液态排渣气化炉锁斗程序优化运行探讨

，，

(新疆天智辰业化工有限公司，新疆 石河子 832016)

新疆天智辰业化工有限公司合成乙二醇气化装置，采用液态排渣水煤浆水冷壁清华炉，在气化炉内压力6.5MPa(g)、温度1 350℃的条件下，水煤浆和氧气在气化炉内燃烧，生成半水煤气，经冷却、洗涤后送往煤气变换工段，再经净化后作为合成乙二醇的原料气。燃烧室内高温液态熔渣，经激冷室水浴冷却、破碎机破碎后，较大颗粒的粗渣进入锁斗系统，由锁斗程序循环控制，定期排入渣池，通过锁斗系统的间歇操作，实现气化装置的连续运行。锁斗程序是锁斗系统的灵魂，锁斗装置运行的好坏、程序设计得是否合理，对气化装置的稳定运行至关重要[1]。

气化装置自2015年8月运行以来，总体比较稳定，设计较为合理，但在一些细节方面，需要不断优化和完善。生产运行的第一年，因锁斗系统上的问题停车1次，抢修2次，因各种原因多次造成锁斗程序暂停，需员工手动操作，出现管道倾斜、管支撑脱焊、弹簧支撑与管道分离等各种问题，不仅给公司造成了一定经济损失，并且存在安全隐患。针对以上问题，公司进行技术攻关，用最简单、低成本的方法来解决。本文针对锁斗系统运行上存在的问题，采取工艺、程序上的优化措施，现做以下总结。

1 锁斗流程及原始开车程序

锁斗系统主要负责气化炉的定期排渣，通过泄压、冲洗、排渣、充压、集渣5个步骤完成锁斗装置由集渣到排渣的过程，通过DCS程控完成周期性循环。锁斗系统主要包括锁斗、锁斗循环泵、锁斗冲洗水槽、渣池、锁斗程控阀门、相关仪表等。锁斗工艺流程见图1。

图1 锁斗工艺流程

原始开车程序包括锁斗操作按钮设有初始化、复位、运行、暂停、停止，充水按钮初始化完毕后，按充水按钮，充水完成，程序回到初始化状态。当锁斗冲洗水槽液位大于85%时，按下锁斗运行按钮，开始锁斗运行程序。

1.1 锁斗泄压

锁斗冲洗水槽高液位，循环时间开始计时，锁斗入口阀(KV2008)关闭，阀门到位后，锁斗泄压阀(KV2015)打开，向锁斗冲洗水槽泄压，当锁斗压力<280kPa，泄压完成，开始冲洗。

1.2 锁斗冲洗

打开锁斗泄压管线冲洗水阀(KV2014)，清洗泄压管线，泄压管线冲洗水阀(KV2014)全开，冲洗时间到，且锁斗压力低于<280kPa，关闭泄压管线冲洗水阀(KV2014)和锁斗泄压阀(KV2015)，打开锁斗冲洗水阀(KV2013)，准备排渣。

1.3 锁斗排渣

打开锁斗出口阀(KV2010)，泄压管线冲洗水阀(KV2014)，排渣计时器开始计时，当冲洗水槽液位(L)降至指定位置或排渣计时器时间到，关闭锁斗出口阀(KV2010)，关闭泄压管线冲洗水阀(KV2014)，锁斗液位开关(LS2006)亮，关闭锁斗冲洗水阀(KV2013)，排渣结束。

锁斗出口阀(KV2010)关闭后渣沉淀计时器开始计时，5min后，打开渣池溢流阀(KV2031，KV2032)，延时10min，关闭渣池溢流阀。

1.4 锁斗充压

打开锁斗充压阀(KV2017)，冲压计时器开始计时，在规定的时间内，锁斗和气化炉之间压差(PDIA2020)小于180kPa，充压结束。

1.5 集渣

打开锁斗入口阀(KV2008)，关闭锁斗充压阀(KV2017)，打开锁斗循环泵入口阀(KV2011)，关闭锁斗循环泵循环阀(KV2012)，集渣计时器开始计时，集渣计时器时间到且锁斗冲洗水槽液位(L)高，结束集渣，打开锁斗循环泵循环阀(KV2012)，关闭锁斗循环泵入口阀(KV2011)，阀门到位后，一个循环周期完成，返回执行第一步锁斗泄压。

2 锁斗装置运行存在的问题及原因分析

2.1 管线震动

(1)气化锁斗系统管线振动是一个十分常见的问题，极易损坏管道，严重时会影响到建筑结构，其危害不容忽视[2]。装置运行一年后，发现弹簧支撑与锁斗管线分离，部分管路倾斜，尤其在锁斗充压、排渣时，管线震动幅度较大，泄压过程中管线也存在震动现象，但震动幅度相对较小。

在原设计中，部分管线上加有管支撑，锁斗泄压管线和锁斗冲洗水管线装有金属软管，金属软管为柔性连接，以达到减振的目的，但金属软管缓冲的振动量有限，只能减缓震动，不能消除[2，3]，通过增加弹簧支撑、管支撑、金属软管来解决管线震动，其效果不太明显。

通过查询中控曲线发现，在排渣过程中锁斗呈现负压状态，在系统稳定的情况下，考查了连续10次排渣时锁斗的最低压力(见表1)。

表1 排渣时锁斗最低压力

从表1中可以看出，锁斗在排渣过程中形成了负压，产生负压主要是因为进水管线和排渣管线的阻力降存在差异，锁斗在排渣过程中既有排水又有进水，进水管线从锁斗冲洗水罐出口至锁斗入口，排渣管线从锁斗出口至渣池，进水管线直径350mm，长29m，6个弯头，1个金属软管，1个DN350mm的球阀，1个单向阀；而排渣管线直径350mm，长6m，1个DN350mm的球阀垂直安装。由于弯头多，管线越长，阻力越大，当排渣阀打开时，出口管线与大气联通，在重力作用下，渣从锁斗内排除，排渣的流量大于进水的流量。因此，在锁斗顶部就形成了负压区。

(2)管线震动主要由以下几个原因造成：①排渣时锁斗顶部形成负压区，渣水流速大，排渣管线进入渣池与大气联通，管线内的渣水不能形成连续稳定的流体，尤其是在排渣阀门快速关闭的瞬间，流体的流速发生急剧的变化，瞬间变化的反作用力作用到锁斗冲洗水的管线，引起管线振动；②在正常生产过程中，集渣后锁斗上部温度为90℃，在6.5MPa时渣水内会溶解少量的CO、CO2、H2等气体，当锁斗在排渣时，呈现-40kPa压力(-40kPa时，水的沸点为85.9℃)，部分渣水气化，而此时锁斗内补入的水为冷却后的低压灰水，温度为30℃，温差较大，形成水锤；③锁斗充压采用高压灰水，准备充压时，冲压阀阀前压力为7.8MPa，阀后为常压，前后压差较大，在锁斗充压阀打开的瞬间，流速较快，产生震动。

2.2 锁斗液位开关失灵

(1)液位开关的灵敏度在锁斗程序运行的过程中至关重要。在规定的时间内，锁斗处于满液位，程序才能进入下一步，否则锁斗系统停滞，联系仪表打强制，液位开关满足条件后，手动启动程序，从而影响锁斗的正常集渣。部分厂家未能有效解决液位开关失灵的问题，因此，在程序中将液位开关取消，延长锁斗注水时间来代替液位开关[1，4]，但这种方法存在一定的风险。

(2)原因分析：①灰渣黏附在液位开关上，改变其固有的振动频率，导致液位指示不准；②锁斗顶部的气体，会对液位开关造成干扰，导致程序暂停；③排渣过程中一直有灰水流过，对其造成干扰。

2.3 锁斗充压过快，程序暂停

(1)锁斗在注满水后采用高压灰水，通过锁斗冲压阀对锁斗进行充压，在规定的时间内，锁斗和气化炉之间压差应低于180kPa，直至充压结束，否则锁斗系统停滞。而且锁斗在充压过程中，气化系统水平衡波动较大，高压灰水泵电流明显增加，泵出口管线压力迅速降低，压力波动约400kPa。虽然原设计中在泄压阀前增加了限流孔板，但系统波动依然很大。

(2)原因分析：①锁斗压力是由常压充至6.5MPa，高压灰水泵出口压力为7.8MPa，在刚开始充压时，锁斗与高压灰水泵之间压差为7.8MPa，压差较大，因此，在充压时高压灰水用量和高压灰水泵电流增加，泵出口管线压力迅速降低，气化系统水平衡波动较大；②由于泵出口压力较高，充压管线管径DN50，在冲压阀关闭的过程中，很容易造成锁斗和气化炉之间压差大于180kPa，从而导致锁斗程序暂停，需要手动重新启动程序，且不易控制。

2.4 渣池泵易堵，渣池溢流阀卡，程序暂停

捞渣机系统与锁斗系统相对独立，但又密不可分，捞渣机为成套设备，与锁斗系统分开，但是捞渣机成套设备中的渣池溢流阀由锁斗逻辑程序控制，由于分开设计，因此会出现一些问题。当捞渣机出现问题需要打手动时，根据现场实际情况，渣池溢流阀无法进入正常程序运行，锁斗程序将会暂停，只能手动控制，从而增加员工工作量。除此之外，渣仓中的渣容易进入清水仓中，导致渣池泵易堵，由于受集渣时间的约束，单纯地调节沉渣计时器时间，效果不明显。因此，需重新设计渣池溢流阀与锁斗之间的程序，避免因捞渣机系统故障而影响到锁斗系统的正常运行。

3 锁斗程序优化

针对生产中出现的问题，对锁斗程序进行了优化，解决上述问题。

(1)针对锁斗管线震动、液位开关失灵这两个问题，程序作以下修改：①原程序中锁斗泄压管线冲洗水阀(KV2014)和锁斗泄压阀(KV2015)是在锁斗管线冲洗时间到后关闭，改为排渣计时器开始计时，延时3s关闭锁斗泄压管线冲洗水阀(KV2014)，在排渣结束，锁斗出口阀(KV2010)、锁斗冲洗水阀(KV2013)关闭后，再关闭锁斗泄压阀(KV2015)；②锁斗泄压管线是从锁斗冲洗水槽上部至锁斗顶部，在排渣时打开锁斗泄压阀，让锁斗与大气联通，从而避免锁斗负压的形成，锁斗顶部会有气体聚集，当锁斗排渣结束并注满水后，再关闭锁斗泄压阀，即使锁斗顶部的气体排出，液位开关也不会因有气体聚集而失灵。延长锁斗出口阀(KV2010)由开到关的时间，由原先的3s增加到10s，减小瞬间变化的反作用力，以达到减小管线震动的目的。由于泄压过程中会使灰渣黏附在液位开关上，因此在锁斗排渣时，延时3s关闭锁斗泄压管线冲洗水阀，用低压灰水冲洗液位开关。

(2)针对锁斗充压过快、程序暂停和锁斗超压这两个问题，程序进行以下优化：锁斗充压阀属于快开快关型金属硬密封球阀，通过调节阀门开关速率，在压差较大时给较小的阀位，随着压差减小，阀门开度逐渐增加至全开，原设计中冲压阀由关到开为2s，与厂家联系，经过多次试验，将冲压阀由关到开的时间延至17s，由开到关时间3s不变；同时，注意程序中各阀门的报警设置，原设置报警为15s，超过15s，锁斗程序暂停，因此，将该阀报警和程序由15s改为20s。锁斗集渣时正常压力为6.7MPa，安全阀起跳压力7.15MPa，虽然延长充压时间，为安全起见，增加联锁，当锁斗压力大于6.9MPa时，关闭冲压阀，弹报警对话框，程序暂停。

(3)针对渣池溢流阀导致锁斗程序暂停和渣池泵易堵的问题，将渣池溢流阀(KV2031)管线做倒“U”形弯，分两步沉降，KV2031、KV2032做两个计时器，以排渣结束为信号，单独设定渣沉淀时间。

4 实施后的效果评价

(1)有效解决了锁斗管线震动、液位开关失灵这两个问题，在整个锁斗排渣程序运行的过程中，有效避免了负压的形成，原先-38kPa，程序修改后锁斗处于微正压1kPa，在锁斗程序修改后的一年内，运行过程中未发现管道倾斜、管支撑脱焊、弹簧支撑与管道分离、液位开关失灵等现象。锁斗程序修改前后锁斗最低压力的比较见图3、图4。

图3 程序修改前排渣时锁斗最低压力

图4 程序修改后排渣时锁斗最低压力

(2)延长了锁斗的充压时间，由原先的34s延长至114s，锁斗整个充压过程中不会造成系统中水循环太大的波动，高压灰水泵出口压力波动约50kPa，电流基本稳定，观察多次充压，没有造成锁斗充压冲过、程序暂停的情况，锁斗安全阀再未跳过。

(3)渣池泵易堵、渣池溢流阀卡的现象，通过分步沉降、单独设定时间和程序，有效解决了该问题，但在设定溢流时间时要注意先开KV2031，再开KV2032，溢流阀必须在下次集渣结束之前关闭。

5 结语

随着科技的发展，自动化程度逐渐提高，锁斗程序也在不断的优化，但依然存在管线震动、程序暂停、液位开关失灵、渣池泵易堵等各种问题，从程序入手，用最快、最简单的方法来解决问题，简化程序，减少阀门动作次数，通过一年的时间来检验各方案，其效果良好，同时在检修过程中检查各阀门的运行状况，其表面光洁，密封性良好，为液态排渣气化装置的长周期、稳定运行奠定了良好的基础。