减轻锁斗冲洗水管线振动的对策

方胜付

(武汉桓创技术服务有限公司, 武汉 430000)

1 锁斗系统工艺流程

对于激冷流程的煤气化工艺来说,不管是水煤浆气化还是干煤粉气化,都需要配套锁斗排渣系统。水煤浆(或干煤粉)与氧气通过喷嘴喷入气化炉,在高压和高温下进行非催化部分氧化反应,原料煤中的有机物变成一氧化碳和氢气为主要成分的水煤气,原料煤中灰分则在高温条件下变成熔融状态的灰渣,与水煤气一起通过渣口被激冷水激冷后变成固态灰渣,经下降管落入激冷室底部,经破渣机破碎后进入锁斗,由锁斗系统及时排出,以实现气化炉连续运行[1-2]。

锁斗系统是一个定期收渣和排渣的压力切换系统(见图1),锁斗系统的运行程序分为收渣、隔离、泄压、清洗、排渣、充压6个阶段,由锁斗程序自动控制,一个循环周期一般为30 min。

图1 锁斗系统

收渣阶段即锁斗与气化炉激冷室底部阀门打开,其他阀门关闭,气化炉内反应产生的灰渣进入锁斗,时间一般控制在28 min;隔离阶段即锁斗与气化炉之间阀门关闭;泄压阶段即打开锁斗到锁斗冲洗水罐阀门,将压力通过锁斗冲洗水罐泄至常压;冲洗阶段即打开泄压管线冲洗水阀,用低压灰水冲洗泄压管线,防止积渣堵塞;排渣阶段即打开锁斗冲洗水罐到锁斗阀门和锁斗到渣池的阀门,边冲边排,时间大约30 s,然后关闭上述阀门;充压阶段即打开高压灰水到锁斗的阀门,将锁斗压力充到与气化炉压差小于0.18 MPa后关闭;接着打开锁斗与气化炉连通阀收渣进入下一个循环。

2 锁斗冲洗水管线振动情况

锁斗冲洗水管线振动发生在锁斗系统排渣阶段,具体发生在排渣结束,锁斗去渣池阀门关闭5～6 s。

振动发生时,在框架外很远的地方都能听到管线振动声音,如果站在管线附近,因为这条管线从3楼贯穿楼板直到5楼,可以明显看到管线在振动,撞击穿楼板孔。项目开车1个多月后就发生锁斗冲洗水管线在4楼的吊筋被振落、膨胀节被拉伸超限的情况(见图2、图3),这严重威胁气化炉安全稳定和长周期运行。

图2 吊筋振落

图3 膨胀节拉伸超限

3 锁斗冲洗水管线振动原因分析

该项目锁斗冲洗水管线是DN300的大口径管线,当冲洗水管线阀门打开后,冲洗水流速高达6 m/s。当锁斗排渣完毕后,先关闭锁斗排渣阀。开始锁斗内是空的,锁斗冲洗水罐内的冲洗水通过锁斗冲洗水管线高速流入锁斗;当锁斗充满后,锁斗冲洗水管线止回阀自动关闭,冲洗水管线内高速流动的冲洗水瞬间静止,对管线造成极大的冲击力,从而造成管线振动[3-4]。

4 解决措施

为了降低冲洗水流速,计划在锁斗冲洗罐底部出水管法兰处增加限流孔板(见图4)。经计算,选用10 mm厚的304钢板,然后在中间加工1个直径为140 mm的圆孔,钢板外圈按垫片外圈大小切割。这样流速就能降低到原来30%左右。锁斗冲洗水管线加装孔板后,振动变得很微弱,基本属于正常晃动。但改造后锁斗排渣冲洗时间由原来的30 s延长到了4 min,大大延长了锁斗运行的周期时间。这对于高负荷运行的气化炉来说,如果渣量较多,锁斗排渣不及时可能将灰渣带入后系统。为此,重新计算后将孔板直径改到150 mm,改造后冲洗水流速稍有增加,但锁斗排渣冲洗时间缩短为2 min。新孔板安装后管线振动稍有增强,但也只是轻微晃动,在可接受范围内。

图4 限流孔板

5 结语

锁斗系统是煤气化工艺的关键,针对锁斗冲洗水管线振动的情况,有的项目采用金属软管来减轻振动。因为锁斗每天排渣四五十次,长期的振动容易导致金属软管破裂,不能从根本上解决锁斗冲洗水管线振动问题。锁斗系统在收渣阶段与气化炉连通,如果因为振动导致与锁斗相连某处法兰口松动发生泄漏,那么问题就会变得非常严重。通过在锁斗冲洗罐底部出水管法兰处增加限流孔板,有效解决了锁斗系统冲洗水管线振动的问题,确保装置安全稳定长周期运行。