气化炉激冷室液位显示不准原因分析及解决措施

于泷乔

气化炉激冷室液位显示不准原因分析及解决措施

于泷乔

（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油分公司，宁夏 银川 750021）

针对气化炉激冷室液位显示不准情况，简要介绍了由其引起的生产工艺故障，通过采用鱼骨图分析法对液位计显示不准原因进行了分析排查，确定了引起液位计显示不准的四个主要影响因素，提出了对应措施并进行整改。

激冷室；液位显示；原因分析；解决措施

煤气化是现代煤化工技术的重要角色，无论是以生产油品为主的煤液化，还是以生产化工产品为主的煤化工，煤气化技术都是整个生产工艺的关键，气化炉作为气化装置的重要设备更是重中之重[1]。合成气在气化炉中生成后在激冷室内完成降温、除灰、增湿工序，其中要求激冷水要保持一定水位，才能满足激冷需要。因此，气化炉激冷室液位测量仪表运行的可靠性直接影响到气化炉的安全运行[2]。

宁夏煤业煤制油分公司气化装置自投料试车以来，气化炉激冷室液位计多次频繁的出现问题，给装置生产带来严重影响。液位计不准，会引起气化炉带渣带灰严重，导致激冷水泵入口管线易堵塞，使现场操作人员清理过滤滤网次数可达12次/月，检修工作量大；因液位计不准造成气化炉带水造成粗煤气量波动大，导致气化炉平均运行负荷降低，仅为正常运行工况的86.12%；因液位计不准，会引起激冷室内真实液位判断出现偏差，容易导致气化炉跳车停止运行。

GSP气化炉采用干煤粉加压气化技术，在运行时的设计温度1 400～1 600 ℃，压力4.5 MPa，气化炉主要反应流程煤粉、氧气和蒸汽通过炉顶部烧嘴进入气化炉反应室进行反应，由于煤粉完全氧化所需的氧量远大于气化反应所需的氧量，因此在气化炉内主要发生以碳、碳的挥发分为主的部分氧化反应:

C + O2—→CO

CNHM+ O2—→CO + H2O

C + H2O—→CO + H2

因此，通过气化反应在气化炉内部产生了主要以氢气和一氧化碳为主的粗煤气[3-5]。

气化反应除了产出以一氧化碳和氢气为主要成分的粗煤气以外，还会产生煤炭气燃烧气化燃烧之后剩余的熔融态粗渣及少量参与反应的蒸汽、煤粉等，这些气固混合物经过激冷环通过下降管进入激冷室，在激冷室内经过冷却和除尘鼓泡上升，气固混合物得到降温，激冷室内水被气化产生主要以一氧化碳、氢气、水蒸气、液态水及少量的细灰渣组成的混合物，这气液固三相混合物通过气化炉出口输送至下一工段进行处理。渣的渣沉积在激冷室底部，固化成大颗粒状，进入排渣工序。激冷室内液位通过一定的排放维持水质，同时激冷室内部通过补水维持一定的液位，因此控制激冷室液位在一个合理的区间内尤为重要，而激冷室液位计是气化炉运行中观察判断激冷室实际液位高度的一个重要的技术参数，它能直接影响气化炉的正体运行情况[6-7]。

激冷室液位计显示出现的问题经常出现以下几种情况：

1） 液位计显示偏低，这种情况经常以在补水量、出水量、负荷和闪蒸角阀开度不变的情况下，激冷室液位计读数随着气化炉运行时间推移缓慢降低，当我们操作提高激冷室液位时，就会造成激冷室实际液位增高，容易造成粗煤气出口带水、洗涤塔塔盘压差上涨等情况，严重会造成被动降负荷、停车等情况[8]。

2）液位计显示偏高，这种情况以在补水量、出水量、负荷和闪蒸角阀开度不变的情况下，激冷室液位计读数随着气化炉运行时间推移缓慢增高，当我们操作调整激冷室液位时，就会造成激冷室实际液位降低，容易造成粗煤气带灰、文丘里压差上涨等情况，严重的还会造成粗煤气出口超温跳车等情况[9]。

3）液位计显示偏差大，这种情况实在运行过程中很容易出现的，具体表现为在运行中，激冷室液位计在气化炉运行中突然或者逐步出现大幅度的偏差，从而对生产运行与操作调整产生影响，容易造成操作失误造成粗煤气带水、带灰、带渣等情况，严重的还会造成粗煤气超温跳车等情况。

4）液位计显示满量程或者显示为零，这种情况的发生会严重干扰正常操作，激冷室内实际液位无法真实判断，很容易造成误判断情况的出现[10]。

1 装置生产现状情况

为更好分析排查出气化炉激冷室液位计显示不准原因，从装置实际工艺运行状况入手，对受激冷室液位偏差造成的主要影响情况入手，如激冷水泵清滤网次数、运行负荷、液位计显示情况、气化炉跳车等方面进行了现状调查统计。

1.1 激冷水泵清滤网情况

以气化装置中的某一运行气化炉为例，暂记为A#炉，2019年11-12月A#炉激冷室液位计出现显示不准现象，这期间导致激冷水泵清滤网次数由之前5次/月，增加至12次/月，且滤网内部及入口管线积渣严重，同时在检修中发现，因气化炉带渣所引起的塔盘堵塞严重、合成气管线磨损等问题也尤为突出。

1.2 气化炉运行负荷情况

通过对A#炉2019年粗煤气波动曲线调查，在液位计显示不准期间，发现粗煤气量波动幅度大，气化炉负荷频繁升降，其中7-12月平均运行负荷偏低，其平均负荷率仅为正常运行工况的86.12%，远远未达到满负荷运行；与同期气化炉液位计显示较好的运行气化炉相比，长期运行的平均负荷偏低，造成的气化炉产气量、有效气含量等指标严重偏离设计指标，无法做到满负荷生产。

1.3 气化炉跳车情况

通过对2019年气化炉激冷室因液位计不准，而导致气化炉跳车次数进行调查统计，发现2019年因液位计不准导致跳车共21次，其中包括，因液位计不准引起粗煤气出口温度高跳车20次，因液位计不准引起气化炉压力高跳车1次，对安全运行造成了很大的影响。

通过以上三点综合来看，在与同期气化炉液位计显示较好的运行正常气化炉的参数对比发现，激冷室液位计运行良好的气化炉在运行负荷、激冷水泵清理滤网次数、运行周期上均比激冷室液位计显示不准的气化炉运行稳定，激冷水泵清理滤网次数明显减少，负荷上能够保持在95%左右，运作周期能够有很明显的增长。

2 气化炉激冷室液位计不准原因分析排查

针对激冷室液位计不准对气化炉运行的影响，通过鱼骨图分析法，从人、机、料、环、法五方面对能够对激冷室液位计显示造成影响的方面进行总结分析，得出以下几种影响因素，负压侧冲洗水压力低、冲洗水水质差、正压侧结构不合理、煤质灰分波动、激冷水流量波动、吹扫气压力不稳定等6项影响因素，进行分析确认引起气化炉激冷室液位计不准的主要影响因素。

图1 导致激冷室液位计不准的影响因素分析鱼骨图

2.1 激冷室液位计负压侧冲洗水压力对激冷室液位计的影响

液位计负压侧冲洗水压力为5.2 MPa，气化炉内部温度为1 400 ℃，压力为4.5 MPa；运行初期液位计冲洗水能够正常的进入到液位计负压侧进行冲洗。通过对运行80 d内的负压侧冲洗水压力与激冷室液位计准确率进行跟踪调查，发现随着气化炉运行天数增加，液位计负压侧冲洗水压力比原来降低0.6 MPa，冲洗水的压力与气化炉压力压差减小，压力无法满足之前设计要求，推动力不足冲洗水无法有效冲洗液位计，液位计准确率降低至30%。同时通过检修拆检激冷室液位计负压侧冲洗水管线，也发现仪表管线内部结垢堵塞严重，由此确认激冷室液位计负压侧冲洗水压力可造成激冷室液位计偏差。

2.2 激冷室液位计冲洗水水质对激冷室液位计的影响

对运行期间的液位计正压侧冲洗水水质差进行每天分析统计，发现随着冲洗水水质变化很大，对水质中总硬度、电导率、pH值、总碱度的统计分析得知，冲洗水的LSI大于0.5，水体总体呈结垢水质，同时对检修的气化炉检查发现，液位计冲洗水管线积渣结垢严重，导致液位计准确率随之变化，由此确认冲洗水水质差易引起管线结垢堵塞，导致液位计不准。

2.3 激冷室液位计正压侧内部结构对激冷室液位计的影响

气化炉激冷室内部粗煤气呈鼓泡水浴而出，气化炉激冷室内部粗煤气夹带在水和细灰渣向上移动中，容易造成灰渣和水进入到正压侧根部，时间一长容易液位计正压侧根部造成堵塞；同时对现场检修气化炉液位计进行拆卸观察，发现液位计根部容易发生灰渣堆积堵塞，进而造成液位计偏差。

2.4 煤质灰分的变化

结合煤质灰分分析数据和中控液位显示数据，发现煤质灰分波动时，液位计不一定波动，且液位计波动不规则。可判定煤质灰分波动对激冷室液位显示影响较小，煤质灰分的变化，对激冷室液位计的影响基本可以忽略不计。

2.5 激冷水流量波动对激冷室液位计的影响

在闪蒸角阀开度不变的情况下，激冷水流量增大或者减小能影响激冷室实际液位的高低，操作人员只需根据激冷水流量适当调整闪蒸角阀开度来控制激冷室液位，结果发现随着激冷水流量波动，激冷室液位计波动幅度不大。因此激冷水流量波动基本上不对激冷室液位造成影响。

2.6 吹扫气压力不稳定对激冷室液位计的影响

中控人员对吹扫气压力数据与液位计显示数据进行对比分析，发现吹扫气压力出现波动、不稳定时，激冷室液位计也随着发生波动。

由此，根据以上原因分析，可得出对液位计显示不准的四个影响因素，即为液位计负压侧冲洗水压力低、液位计正压侧冲洗水水质差、液位计正压侧结构不合理和吹扫气压力不稳定。

3 解决措施

通过分析得出以上几点因素，针对以上因素制定对策。

3.1 对策实施一

对负压侧冲洗水压力低问题和水质差问题，目前装置现场无法再提高冲洗水水压，因此引一路脱盐水至冲洗水至激冷室液位计，冲洗正压侧、负压侧，保证能够起到有效冲洗。将脱盐水冲洗水压力保持稳定，既能保证高压力冲洗负压侧，同时脱盐水水质好，杂质少，能保证正压侧冲洗水管线畅通。

3.2 对策实施二

对液位计正压侧结构不合理和吹扫气压力不稳定问题，通过技术改造，引一路高压CO2气体吹扫气至激冷室液位计，代替高压氮气，防止系统氮含量增加引起吹扫气阀度减小，同时CO2吹扫气不影响系统氮含量，吹扫气手阀可以全开，能够保证吹扫气持续有效的吹扫。

4 结论

1）通过对气化炉激冷室液位不准原因分析及措施改进后，激冷室液位计显示准确，未出现解除联锁、被迫停车的情况。这不仅延长了气化炉运行周期，还大大减少检修工作量、员工劳动强度和安全管控风险。

2）通过对气化炉激冷室液位不准原因分析及措施改进后，预计一年可节省233.66万元。其中参照1台气化炉平均每年3次开停车，将会消耗物料资金约16.5万元，经济损失155.4万元，人工费用27万元，清理废渣费用3.88万元。

［1］王倩, 张小庆, 杨永忠, 等. 中国煤气化技术进展及应用概况[J]. 山东化工, 2019, 048 (003): 58-59.

［2］刘全荣, 王广凤, 朱信华. 气化炉激冷室液位计常见故障及处理[J]. 石油化工自动化, 2011 (03): 77-78.

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［4］王昊. RTO与TO组合工艺处理煤化工VOCs废气的应用研究[J].辽宁化工, 2021,50 (5):718-719.

［5］张东歌.浅析神华宁夏煤业集团公司四大气化技术应用[J].化工管理, 2017, 26 (4):186-189．

［6］尉晓妮, 王琨, 王东. 德士古水煤浆工艺灰水循环利用技改新尝试[J]. 辽宁化工, 2020, 49 (7): 844-845.

［7］李国伟. 激冷室液位显示不正常的原因分析[J]. 氮肥技术, 2015, 36 (06): 55-57.

［8］范伟, 张奎同, 周明. 德士古气化炉冷激室液位偏低原因分析及技改措施[J]. 化肥设计, 2013 (05): 41-42.

［9］陈书申. 冲洗气化炉液位计造成液位低低跳车原因分析[J]. 氮肥与合成气, 2020, 48 (3): 27-29.

［10］张路, 王俊杰. 水煤浆气化炉常见问题及对策[J]. 氮肥与合成气, 2021, 49 (7): 28-30.

Cause Analysis and Solution of Inaccurate Liquid Level Display in Quench Chamber of Gasifier

（Coal to Oil Branch of National Energy Group Ningxia Coal Industry Co., Ltd., Yinchuan Ningxia 750411, China）

In view of the inaccurate liquid level display in the quench chamber of the gasifier, the production process faults caused by it was briefly introduced, the causes of the inaccurate display of the liquid level gauge were analyzed and investigated by using the fishbone diagram analysis method, the four main influencing factors causing the inaccurate display of the liquid level gauge were determined, and the corresponding measures and rectification were put forward.

Quench chambere; Liquid level displayr; Cause analysis; Solutions

2021-08-24

于泷乔（1991-），男，宁夏银川人，研究方向：气化炉运行工艺。

TQ03-3

A

1004-0935（2022）03-0373-04