气化锁斗管线振动机理及改良浅谈

徐上

【摘 要】我合成氨厂气化采用的是水煤浆气化工艺，这是国内主流的、较为先进的煤气化工艺，此工艺稳定性好、适应性强，我厂采用的多原料浆气化就是其分支技术之一，多年来，运行良好，但也有一些问题出现，有待改进。本文针对多元料浆气化装置锁斗排渣过程中管路振动这一普遍、多发问题，分析原因，并总结出切实可行的措施，从而有效控制锁斗管线的振动。

【关键词】锁斗；振动；激励；管路特性；措施

一、锁斗简介及振动原因

我合成氨厂使用的是西北院开发的多元料浆气化工艺，煤浆和氧气从工艺烧嘴喷出后进入压力6.0MPa、温度1350℃的气化炉燃烧室混合进行不完全燃烧，生成以CO、H2、CO2为主的粗合成气及熔融态灰渣进入气化炉下部激冷室冷却。在燃烧室的高温下，灰渣是以熔融态顺炉壁向下流淌，经下降管激冷，呈固态，再经破渣机粉碎，沉积在气化炉激冷室底部的粗渣及其它固体颗粒，通过循环水流的循环作用带入锁斗。大的渣块经破渣机进行破碎。从气化炉排出的大部分灰渣沉降在锁渣罐底部。从锁渣罐顶部抽出较清的水，经锁斗循环泵循环进入气化炉激冷室。上图为锁斗流程简图，由破渣机搅碎的灰渣，经XV08、XV09进入锁斗（V1303）；锁斗循环泵，由xv11抽取锁斗上部水，冲洗破渣机上部，辅助下渣；集渣30min后进入排渣程序，XV09关闭，XV15打开，将锁斗泄至常压，XV13打开，XV10打开，锁斗冲洗水罐（V1304）的水对锁斗进行冲洗，置换，排出灰渣；完成后，XV10、XV13、XV15关闭；XV17对锁斗冲压至气化炉压力，XV09打开，继续收渣程序。

由于锁斗排放过程是间歇操过程，其冲洗水管线也是间歇振动。锁斗排渣系统间歇操作时间为35min左右，锁斗配备的冲洗水系统也为35min工作一次，开与关之间间隔时间很短。造成锁斗冲洗水管线振动的原因主要是由于阀门迅速开关动作导致管道内部介质流速急剧变化，从而形成水锤造成管道振动，并且此管道由于并非单一水介质，内含少量固体杂质，为防止管路堵塞管路弯头较少管道直径较大，从而无法有效地吸收管道振动。而管路上管件众多，支吊架设置不当使其振动频率分布较广，阀门振动极易引起管道的共振。每天概40余次的程序动作，振动主要集中在冲洗水阀所在管路，即锁斗冲洗水罐出口至锁斗入口段。由于管路管件众多，阀门开关的振动极易与管道发生共振，从而产生更大的危害。

二、控制振动的主要措施

对于线性振动系统，其振动特性如下图所示：

管道振动特性由三类参数组成，其相辅相成，互相确定，而解决管道振动的方法也是从前面两个参数入手，从而改变管道振动响应。

1、管道振动激励的改变

管道振动的激励即源头就是阀门的间歇操作，短时间内突然改变了管道之中介质的流型、流速，引发振动。激励的改变包括两方面：其一，改变阀门的自身固有属性（如阀芯、流道等），虽然这应属于管路特性范围，但是其可以影响振动激励，所以划归此类；通过改变阀门自身固有属性来改变振动激励可以从根本上防止振动地产生，其费用巨大，更重要的是无法有效地预测效果，所以这种方法不宜采用。其二，改变阀门操作状态。改管变阀门操作状态就是通过修改阀门的开关时间，通过缓路开缓关的方式避免流突然急剧改变流动状态，从而可以有效地减少振动。这种方法只需要改变阀门中控系统的时间参数，简单无成本；但冲洗水阀门所在管路与整个锁斗管路是一个系统，阀门的操作时间变化必然引起整个系统操作时间的变化，本方法需要从整体出发，统一安排，兼顾系统的条件下来改变冲洗阀门开关的时间参数。

2、管路特性的改变

管路自身特性包括各个管件的响应频率、响应范围以及系统总成振动频率。改变管路特性就是通过改变管路的固有频率，打断管路系统与振动激励之间的耦合，从而减小振动。这种方法并不能消除振动，而仅仅是减弱振动。较可行的方法有以下几种：1、增加支吊架等约束结构；2、安装膨胀节软管；3、改变管路长度。增加管道支架可以调整管道机械固有频率，打断管道频率与激励频率之间的耦合，从而减弱振动；这种方法简便易行，成本较低，但是必须在安装管道之初对管道进行分析，并且在装置框架内提供支撑支吊架的承重梁等结构；可在支架与管道间加弹簧支架以进一步减轻与管道的受力还有一种方法就是在冲洗水管线止逆阀前加一限流孔板，通过改变管道中流体流速来改变管道振动频率从而达到减少振动的目的。相比较第1种方法，增加膨胀节更加简单。由于膨胀节是柔性连接，不会传递振动，所以可以改变管道的自有振动频率，从而达到减振的目的。但是膨胀节吸收的振动量有限必须事先计算好膨胀节的吸收量，并且膨胀节为软性连接，在强振动状态下易与管道脱开。必须注意的是，支架与膨胀节都应设置于弯头或者流型改变处，以求在振动产生之初就减弱振动，否则有可能产生更大的振幅。对于还有人提出的改变管道长度的方法，也就是改变管道出口设备与入口设备的相对距离，改变其间连接管道的长度，而达到减振的目的。这种方法需要在设计之初就要拉近两设备的相对距离，既保证冲洗水罐的高度足够低，同时还要保证冲洗水的自重压力足够大，这是一个两难选择，且这种办法仍然治标不治本。对比前两种方法，这种方法周期长、成本高、不易更改。

三、结论

气化装置正常运行中锁斗冲洗水管道的振动是一个十分常见的问题，在严重情况下这种振动易损坏管道甚至影响到框架结构，对其影响装置稳定运行的潜在危害其危害不容忽视。综上分析几种引起振动的原因以及解决方法，比较简单易行且效果显著的方法就是增加膨胀节并且外加支吊架，或者通过其与其他方式复合，各自够扬长避短，在避免振动的同时还能保护膨胀节不致损坏。

【参考文献】

[1]劉化章.合成氨工业节能减排的分析【J】.化工进展，2011，06：1147-1157.

[2]李建强.合成氨工艺流程的系统分析与节能措施【J】.科技与企业，2012，08：302.