焦化厂煤气鼓风机偏流的调节及预防

2012-01-14王目海龚若凡

浙江化工 2012年4期

王目海龚若凡

（山东兖矿国际焦化有限公司，山东兖州 272100）

0 概述

在焦化生产企业中，煤气鼓风机被认为是煤气输送系统的心脏，担负着将焦炉产生的荒煤气从负压区域加压输送到煤气处理系统、使净煤气保持一定的压力到达需要的用户的作用，其稳定运行非常重要。我公司现有两座7.63m焦炉，焦炭设计年生产能力200万t，每小时产生煤气量约118000m3，后续配套的是焦炉煤气制甲醇工艺，荒煤气从焦炉汇集过来依次经过初冷器、电捕焦油器、煤气鼓风机、硫化氢洗涤塔、氨洗涤塔和洗苯塔，用户是焦炉回炉加热、放散和甲醇工区。与焦炉配套的煤气输送设备是三台并联的离心式煤气鼓风机：电动离心式鼓风机两台、蒸汽透平鼓风机一台，单台打气量70000m3/h，转速3500～4300r/min，前后压差不大于18kPa，运行方式为两开一备，调节方式为：电动鼓风机为变频器调速，蒸汽透平鼓风机为505调速，单台鼓风机具有小循环系统，煤气总管道有大循环作为辅助调节手段，鼓风机处的位置具体流程见图1所示。在实际生产中鼓风机的打气量统一由频率调节或者用大循环调节，由于鼓风机前后系统操作的影响及鼓风机自身参数的细微差别，多次出现过偏流的现象，经过技术人员和操作人员的共同努力，现在偏流现象已基本消除，现将出现偏流的情况、处理方式及预防办法加以总结，以供大家参考。

图1 煤气输送工艺流程示意图

1 煤气鼓风机偏流的定义

两台或两台以上的煤气鼓风机在正常并联运行中，由于进出口压差大或气量不足、波动，导致其中一台鼓风机煤气流量迅速下降甚至短时不做功，风机发出异常声音，形成仅单机做功且煤气输送量急剧下降，经过调整可在较短时间内恢复正常运行的现象，我们称之为煤气鼓风机偏流，这也是离心式风机特有的现象。

2 偏流的现象

2.1 外观现象

当煤气鼓风机出现偏流现象时，在现场会听到正常运行的鼓风机声音突然减弱，继而其中一台风机的运行声音增大，前后煤气管道内出现气流的轰鸣声，焦炉炉门也出现大面积冒烟冒火现象。当调整为双机同时做功后，风机又恢复都正常运行状态，焦炉冒烟冒火现象消失。

2.2 监控参数的变化

针对每次出现的煤气鼓风机偏流，我们进行了分析比较，从DCS系统中的历史事件和相关参数的历史趋势（表1）可以看出，2#、3#鼓风机并列运行时，转速、机前温度稳定，总吸力也能稳定在适当的水平，当要出现偏流时，机前总吸力略有下降，继而出现偏流现象，2#鼓风机由于过气量急剧减少，出口处温度较高的高压气体倒流冲击机体及管道造成风机进口温度上升，3#鼓风机正常过气，进口温度不变，同时由于单台风机做功效能降低，机前总吸力也有明显下降，两台风机都因负荷降低而转速有所增加。当调整到双机做功后，两台风机各参数均恢复正常状态。

表1 风机监控数据

从表2反映的数据可以看出，当出现偏流时，输送总煤气量降低，炼焦焦炉集气管压力升高，应急打开焦炉炉顶放散仍不能有效降低集气管压力。

表2 焦炉监控数据

3 偏流的危害

3.1 对炼焦焦炉操作的危害

鼓风机出现偏流时，由于输送煤气的能力下降，焦炉产生的煤气无法及时送出，即使临时打开炉顶事故放散也难以及时解决，势必会造成焦炉碳化室压力上升，影响推焦和装煤操作，造成焦炉冒烟冒火，对炉门密封影响更大，特别是对刀边变形的问题炉门，压力短时急剧上升会将炉门封堵材料吹掉，使炉门冒烟冒火严重，加重变形，压力恢复后来不及封堵的炉门处会造成炉体密封差负压运行，负压运行对焦炉的危害十分巨大，由于经济的原因又不能短时间内根治，煤气在炉门内燃烧造成局部高温，对炉体损害严重。长期反复出现偏流现象还会加重炉墙串漏的危险，炉门冒火会烧蚀护炉铁件，严重影响焦炉使用寿命，增加煤气中氮气的含量，给后续用户带来恶劣影响。

3.2 对电捕焦油系统的危害

鼓风机偏流会造成煤气量的大幅波动，会使运行的电捕焦油器内极丝产生晃动，造成电捕内部放电击断极丝，增加安全管理难度和维护检修成本。

3.3 对煤气用户的危害

我公司的焦炉煤气主要有两大用户：一部分用于焦炉回炉加热，一部分用于生产甲醇。当鼓风机偏流时，机后压力会降低，使得回炉煤气压力、流量波动，如连续出现偏流，会影响焦炉的加热制度。同时，后送气量的减少会造成甲醇生产减量甚至停车。

4 产生偏流的原因

造成煤气鼓风机偏流的原因有很多，总结起来大体可以分为鼓风机自身和前、后系统变化3个方面的原因。

4.1 鼓风机自身的原因

煤气输送系统中的煤气是从总管分路流向各台风机的，并联的风机在运行中是否会出现偏流取决于各台风机在煤气总管处产生的有效吸力是否相同，如果不同，煤气会优先流向有效吸力大的风机，就容易产生偏流。

单台鼓风机都是由风机本体、拖动系统及进出口管道组成，虽然基本参数相同，但不同的风机本体及拖动系统间存在一定的差别，长期运行的风机其内部积存的焦油量也不同，而且受安装场地的限制，风机进口管道的长度不同，煤气进入风机的有效路径也不同，这就使得同样转速下，不同的风机在煤气总管处产生的吸力不同，当煤气总量减少时，有效吸力小的风机容易先达到偏流的临界值，继而出现偏流现象。

即使风机本体参数完全一致，不同转速下，不同的风机在煤气总管处产生的有效吸力变化也不同，我们可以用以下公式简单表示：

F总=F1+F2

其中F总表示单台风机在煤气总管处产生的有效吸力，F1表示该风机进口管道的阻力，F2表示该风机产生的吸力，当正常运行的并联风机同时提高或降低相同的转数，对于参数相同的风机，F2的改变量是相同的，但由于进口管道各不相同，所以F1的改变量不同，最终F总的改变量也就不同，原有的吸力平衡状态将会被打破，也就容易产生偏流。

吸力的平衡状态还与机后压力的变化有关，当后续用户用气量改变时，会造成机后压力波动，继而反过来影响到机前吸力，改变机前的吸力平衡。这方面主要与焦炉回炉加热的煤气压力变化和甲醇生产环节气柜的高度变化有关，还与甲醇合成回用的合成驰放气量的大小有关。

4.2 机前系统参数变化的原因

当焦炉出现非正常操作、倒换初冷器、倒换电捕或者初冷器、电捕液封积液堵塞煤气管道，这些都会造成煤气量的波动，会对风机的吸力平衡产生影响，都可能诱发偏流。

4.3 机后系统参数变化的原因

当机后洗涤系统出现异常波动或用户用气量改变也同样会冲击风机吸力平衡，如果调节不及时，风机也会发生偏流。

5 调节措施

当鼓风机出现偏流时要尽快调节，恢复风机同时做功的状态，避免长时间偏流对前后系统特别是焦炉造成难以恢复的伤害，具体可以从以下几方面进行调整：

（1）迅速告知焦炉操作人员鼓风机发生了偏流，如果焦炉压力过高可应急打开部分炉顶事故放散缓解炉门冒烟冒火情况。

（2）调出煤气流程监控曲线查找原因，当判断为流程上某一设备阻力增加造成偏流时可临时打开该设备煤气副线缓解阻力，同时通知现场操作人员排除故障，当判断为焦炉产气量突然减少或者后续用户用气量突然减少造成偏流时可将大循环阀门打开一部分以增加风机过气量，应急调整完毕后将不做功的鼓风机频率降低2Hz左右，待鼓风机转速下降至该频率下的转速后迅速将该风机的频率提高3Hz左右，风机转速提高可以增加机前吸力，恢复双机做功，如一次不成功可反复进行几次，待风机双机同时做功后，密切观察单台鼓风机的机前吸力及机后压力，及时调节，避免不同风机之间吸力或机后压力偏差太大造成再次偏流。注意：调节双机做功的过程中将不做功的鼓风机降低或者增加的频率值不是固定不变的，要根据实际情况适当调整，争取尽量少的调节次数，避免长时间偏流。

（3）为增加成功机会，可根据煤气量的大小先将两台鼓风机的频率同时降低至比较低的状态，在低速下调整为双机做功，然后再同时提高频率，以满足生产需要。

（4）当现场故障排除后，通知炼焦关放散，逐步调节两台鼓风机的频率，恢复之前的生产状态。

6 预防措施

当鼓风机出现偏流后及时准确的调节为双机做功只是一个应急方式，要让并联运行的鼓风机一直稳定运行在满足生产的状态，避免对前后工段的正常运行产生不良冲击，在平时的运行中及时预防风机偏流才是工作重点，可以从以下几方面去做：

（1）总结运行经验。从焦炉生产到煤气冷却、净化，再到煤气制甲醇，整个生产过程构成的是一个有机整体，煤气流程长，涉及设备多，任何的不正常状态都会直接或间接的影响到鼓风机的运行，要确保生产的稳定，保证鼓风机不出现偏流，我们就要多总结鼓风机运行的经验，既要掌握不同的煤气量下，不同的外部工况下，鼓风机应该处于怎样的工况，又要掌握各个鼓风机在不同工况下的状态，还要掌握在不同工况下鼓风机的调节余地有多大。充分总结、积累这方面的经验，我们才能让鼓风机时刻维持稳定运行，避免偏流。

（2）运用自动调节与手动调节相结合的运行方式。尽管影响鼓风机并联运行的因素很多，但以主要因素为参照也可以实现鼓风机的自动调节，实践证明，在以初冷器前的煤气总管压力为依据，给定鼓风机频率差修正风机个体差异的前提下，可以通过同时自动改变鼓风机相同的频率值来实现对鼓风机的自动调节，进而满足不同工况下的煤气输送；当生产状态出现可预期的大的变动，如某一工段需要开停车时，再由自动切换为手动实时调整，可以减少鼓风机偏流的可能，节省人力。我公司采用这种方法运行以来，效果明显，为操作工的工作带来了很大方便。

3）实时监控运行状态。实行专人专管，指定专人负责鼓风机的监控调整，制定专业报表，实时掌握生产状态的变化，及时调节，也可以减少鼓风机偏流的风险。