GE水煤浆气化炉锁斗系统常见问题分析

李　辉

(中石化齐鲁分公司第二化肥厂　山东淄博255400)



GE水煤浆气化炉锁斗系统常见问题分析

李辉

(中石化齐鲁分公司第二化肥厂山东淄博255400)

中石化齐鲁分公司第二化肥厂气化装置采用GE水煤浆加压气化技术，以煤浆和纯氧为原料生产粗合成气。煤浆经高压煤浆泵送入工艺烧嘴，同时来自空分的氧气也送入工艺烧嘴，在三流式工艺烧嘴头部混合后喷入气化炉，在1 400 ℃左右的高温下发生部分氧化反应，生成水煤气。煤在高温下被熔化产生熔渣，与反应生成的粗煤气并流经渣口及下降管进入激冷室，粗煤气冷却并被水汽所饱和。出激冷室的饱和气体送入洗涤塔除去细粒，然后送至变换系统。沉降在激冷室底部的渣及少量没有燃烧的炭通过破渣机进入锁斗，经锁斗的排渣管线排入渣池。锁斗系统是确保气化炉正常运行的重要环节。锁斗系统出现故障会导致气化炉无法排渣，为此，对锁斗系统常见问题进行分析非常有必要。

1锁斗系统流程

锁斗是一个定期收集和排放固体渣的水封体系。集渣和排渣均遵照锁斗循环逻辑，并按一定时序完成。在收渣阶段，激冷室底部的渣水经破渣机、锁斗安全阀、锁斗进口阀进入锁斗，锁斗循环泵从锁斗顶部抽取相对洁净的水送回激冷室底部以帮助排渣。从渣水处理系统来的灰水由低压灰水泵加压至0.8 MPa后送入锁斗冲洗水罐，作为锁斗的冲洗水。锁斗排放出的渣水进入渣池前仓，锁斗出口阀关闭5 min后，2个渣池溢流阀打开，较澄清的渣水溢流至渣池后仓，并由渣池泵将渣水送往1#真空闪蒸罐。排入渣池的粗渣在前仓由捞渣机送入灰车，然后送出界区。

2锁斗系统常见问题分析

2.1锁斗阀故障

根据气化炉负荷以及煤质的情况，产生的渣量有所不同，锁斗1次收渣的时间也有所不同，一般在30～40 min。锁斗循环1个周期，除锁斗安全阀之外，其余9只阀门均要开、关1次以上(锁斗安全阀在紧急情况会自动关闭)。频繁开关锁斗阀加上恶劣的工作环境(渣水固含量较高)易出现故障，主要表现为阀门卡涩、内漏、外漏等；尤其是锁斗泄压阀，较其他锁斗阀而言，还存在高压差开启的问题，因而故障率最高。

锁斗顺控程序中要求每个阀门动作时间不超过15 s，锁斗阀卡涩严重时会引起锁斗跳车，DCS会记录上一次锁斗阀的开关时间，便于快速找出有故障的阀门。不间断的现场巡回检查可及时发现锁斗阀外漏，有时还能发现锁斗阀卡涩。锁斗阀的内漏往往比较隐蔽，不易判断。锁斗温度升高，手动泄压前观察到锁斗压力出现下降，可以判断出锁斗低压侧阀门(即锁斗泄压阀、锁斗冲洗水阀、锁斗出口阀中的1只或几只)存在内漏，再进一步判断则需要拆开锁斗泄压阀和锁斗出口阀后管线才能得出结论。锁斗手动充压前观察到锁斗压力出现上涨，可以判断出锁斗高压侧阀门(即锁斗入口阀、锁斗充压阀、锁斗循环泵入口阀中的1只或几只)存在内漏。通过就地手动阀切除锁斗充压阀、锁斗循环泵入口阀，观察对锁斗的影响，可进一步判断是哪只阀内漏。

锁斗阀出现故障会影响气化炉排渣，一般需要尽快更换。除锁斗安全阀外，其他锁斗阀均可在线更换。先将气化炉负荷降至最低后，减少产生的渣量，然后将锁斗停运排空，并与气化炉隔离，就可以更换故障阀门，锁斗停运一般不超过4 h。显然，在线更换阀门是不经济的，也是有风险的。延长锁斗阀的使用寿命，不单是阀门制造企业的责任，也是阀门使用企业的课题。

(1) 锁斗阀的检修周期要与气化炉同步，不能因为使用过程中没有出现问题而放弃检修，积累一定检修经验后，可再根据实际情况来确定。一般锁斗安全阀、锁斗泄压线冲洗阀、锁斗循环泵入口阀、锁斗循环泵回流阀、渣池溢流阀可以适当延长1～2个周期再检修。

(2) 适当延长锁斗收渣时间，减少阀门动作次数。1个检修周期内(约4 000 h)锁斗阀开、关各约8 000次，若将锁斗收渣时间由30 min延长至40 min，锁斗阀就会少动作2 000次，可有效降低锁斗阀故障率。

(3) 锁斗泄压阀前加装限流孔板。该阀打开前阀门前后压差高达6.5 MPa，打开的瞬间锁斗压力为常压。泄压过快造成渣水流速过快，并有少量汽化。高压差及三相流体的快速冲刷，造成开车初期该阀故障率极高。阀前加装限流孔板后，该阀可正常运行4 000 h以上。

(4) 降低灰水温度，提高灰水质量。锁斗系统的冲洗水是由系统内澄清的灰水提供的，灰水的悬浮物含量高、硬度高、温度高，易加快锁斗冲洗水阀和锁斗泄压线冲洗阀的球面结垢，进而会出现阀门卡涩的现象。因此，灰水温度和水质需要控制好。

2.2锁斗系统堵塞问题

锁斗系统与灰渣接触最多，堵塞时有发生，曾出现过锁斗入口堵、锁斗出口堵、锁斗冲洗水管线堵、锁斗循环泵出口管线堵等问题，一般处理及时不会影响生产。

(1) 锁斗入口堵，即破渣机上部灰渣架桥，易发生在锁斗长时间停运或破渣机停运后。堵塞现象为锁斗循环泵出口流量大幅下降，甚至降为零。轻微的架桥可通过反转破渣机得以解决，严重时可用锁斗安全阀顶部的高压氮气反吹；若长时间无法疏通，则需气化炉停车处理。

(2) 锁斗出口堵。堵塞现象为锁斗排渣时压力不下降，锁斗冲洗水罐液位不下降，但锁斗顺控可以正常运行。该问题原来比较隐蔽，后来在锁斗排渣条件中增加了1个联锁条件，即只有在锁斗压力小于0.1 MPa时，才允许关闭锁斗出口阀。如果排渣时锁斗出口堵塞，锁斗压力会大于0.1 MPa，锁斗程序不再继续运行，15 s后锁斗运行超时跳车。轻微的堵塞可以通过锤击锁斗出口阀上部管线得到疏通，严重时可以用高压水管进行疏通。

(3) 锁斗冲洗水管线堵，几次均为锁斗冲洗水阀阀后单向阀卡涩所致。现象为锁斗冲洗水罐液位下降慢，锁斗充压超时跳车。现场锤击该单向阀，若不起作用只能进行更换。

(4) 锁斗循环泵出口管线堵塞。正常情况下，备用的锁斗循环泵单向阀跨线稍开，一般不会堵塞。在线检修后，备用泵出口长时间不流动而积渣，易出现堵塞。堵塞时，主泵打量正常，备用泵打量为零，可将锁斗循环泵与气化炉、锁斗隔离后泄压，用备用泵的密封水冲洗出口管线，冲洗水从主泵导淋排出。

2.3锁斗系统仪表问题

锁斗系统环境恶劣，配套仪表也曾出现了一些问题。

(1) 锁斗冲洗水罐液位计管道堵塞。堵塞现象为频繁出现锁斗充不满水，导致充压超时、锁斗跳车，拆下锁斗冲洗水单向阀检查未发现异常，更换单向阀后，该现象未消除。打开锁斗冲洗水罐补水阀的副线阀(液位计液位>80%，锁斗冲洗水罐补水阀自动关闭)，锁斗冲洗水罐液位溢流后，锁斗可以自动运行。拆下液位计膜盒表，发现管道结垢严重，清理后锁斗运行正常。

(2) 替代锁斗液位开关。原设计中锁斗顺控依靠锁斗液位开关来判断锁斗处在灌满或排空状态，由于锁斗液位开关作用不大且极易损坏，损坏后不再担任锁斗状态判断任务，存在隐患。例如2.2中锁斗出口堵塞，就是因为缺少锁斗液位开关作为判断依据，才会导致隐患难以发现。可利用2.2中提到的方法，用锁斗压力判断来替代液位开关判断。

(3) 替代锁斗压差表。锁斗压差表高压侧为锁斗压力，低压侧为气化炉原料气出口压力，两者压差小于0.3 MPa时，允许打开锁斗入口阀收渣。由于2个测压点距离较远，压差表损坏后更换不便，即将其弃用。采用气化炉炉膛压力、气化炉原料气出口压力、洗涤塔出口压力三者取中与锁斗压力做差值，完全可以替代原压差表。

2.4锁斗系统磨损、腐蚀问题

锁斗系统接触的介质为固液两相，磨损、腐蚀较为严重，出现问题较多的地方包括锁斗排渣管线、渣池防冲板、捞渣机底板、渣池泵蜗壳、锁斗循环泵出口管线。

(1) 锁斗排渣线及渣池防冲板的磨损原因主要在于锁斗排渣时固液混合物对其高速撞击。锁斗排渣线磨穿后，黑水外溅；渣池防冲板磨穿后，渣水冲击捞渣机导轮，造成导轮卡涩，进而捞渣机难以运行。目前主要以预防、检修为主，每个检修周期都需进行补强。

(2) 捞渣机底板与刮板互相配合，将渣从水中捞出，并简单沥干。捞渣机底板在刮板及渣的摩擦作用下，逐渐变得不再平整，捞渣机的工作效率逐渐下降。中石化齐鲁分公司第二化肥厂捞渣机运行4年后，已逐步在捞渣机底板重新铺设了1层不锈钢板。

(3) 由于输送介质中含固量较高，渣池泵蜗壳经常磨穿；另外，由于锁斗间歇性排水，该泵还存在间歇性憋压、抽空的问题。原设计是锁斗排渣5 min后再打开渣池溢流阀，为减少渣池泵输送黑水的含固量，可将渣池溢流阀打开的时间延后至锁斗排渣20 min后，尽可能多地由捞渣机将渣捞出；另外，给渣池泵的电机配加变频器，变频器的频率控制与渣池液位关联，可解决泵间歇性工作的问题。

(4) 锁斗循环泵流量超出设计值2.5倍，泵出口管线大小头、弯头、三通等部位频繁出现泄漏。原因为锁斗循环量增大，锁斗内渣粒的沉降速度减慢(锁斗内系统近似为澄清池)，进入锁斗循环水管线的固体颗粒粒度增大，同时管线内流体流速加快，冲刷腐蚀加剧；锁斗收渣阶段后期，锁斗循环水中含固量急剧增加，固体颗粒增多，管线冲刷腐蚀加剧。

减轻管线腐蚀的措施：①控制锁斗收渣时间，避免收渣时间过长，导致锁斗循环水含固量剧增。综合考虑锁斗阀开关次数影响锁斗阀使用寿命的因素，将锁斗收渣时间定为40 min。在气化炉负荷升高或煤质原因导致渣量增多时，可适当缩短收渣时间。②降低锁斗循环水流量，具体可采用切削循环水泵叶轮、加限流孔板或变频电机调节等方法，从而降低锁斗循环水流速，减小锁斗循环水内固体颗粒的粒度。

2.5锁斗系统其他问题

除上述问题外，锁斗系统还有冲洗水管线振动大、逻辑设计存在缺陷等问题。

(1) 锁斗冲洗水管线振动过大，导致锁斗冲洗水阀前的膨胀节开裂泄漏，长杆阻尼器失效。主要原因是由于锁斗排渣时，锁斗出口阀及锁斗冲洗水阀开关过快，造成锁斗冲洗水流量变化过快，引起管线振动。通过在锁斗阀仪表风气源管线上设置限流孔板，调整阀门动作时间在7 s以上，该问题得以解决。

(2) 锁斗系统逻辑设计存在缺陷。原设计锁斗泄压阀允许使用的条件为2只锁斗入口阀关闭。锁斗在手动模式下操作时，未将锁斗循环泵入口阀关闭，仅关闭2只锁斗入口阀也能打开锁斗泄压阀，此操作将会导致气化炉内高压黑水通过锁斗循环泵大量倒流至锁斗泄压管线，进而气化炉液位急剧下降，锁斗循环泵被迫倒转，极易造成气化炉液位低联锁停车及锁斗循环泵损坏。因此，将锁斗循环泵入口阀关闭也作为允许打开锁斗泄压阀的条件之一。

3结语

中石化齐鲁分公司第二化肥厂煤气化装置运行6年来，各项工艺经济指标逐步趋好，系统长周期运行记录不断刷新(现为538 d)。通过对锁斗系统暴露出来的问题一一解决，对锁斗系统的认识不断加深，确保了锁斗系统的平稳运行，避免了气化系统因锁斗系统故障而被迫停车。

(收到修改稿日期2015-02-03)