航天炉粉煤加压气化装置原始开车总结

张洪刚

(安徽昊源化工集团有限公司， 安徽阜阳 236000)

近几年来，我国煤化工行业发展速度越来越快，传统的固定床工艺已经不能适应行业的发展要求，高产能、低能耗、自动化程度高的新型煤化工工艺已经成为煤化工行业的主流[1]。安徽昊源化工集团有限公司年产50万t二甲醚项目，采用了拥有国内自主知识产权的航天炉粉煤加压气化装置[2]，配套2台气化炉，该项目于2018年5月全面建成，并一次性投产成功，随后顺利完成装置性能考核；目前，该装置运行稳定，各项指标均达到同行业先进水平。

1 流程介绍

航天炉粉煤加压气化工艺是一种以干煤粉为原料，采用激冷流程生产粗合成气的工艺。航天炉粉煤加压气化工艺采用了盘管式水冷壁气化炉，顶置式烧嘴，粉煤干法进料及湿法除渣，在较高温度(1 450 ℃)及压力(4.0 MPa)下，以纯氧及少量水蒸气为气化剂在气化炉中对粉煤进行气化。航天炉粉煤加压气化工艺流程共分为4个单元，即磨煤及干燥单元、煤加压及进煤单元、气化及合成气洗涤单元、渣及灰水处理单元。

1.1 磨煤及干燥单元

磨煤及干燥单元采用辊式磨煤机磨煤，惰性气体发生器干燥的工艺方案。该单元每条线的处理能力为100%的设计能力，采用2开1备的操作方式。原料煤被送入磨煤机研磨，并用来自惰性气体发生器的干燥热风进行干燥，经干燥后的粉煤进气化炉前的含水质量分数降至2%以下。

1.2 煤加压及进煤单元

煤加压及进煤单元采用锁斗方案对粉煤进行输送，实现了粉煤从低压到高压的连续输送。粉煤用高压二氧化碳进行加压和密相输送。粉煤在二氧化碳压力下，经粉煤进料的锁斗系统被输送到气化炉烧嘴。气化炉烧嘴共有3个粉煤通道，各粉煤通道的进煤量可以通过其管线上的流量测量及控制系统实现单独调节。

1.3 气化及合成气洗涤单元

气化及合成气洗涤单元采用气流床粉煤加压气化和激冷流程生产粗合成气，气化炉采用水冷壁结构，顶烧式单烧嘴，液态排渣。气化炉是一个在压力容器壳体内装有水冷壁的膜式壁反应器。粉煤在气化炉内与氧气在高温高压下发生部分氧化反应生成合成气(主要为CO+H2)和液态渣。气化炉内的反应温度为1 450 ℃，压力为4.0 MPa。炉内盘管水冷壁通过盘管内的锅炉水的强制循环，不但可以将粉煤部分氧化反应产生的部分热量回收，转化为中压蒸汽，而且可以有效降低承压壳体的温度。

气化炉水冷壁产出的中压饱和蒸汽减压后送入厂内蒸汽管网。渣经激冷环及下降管被水激冷后，沿下降管导入激冷室水浴，熔渣迅速固化，合成气被水饱和。出气化炉的合成气再经文丘里洗涤器用水进一步润湿进入旋风分离器，大部分的灰被分离，带有少量细灰的粗煤气进入合成气洗涤塔洗涤，除去残余的飞灰，然后送入变换单元。激冷后固化的渣为琉璃状的颗粒，绝大部分迅速沉淀，并通过渣锁斗系统定期排至捞渣机中。

1.4 渣及灰水处理单元

渣及灰水处理单元的主要作用是对气化炉、旋风分离器、合成气洗涤塔及渣池排出的灰水及渣锁斗排出的固渣进行初步处理，实现热量的回收和水的循环使用。锁斗送出的渣水经链式捞渣机脱水后，渣送出气化装置界区，分离出的灰水用渣池泵送至真空闪蒸罐。渣水单元采用三级闪蒸及汽提的工艺回收灰水的热量，同时清除灰水中的不凝气，采用沉降及板框压滤机过滤工艺回收灰水中的固体。经初步处理后的水大部分循环使用，一小部分送至厂内污水处理工段进行进一步的处理，起到平衡灰水中盐分的作用。

2 装置优化

(1) 在两套真空闪蒸冷凝器进口闪蒸汽管线之间增加串联管线，当一套真空闪蒸冷凝器结垢严重需要检修时，可以把真空闪蒸罐来的闪蒸汽切换到另一套真空闪蒸冷凝器，通过安装盲板，对结垢的真空闪蒸冷凝器进行隔离，实现对真空闪蒸冷凝器的在线检修。真空闪蒸冷凝器结垢，将会影响真空闪蒸罐的操作压力，直接影响沉降槽的水温，从而导致黑水的絮凝沉降槽效果变差，水质恶化，增加水系统结垢的风险。

(2) 低压灰水泵到低压闪蒸汽提塔的管线与其他管线分开，以减小低压灰水管线阻力。进入低压闪蒸汽提塔的补水管线主要有低压灰水管线、蒸汽冷凝液管线、脱盐水管线，这些管线最初设计时最终并到一根总管上，然后再进入到低压闪蒸汽提塔，这样一来会造成相互之间形成背压，特别是装置运行一段时间后，管线存在结垢情况，将会进一步增加低压灰水管线阻力，严重时影响装置运行。

(3) 气化炉合成气出口折流挡板开口方向改为向下，可以防止积灰。合成气离开气化炉时不可避免地携带一些固体颗粒物，这些固体颗粒物在经过分离挡板时，会有部分沉积在挡板上面，长时间运行后，很容易造成挡板处大量积灰，导致气化炉阻力大，严重时，气化炉因压力高被迫停车检修。将分离挡板开口方向改为向下后，解决了合成气夹带的固体颗粒在分离挡板处的聚集，从而避免了合成气出口堵塞的问题。

3 仪表控制

气化装置开车，仪表的准确性非常关键，高准确性的仪表系统，对装置顺利开车会带来很大的便利。设备、管线安装结束后，仪表人员开始进行控制系统的组态工作，同时各个设备厂家来人进行调试，这是一个非常关键的时期，从系统开车经验来看，往往一个看视不起眼的测点就可能使整个系统不能正常开车。因此，在此阶段，要特别安排专人配合仪表人员对所有仪表测点进行排查，这项工作一直持续到开车，确保每一个阀门动作正常，每一个测点显示准确。与此同时，专门安排经验丰富的操作人员对逻辑程序、控制回路、操作画面进行全面排查，发现问题立即通知仪表人员处理，如果不能及时处理，应及时做好记录，避免遗忘，从而影响开车进度。

气化装置开车前对仪表阀门进行了多次排查，发现个别阀门接线盒存在进水问题，主要原因是仪表桥架没有完全覆盖，甚至出现个别参与跳车的阀门气源管线松动的情况，这些阀门任何一个故障都会导致系统停车，因此，必须做好仪表接线盒防水及气源管线紧固工作。

航天炉粉煤加压气化装置联锁点较多，且比较复杂，稍有不慎，就可能会因为人为原因导致气化炉停车[2-3]。根据以往的事故案例，在现场凡是会直接或间接造成系统停车的测点、阀门全部挂上警示牌，防止因人为原因造成测点故障。开车后现场仍有外来施工人员作业，包括新进厂员工对现场不熟悉，就有可能触碰表联锁点。当现场挂上警示牌后，作业人员会主动远离这些位置，有效减少了意外事故发生的概率。

4 质量控制

4.1 吹除质量

吹除质量直接影响开车质量，在试车阶段，发现个别调节阀无法正常动作，甚至险些造成系统停车事故，检查时，发现阀芯内部有焊渣等异物；磨煤系统开车期间也出现过液压站电磁阀卡异物的情况，导致液压系统出现故障，磨煤机被迫停车。因此，要严格把控管线吹除的质量，否则不仅会造成设备损坏，甚至影响整个生产系统的正常运行。

4.2 安装质量

项目开车是检验安装质量的最有效手段，项目试车阶段，暴露出的一系列问题，必须得到处理，否则将严重影响系统开车及正常运行。开车前检查并处理了以下问题:部分螺栓未紧固，个别高压系统法兰缺少螺栓；设备人孔临时垫片没有更换，如洗涤塔、旋风分离器等；高温高压设备管线采用石棉板垫片，石棉板垫片受热后容易泄漏，特别是使用石棉板垫片后螺栓未紧固到位，一旦泄漏将很难处理，这些都不利于装置长周期运行。

系统开车后，伴热蒸汽管线出现多处泄漏，虽然不会影响到装置的正常运行，但是如果不能认真对待，开车后处理起来十分棘手。这些管线盘根错节，往往很难查找，为今后的工作增加了难度，使有限的人力物力不能集中在关键的维保工作上，继而造成工作的被动。因此，在条件允许的情况下，这些问题也应当引起足够的重视。

4.3 设备质量

项目开车后，出现多台设备故障的事故。如循环风机电机轴承故障、烧嘴冷却水泵出口止回阀不能正常回座、锅炉水循环泵电机振动大等，这些问题与设备本身质量有很大关系。设备因质量问题发生故障后，对生产系统造成了一定影响，同时维修设备也浪费了大量的人力物力。因此，设备采购应尽量选择优质供应商，特别是关键设备，条件允许的情况下，选用质量有保证的设备厂家。

5 人员培训

项目开车，所有工作的质量控制主要由操作人员、维修人员、管理人员负责，人员的业务水平对项目的顺利开车起到关键作用，业务水平薄弱，直接影响项目开车进度。所以，要求全体人员在熟悉管道及仪表(PID)流程图的基础上，熟练掌握开停车规程、事故应急预案等，同时不断深入现场进行学习，尽快熟悉现场，做到每一个设备、每一个阀门都能清楚地知道所处的位置，为开车做好准备。

在系统调试及试车期间，因工作繁忙，也导致人员的疲惫，造成学习积极性不足；管理人员也因时间不足，缺少对工段成员的培训，特别是新员工的培训，主要交给师傅进行培训，培训效果不佳。在设备调试期间，对于出现的问题，如果相关人员没有吸取教训，可能在后续运行中再次出现类似问题。开车后，培训工作必须作为重点工作来开展。

6 试车安全

安全工作在试车期间是头等大事，试车在一定意义上讲比正式生产的危险因素还要多，试车人员因长时间脱离生产，大部分人的意识可能还停留在安装阶段。如机泵调试期间，如果设备发生故障，可能会出现电机电源在没有断掉的情况下，就通知维修人员进行维修，此时发生事故的概率就比较大。由于只是试车，操作人员对设备的维护意识可能还不够到位，当设备出现异常情况时未必能及时作出相应的应急处理，如试车期间机泵断密封水，未必能意识到密封水断流对机封的损害。新项目建成后，安全防护设施可能还不够齐全，甚至存在缺陷，发生人员伤害的概率就会提升。因此，应当高度重视安全工作，一方面严格按照规章制度进行作业，另一方面加强安全管理，提高安全意识。

7 结语

航天炉粉煤加压气化装置的投料试车，涉及到的专业较多，任何一方面控制不当，都可能导致装置试车的失败，处理不当甚至可能会出现安全事故，在当今安全高于一切的背景下，航天炉粉煤加压气化装置的安全运行更是不容出现任何闪失。所以，不断对装置进行优化，提高装置运行周期[4]，减少装置停车次数，避免或减少事故的发生，成为化工行业不断的追求。