塔出口合成气管线配管设置不合理。原合成气管线以直接三通形式进入同径管道，管道两端均用管帽封堵，而后又分别在集气管道上通过三通管件开支管，一路为合成气出口阀组，另一路为合成气放空到火炬阀组，增加了合成气出口系统阻力，长周期运行不经济。为此，在保证消除管道应力的前提下，将系统配管全以弯头的形式配置，并缩短了配管长度。

(3)高压闪蒸罐锥底工艺配管不合理。原高压闪蒸罐锥底直接用法兰连接150LB DN 250 mm阀门，阀后配Φ 273 mm×12 mm管道至真空闪蒸罐排液管，与真空闪蒸罐排液管焊接汇合，高压闪蒸罐锥底排污水与真空闪蒸罐排液一起沿排液管进入灰水沉降槽。因高压闪蒸罐液位控制靠高压闪蒸罐到真空闪蒸罐之间的减压调节阀调节，若要打开高压闪蒸罐锥底球阀保证液体流动，则高压闪蒸罐液位不易控制，且灰水不经真空闪蒸罐闪蒸处理，直接进入灰水沉降槽，加重灰水沉降槽的热负荷，且易造成管道汽蚀磨损腐蚀;若不打开高压闪蒸罐锥底球阀，易造成高压闪蒸罐锥体沉积大量细灰，增加高压闪蒸罐自重的同时，高压闪蒸罐的灰水容积减少，灰水停留时间缩短，影响高压闪蒸罐的闪蒸效果。为此，将高压闪蒸罐锥体底部DN 250 mm球阀取消，在锥体底部法兰上连接长300 mm的DN 250 mm短节，下部用盲板盖封住，在短节上按DN 100 mm支管，并加2只球阀后配管至减压缓冲组件，经减压缓冲组件减压后进入真空闪蒸罐，保证长期流动，彻底解决高压闪蒸罐底部积灰问题。后经装置系统停车检查，高压闪蒸罐锥体积灰很少，达到了预期目的。

3.2 工艺配管的质量控制

3.2.1 原材料的质量控制

根据设计要求采购各种规格和材质的材料，为方便确认材质，在项目开始时，就制订了不同材质的色标及相同材质不同规范标准的序号标示，保证了所用材质的准确性。

3.2.2 焊接材料质量控制

施工安装全部承包给安装公司，要求焊材采用指定品牌焊条，并查看采购证件，特殊材质按特殊要求选用。安装公司按使用要求统一保管、发放、记录焊条，每位焊工均手持焊接工艺卡(工艺卡上列出不同材质对应使用不同的焊材)，以保证焊接材料的质量及焊接质量。

3.2.3 管道清洁度的控制

所有管道施焊前均由施工单位人员、建设单位人员、检查、监理单位人员检查并签字确认，所有焊缝均需进行氩弧焊打底。

3.2.4 特殊材质关键点的控制

针对特殊材料(包括管道、管件、法兰、阀门、垫片、螺栓)，在施工前将特殊管线列出，进行重点检查;对于材质不清楚或模糊的，应立即用光谱仪测量，确保其本质安全。

3.2.5 焊缝探伤检查

由于商业行为，曾经出现同一道焊缝，多张探伤片子的现象，违反了施工标准。因此，凡要求100%探伤的焊缝，其所有探伤片子均交由建设方专业人员审查，杜绝少探或不探现象的发生。

3.2.6 吹扫试压试漏

对每道管线进行压缩空气吹扫，直至出气管口涂白漆白板不变色为准，所有焊缝及法兰均进行冲压肥皂泡试验，以保证系统装置的气密性。

4 运行总结

航天炉粉煤加压气化技术是具有中国自主知识产权的粉煤加压气化技术，因其技术的先进性、安全性、成熟性深受国内化工企业的青睐，并迅速得到了推广。

4.1 运行周期

系统于2013年4月12日正式开车投产运行至今，航天炉共停炉5次，其中有2次为计划性停车，3次因仪表故障停车;2014年5月2日，因合成气压缩机激振检修停车;9月15日，因气化炉炉膛顶部温度过高，不能加负荷，停车更换烧嘴; 7月22日，粉煤管线三通阀阀检失灵联锁停车; 9月5日，航天炉配套EPS电源控制器故障，烧嘴冷却水泵失电联锁停车;12月28日，因空分装置分子筛切换阀联锁失灵，致使空分装置跳车。气化炉运行最长时间为103 d，烧嘴运行最长时间为103 d。

4.2 产量与消耗

平均日产合成氨630 t，最高日产643 t;平均吨氨蒸汽消耗3 t，吨氨电耗600 kW·h，平均吨氨煤耗1.384 t。

4.3 运行管理

航天炉系统专利、专有设备多，工艺控制点多，安全联锁多，压力高，温度高，自动化程度高，同时具有DCS控制系统及ESD安全停车系统。因其系统复杂、控制点多，极易导致系统联锁跳车，难以保证长周期运行。因此，对系统工艺、运转设备、电气设备、仪表控制点的管理及控制是保证长周期运行的关键。

4.3.1 工艺管理

实际操控过程中，存在将工艺和设备分开管理、各自为政、相互推诿的情况，影响装置的长周期运行。为此，要求工艺管理人员从工艺控制上提供保障设备长周期运行的工艺措施，针对工艺特性制订了工艺指标，并严格执行。

落实系统工艺联锁，保证设备安全稳定运行，绝对不允许私自将联锁撤除，即使在特殊情况下撤除联锁后，也应在处理结束后立即恢复，保证装置安全运行。例如，某单元氧煤比联锁因某种原因撤除，后没有及时恢复，当粉煤管线断流时误判，致使系统氧含量超标，造成后工段碳洗塔塔盘损坏，变换催化剂超温严重，系统装置停车检修，险些出现恶性事故。

渣水处理单元对系统灰水的管理显得尤为重要，灰水质量的好坏直接影响系统泵、碳洗塔、高闪气体塔、真闪塔等设备的安全运行。某部门为降低运行成本，以原水作为渣水处理单元的系统补水，开车运行不到1年，就出现机泵损坏、管道结垢严重、静止设备积灰严重、阀门内漏现象严重，一旦停车必须立即组织大批人员清理系统装置积灰。昊源化工公司渣水处理单元补水全部采用软水，同时密切关注灰水成分，及时添加药剂，保证沉降分离系统效率。装置运行1年来，没有出现管道结垢、装置积灰的现象，且碳洗塔出口合成气夹带灰分较少，从变换前分离器分离出的灰水肉眼看不到灰。每次停车检查，设备内都很干净，保证了设备长周期运行。

4.3.2 设备管理

设备管理是工艺运行的基础，一旦设备出现问题，工艺就无法保证。因此，对设备的监控及维护保养尤为重要，要求设备管理人员不仅应具有设备维修能力，还应具备维护长周期运行的管理能力。对运转设备进行普查建档，分析每台设备的结构特性，并找出其易损部件、润滑部位及设备运行工况下的压力、温度合理数值。建立设备运行档案，定期进行检查记录，寻找设备运行规律。设备损坏检修时，详细分析设备损坏的原因、采取的处理措施及防范措施，并全部记入设备档案。定期对档案进行分析，寻找设备长周期运行的规律，定期检修，提前消除设备隐患，为系统工艺设备长周期运行保驾护航。

4.3.3 电气仪表设备的管理和控制

航天炉系统工艺复杂、系统控制点多，能否长周期运行，对电气仪表设备的管理和控制也是一种长期的考验。电气仪表在设备安装时，就要求对所有的控制节点都要进行检查、标示、建档、保护。对安装过程中的每个线头、每颗螺丝都应心细入微地接紧上牢，确保安装过程中不出现差错。在生产运行时，要做好对电气仪表设备及线路的保护工作、定期巡检，对于可以在线维修的应定期维护，对于不能够在线维修的应进行监控，待系统停车进行全面检查。长期坚持记录建档制度，才能保证电气仪表设备运行正常。

4.4 原料入炉煤的控制和管理

针对航天炉内置水冷壁结构，煤的灰熔点及灰渣的流动性是保证气化炉长周期满负荷运行的关键。昊源化工公司选用陕西省柠条塔煤及石窑店煤2∶1掺烧，运行负荷较为稳定，气化效率高，灰渣流动性好。原料煤送厂后，应分类堆放、挂牌标示。掺烧新煤种前，应先对煤质进行分析，若符合掺烧条件，则在不违背工艺的条件下，掺烧需从小比例逐步提高，掺烧过程中密切关注工艺变化，同时现场查看灰渣的状态、数量及比例，并进行记录和总结，为下一步提高掺烧比例作准备，直至达到合理的经济利益为准。气化原料煤的管理直接决定着气化炉工艺运行状态，是系统长周期运行的关键之一，生产管理人员应高度重视。

2015-03-25)