气化炉排水管线工艺优化

陈倩倩, 姜良建, 王德泉

(万华化学(宁波)有限公司, 浙江宁波 315812)

万华化学宁波有限公司气化装置已运行13 a,运行工况复杂(高温、高压,含有毒、可燃介质),同时存在气液固三相腐蚀冲刷等不利因素。气化装置运行期间出现蒸发热水塔入口阀门(PV0801)底部盲法兰呲漏,造成现场高温水汽喷出;气化炉排水管线现场压力表根部取压管焊缝处出现裂纹,由于气化炉压力过高,无法隔离,处置漏点需要气化炉降负荷、降压等过程,影响生产链负荷。气化炉运行过程中存在泄漏点不易发现、处置难隔离、泄漏点难管控等难点,频繁的泄漏对煤气化设备及后续系统产生严重危害,已成为影响装置安全稳定运行的“瓶颈”。

1 气化炉排水工艺

气化炉是一台高温(1 350 ℃以上)、高压(6.5 MPa)的反应设备,产生的高温气体经气化炉、旋风分离器、水洗塔处理后送入后工序,其中经过反应洗涤后的高温高压黑水通过2路排水管线(1开1备),每路排水管线经过减压阀门进入含渣水处理工序,送入蒸发热水塔下部蒸发室,黑水在其中进行闪蒸、浓缩,并回收热量、除去酸性气。气化炉排水工艺流程见图1。

F0701-气化炉;Y0701-旋风分离器;T0701-水洗塔;T0801-蒸发热水塔;FV0712A-气化炉排水管线1;FV0712A-1-气化炉排水管线;PV0801A1-蒸发热水塔入口角阀1;PV0801A2-蒸发热水塔入口角阀2;FV0706-旋风分离器排水阀门;FV0704A-水洗塔排水阀门;PV0801A3-蒸发热水塔入口角阀3;PV0801A4-蒸发热水塔入口角阀4;P0705-激冷水泵;P0801-高温热水泵;PC-冷凝液;SW-高温密封水;709-变换工段;NF-火炬系统。图1 气化炉排水工艺流程

2 气化炉排水管线存在的问题

2.1 管道堵塞

气化炉排出的黑水含固量高、水质差,含有大量的碳酸根和硅酸根,与钙镁离子结合后形成沉淀,沉淀物硬度高,必须利用水枪做好工艺介质隔离工作,备用阀门长期不动作容易导致管道堵塞、管壁结垢(见图2、图3)。结垢不仅会影响流量计和温度计的正常指示,还会影响气化炉黑水排出,情况严重时会造成气化炉停车。

图2 排水管道堵塞

图3 管道内部垢片

2.2 阀门管道冲刷及泄漏

在气化炉正常运转工况中,介质主要为含有氯离子、硫化氢等强腐蚀介质,并含有大量固体颗粒的高温黑水、灰水和渣水(见表1)[1-2]。黑水温度可达到245 ℃左右,最大压差可达到6.0 MPa,工况具有高压差、强冲刷、强腐蚀、介质为固液气三相流等特点[3]。控制阀PV0801在使用中不仅要承受阀门压力降引起的高流速煤灰颗粒的冲刷,还要耐受闪蒸溶解的汽蚀、黑水汽化引起的腐蚀。黑水经角阀减压流出后,由于流速在角阀筒体内急剧增大,大量固体颗粒的黑水直接喷向角阀筒体底部法兰盖,造成黑水角阀筒体底盖磨损严重(见图4),长期运行造成泄漏,一旦泄漏,高温高压水汽呈云雾喷溅(见图5),人员难靠近,处理风险较大。

表1 气化炉水循环工艺参数

图4 底部法兰盖冲刷

图5 管道泄漏现场图

2.3 工艺处理困难

根据黑水工艺流程可得出,一旦出现堵塞,容易造成气化炉排水困难,气化炉液位上涨。合成气通过工艺气管道带至下游变换系统,造成变换炉进水、触媒粉化失活,需要停车处理,影响生产需求。由于气化系统高温高压环境,一旦出现管道结垢通量不足时,需要进行在线隔离、泄压处理,整个处理过程不仅操作难度大,而且处理风险也较高。

2.4 运行风险高

运行中存在窜压风险。气化炉激冷室内为鼓泡沸腾状态,并非静态液位,导致气化炉液位计不稳定。其中,气化炉运行压力为6.3 MPa,黑水排至蒸发热水塔运行压力为0.8 MPa,一旦阀门出现故障,气化炉、旋风分离器、水洗塔液位排空时,容易造成高压工艺气体窜至低压系统中,造成管道破裂,人员伤亡。

3 优化措施

3.1 管道堵塞难点优化

针对气化炉排水管道堵塞异常进行研讨,除了降低工艺水质的影响外,对排水管道进行预防性维护、管线定期切换,防止备用管线长时间不用,灰渣堆积造成管道堵塞[4]。针对管线切换制定标准操作规程,1周切换1次,切换后测试排水情况,无异常后联系现场查看管道是否有漏点,进行预防性检查。

由于手动切换管线操作需要缓慢开关阀门,保证切换过程中系统压力及液位稳定,导致整个切换过程人员操作率较高,单次切换操作次数超过400次,不仅增加了操作率,使自控率降低,而且人员高频次、长时间操作(操作期间还需关注气化炉、旋风分离器、水洗塔液位,以及气化炉、蒸发热水塔压力)也容易带来误操作的风险。

针对以上问题,结合目前实际情况,通过阀门一键切换方式进行黑水阀门的常规切换,减少人员操作次数,降低操作风险。利用爬坡速率,参数控制原理,判定条件完成顺控操作,完成自动切换的阀门有FV0712、PV0801、LV0801,制作一键顺控切换面板。

经过阀门一键切换后,工作人员操作压力降低,操作次数减少,自控率不受切换影响。在切换过程中,设置黄色底色闪烁提醒,监控切换状态,整个过程的操作时间短,系统运行稳定。

3.2 阀门管道冲刷及泄漏优化

针对控制阀PV0801管道弯头及底部盲法兰处出现冲刷泄漏,且处置困难的问题,进行整改。在控制阀PV0801后三通处对材质进行升级,由碳钢更换为内衬加强合金,增加其耐磨、耐腐蚀及耐冲刷性能,此外对该三通延长600 mm,缓冲对底部盲法兰及弯头的冲刷。通过以上改造,大大降低了该段盲法兰、管道的磨损速度, 降低出现泄漏的概率,保证了气化炉系统的稳定运行。

3.3 窜压风险管控

针对黑水管线存在的窜压风险,利用保护逻辑原理进行保护,对FV0712FV0706FV0704PV0801阀门执行机构进行技改,即增加电磁阀,当液位低时排水阀门自动失电关闭,防止液位过低空罐造成高压窜低压,降低蒸发热水塔超压运行风险。

4 结语

通过对气化炉排水管线运行问题进行分析,采用定期切换管线方案(切换周期为7 d),防止管线长期不使用导致堵塞结垢,减少处理风险和成本;在排水阀门切换方面,利用一键切换顺控导航,减少人员操作压力,减少操作次数;通过对控制阀PV0801阀后设备管道进行优化,减少管道冲刷,减少管道泄漏风险;对气化炉排水管线利用联锁失电关闭阀门,对高压窜低压进行防护。以上改进措施使气化炉排水管线在生产周期内堵塞、泄漏次数明显减少,为气化炉的安全运行提供了保障,保证了装置安全、平稳、长周期满负荷的运行。