水煤浆气化烧嘴冷却水CO分析问题研究与优化改进

朱迎红，朱海祥

（河南心连心化肥有限公司，河南 新乡 453731）

0 引言

烧嘴冷却水CO分析是用于对烧嘴冷却水盘管是否正常的监测。多喷嘴水煤浆气化装置具备4条进料单元，单台炉共4个进料烧嘴，成对性控制。相比单喷嘴气化装置，其烧嘴冷却水监测系统更为重要，其稳定、准确运行对气化装置的安全性、经济性更具有研究意义。

气化炉进料烧嘴在正常运行时，烧嘴冷却水能为烧嘴提供足够的冷却从而使其得到保护。若烧嘴冷却水盘管出现泄漏，烧嘴冷却水系统流量、温度变化，将会触发气化装置停车联锁。相比单喷嘴气化炉，多喷嘴水煤浆气化炉可只停该对烧嘴进料系统，避免整个气化装置停车。因此，做好烧嘴冷却水监测系统的实际运行问题研究、分析、改进，可以及时将单支烧嘴冷却水盘管泄漏问题发现、维修，能有效降低整个多喷嘴气化装置的停车机率，为企业降低成本。

1 问题研究

本公司新乡、新疆基地气化装置均采用多喷嘴对置式水煤浆气化技术，每个烧嘴单独配一套在线分析仪表。当烧嘴冷却水盘管损坏时，通过对烧嘴冷却水系统的CO分析就可以判断是否需要采取紧急停车措施。因烧嘴冷却水系统压力远低于气化炉操作压力，若烧嘴冷却水盘管出现轻微损坏时，仅有少量的合成气会泄漏至烧嘴冷却水中，烧嘴冷却水系统不能及时反映出烧嘴盘管是否已经出现损坏。为了能及时监测盘管内的冷却水是否有泄漏的气体，缩短泄漏到检测的时间，采用将烧嘴冷却水回水分离器中通入少量的N2，并采用N2放空的方式，以加快气体的流速，通过在烧嘴冷却水回水分离器N2放空管线上设置的CO分析管路，可以及时监测烧嘴盘管是否发生泄漏。因样气的压力较低，且对该分析数据的实时性要求较高，分析该数据的分析仪表多采用红外分析仪。

表1 烧嘴冷却水分析仪问题分析表Table 1 Question analysis table for burner cooling water analyzer

自2016年夏季开始，公司新乡、新疆两地气化岗位烧嘴冷却水CO分析仪陆续出现指示漂移现象，分析仪波动、死值等故障，极大干扰了气化装置的稳定运行，给仪表维护人员造成了巨大压力。针对以上问题，开展了专项攻关工作，首先将问题进行了初步分析，见表1。

2 问题分析

结合问题研究，从现场分析仪实际布置入手，主要从以下方面进行问题分析，找出烧嘴冷却水CO分析仪出现漂移的症结所在。

1）首先对分析仪本身进行检查，确认电子元件部分没有问题；后对分析仪气室进行检查时，发现存在较明显污染情况，严重部位已经出现有水滴存在。

2）对预处理取样管路进行打压试漏，发现预处理取样管路在接头部位存在些许泄漏的情况，但泄漏量较小，更换接头；将存在折弯处管路进行修复；依次将各预处理管路进行紧固；后重新打压试漏，满足使用零泄漏需求。

3）重点检查预处理流路，发现气路中积液罐水量大，水有排不净现象。

综上，经研究分析，认为烧嘴冷却水CO分析仪出现漂移、波动、死值等故障的主要原因在预处理部分。

3 优化改造

1）流程工业中，分析仪预处理系统主要工作是对分析样气进行减压、降温、除尘、脱水干燥、稳流、稳压，防止氨结晶等。

烧嘴冷却水CO分析系统预处理流程为：烧嘴冷却水冷却器中，样品气在负压抽提泵的抽引力驱动下，通过SP01取样器和30m Tupe 304ss管到达预处理装置，经膜式过滤器和纤维过滤器后，在积液罐完成水份分离，得到的洁净气体进红外线分析仪的气室进行气体分析。

按预处理设计流程，原方案是将积液罐下方的HV旋塞阀定期进行人工排放，以达到将预处理系统中积水排出的目的。经现场逐一排查发现，仪表维护人员根据实际运行情况，在做了一定数据对比后将积液罐下方的HV旋塞阀定期人工排放改成旋塞阀开度一定连续排放。但在随着气化装置工艺操作调整情况下，所固定的旋塞阀开度与实际排水需求不匹配，造成预处理系统积水排不干净，气体带的气态水就进入红外分析仪气室，造成气室污染而影响测量，导致烧嘴冷却水CO分析仪出现漂移、波动、死值等现象。

2）通过实际的分析、试验，得出解决分析仪漂移必须将分析仪预处理系统往后带水问题妥善改进。

由于煤化工是连续不间断生产运行，解决预处理系统带水问题就需要实现自动控制，不能依靠仪表维护人员的个人经验。通过查找资料并结合现场分析仪实际配置，最终决定设计增设旋风制冷器这套制冷装置，并配备自动疏水阀，在降低气体温度、加大水份分解能力的同时，实现自动排水。

图1 分析仪预处理示意图Fig.1 Preprocessing schematic diagram of analyzer

图2 旋风制冷器示意图Fig.2 Schematic diagram of cyclone cooler

3）改造后，烧嘴冷却水CO分析仪运行情况良好，没有再出现类似的问题。

通过运行分析，认为烧嘴冷却水预处理不应有大量水分。为确保分析仪可以长周期稳定运行，随后对预处理流程中的取样部位进行了重点研究。

取样器SP01安装在烧嘴冷却水气体分离器的放空管上，取样器插入端离分离器液面还有一定的距离，分离器中为微正压的环境，水分理论上不会大量带入分析仪预处理系统。

图3 烧嘴冷却水气体分离器示意图Fig.3 Schematic diagram of gas separator for cooling water of burner

经现场实际分析，发现烧嘴冷却水气体分离器外壳温度较高，但气化装置物流平衡中显示烧嘴冷却水进烧嘴前是43℃，出气体分离器内的水温为49℃。经分析分离器设备布置，发现离气化炉较近，受水煤浆气化炉表面200℃辐射热影响，烧嘴冷却水分离器实际温度达到80℃左右；且进烧嘴冷却水气体分离器的冷却水压力较高，造成水面波动较大，分离器中的水压和分析仪抽的负压压差大、分离器中的水温和预处理所在的分析小屋温度温差大，形成了虹吸效应；从而分离器温度越高、温差越大带的水量越大。结合仪表维护人员的分析仪预处理夏季带水量大、冬季带水量小的实际情况，可以得出烧嘴冷却水CO分析预处理系统大量水分产生的原因为温差变化。

处理措施：

① 烧嘴冷却水气体分离器外壳保温，降低受气化炉外壳热辐射的影响。

② 烧嘴冷却水流量计后加限流孔板，降低冷却水流速造成的冷却水气体分离器液位波动。

经以上工作改进后，彻底解决了气化烧嘴冷却水分析仪漂移问题。

4 烧嘴冷却水CO分析系统的改造意义和经验

多喷嘴对置式水煤浆气化技术具有压力高、气化炉结构简单、运行费用低等特点，但喷嘴容易磨损、寿命较短，对烧嘴冷却水气体分离器中的气体有效检测无疑是保护投资，保障企业财产、生命安全的重要手段。

烧嘴冷却水CO分析仪的使用，仪表应该布置在距离烧嘴冷却水气体分离器较近处（取样管尽可能短，阻力尽可能小），并充分考虑整个分析系统中温度、压力等影响，做好应对措施，才能保障分析仪表的可靠性强、长周期稳定运行。