浅谈水煤浆气化渣水系统管路磨损及堵塞的优化改造

周　宇，李剑晖

(神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古 包头　014010)



浅谈水煤浆气化渣水系统管路磨损及堵塞的优化改造

周宇，李剑晖

(神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古 包头014010)

摘要：水煤浆气化装置渣水系统的高温高压黑水中含有较多固体颗粒，黑水在流动过程中，经过一段时间的累积会造成管道和管件磨损穿孔、管道结垢、排水不畅甚至整个管路堵塞的情况，而一旦出现此类情况，需要退料停车处理，造成原料的大量浪费，检修工作量的成倍增加。针对此类严重制约长周期平稳运行的工况，提出一系列优化改造措施，延长了整个系统的运行周期，达到了节能降耗、增产增效的目的。

关键词：磨损；堵塞；优化改造

0引言

GE公司的水煤浆加压气化技术，是将加压后的水煤浆与来自空分装置的纯氧在气化炉内燃烧产生水煤气，水煤气经激冷洗涤后送至变换单元。煤浆气化的同时产生大量炉渣，这些炉渣的主要成分是煤中的灰份、难熔的矿石以及部分冲刷下来的炉衬材料。大部分的炉渣经过自然沉降由捞渣机排走。炉渣经过激冷和洗涤后，产生含细小颗粒的高温高压黑水，此股黑水送渣水处理系统，经四级闪蒸降温和热回收，将黑水中的大部分细渣分离出来。经渣水系统分散剂处理后，部分水循环送回气化系统继续使用，少部分送到污水处理系统。渣水系统示意图如下图1：

2水煤浆气化装置自运行以来，渣水单元管路系统遇到的主要问题

2.1　管路系统磨损

2.1.1管道磨损。由于渣水系统中含有固体颗粒，运行中对流经管道都有不同程度的磨损，高压闪蒸罐到低压闪蒸罐的黑水管线、调节阀后的管道、管道走向变化处及管道截面突变处等压降较高处的管道磨损更为明显。原始设计时管道的厚度考虑不足，也是造成管道泄漏的重要原因。

2.1.2管件磨损。渣水系统中弯头、三通等处受介质冲刷严重，一个原因是原始设计壁厚考虑不足，再就是由于黑水含固量较高，当黑水通过弯头、三通时，由于离心力和惯性力等撞向管件的内壁，一部分颗粒沿着管壁滑动，一部分形成撞击，最终使得管件内壁拐弯处形成凹坑、滑道等。经统计，3个月左右的时间就会造成管件弯道处磨穿。

图1　煤气化渣水系统示意图

2.1.3阀门磨损。阀芯及阀座磨损严重，由于阀门反复开关调整工况，而长时间的磨损，会导致密封面形成划痕以及凹槽，有时甚至将阀体磨穿，导致阀门内漏或外漏，使得阀门作用失效，最终导致设备单体无法切出，给检修工作带来很大困难。

2.2　管路系统堵塞

2.2.1盐类垢挂壁堵塞。由于黑水中含有细灰，而且系统水质在内部循环时，钙镁离子不断累积。随着磨损程度的加剧，管道内壁的粗糙度不断升高，黑水中的钙镁离子形成的盐类垢很容易在管道内壁附着形成垢团；同时随着温度升高，更多的盐类从水中释出，而部分细灰会夹杂着释出的盐类沉积在管道内壁上，使得管道内壁会形成大的垢片。

2.2.2固溶物挂壁堵塞。黑水系统经过逐级闪蒸后，其含固量逐渐上升；同时随着压力的逐渐降低，黑水流速逐渐趋于缓和，这些因素都加速了管道内壁的结垢、挂渣。因而在渣水系统中越是后面流程的管道其结垢越厉害。经过近几年的运行，沉降槽出口的输送管道会完全堵塞，以至造成整个渣水系统的停车，被迫对管道进行高压清洗检修。

2.3　动设备损坏

在渣水后系统沉降后，沉降槽里的含渣浓度达到20%～40%，如此高浓度的渣水很容易结成大块垢，而挂在沉降槽内壁上的大块垢随着重量越来越大、温度的冷热变换，会导致大面积的垢块从内壁上脱落，直接导致沉降系统负荷增大。随着沉降槽底部的黑水浓度越来越高，沉降槽内部刮耙不断提升，到达超负荷后会导致刮耙力矩过大，扭断联轴节，损坏减速机轴承，甚至扭断刮耙。高固含量的黑水进入沉降槽底流泵后，会将叶轮堵塞，导致无法排液，最终带来十分严重的后果。

3根据渣水系统存在问题的分析进行的技术改造

3.1　管路系统磨损处理

3.1.1选用内衬管道。对于管路系统的磨损，首先应该考虑耐磨内衬管道。根据磨损工况的不同耐磨内衬管道有不同的材料选择，通常是采用耐磨陶瓷内衬。但是陶瓷内衬管道不能用在温度较高的工况，因为陶瓷与钢管的膨胀系数不一样，加上在高温区陶瓷变的脆性很高，一旦在垢片的高速冲击下，很容易将内衬陶瓷击碎，造成严重的后果。所以，如选用内衬管道，一定要做好评估。

3.1.2增加管道及管件壁厚。由于原始设计管道及管件壁厚较薄(只有10mm)，在实际运行过程中，管道很快就会磨损，尤其是管道方向改变处、截面突变处及调节阀后的管道处经常出现穿孔。为了解决以上问题，将直管段在厚度增加到26±2mm，在近三年的运行中未出现泄漏情况。将管件厚度增加到26±2mm，经统计其磨损如下表1：

表1　黑水弯头厚度磨损表格

从表中可以看出，随着厚度的增加可以很明显的提高管件的使用寿命，使用周期由原来的3个月提高到6个月以上，但是管件在使用后期磨损率也很高，通常使用半年就需要全部更换，以免在运行中出现泄漏。可见，管道及管件随着增加厚度其使用寿命也相应延长。

3.1.3耐磨防冲材料的引入。在进入闪蒸罐之前的三通释放筒同样采用厚壁管件，而且在三通位置焊接一个保护盒，在盒中浇铸刚玉火泥(此材料用在气化炉炉砖上，专门用来防冲刷)，这种措施是一个大胆的尝试，也起到了很不错的效果。使用寿命由原来3个月，能够提高到9个月左右的时间。其改造前后如下图2，图3所示：

从改造前后的图中，还能看出以下两个很重要的改造：

图2　释放筒改造前

图3　释放筒改造后

一个是法兰由原来的带径对焊法兰改成承插焊法兰，这样可以很好的避免焊缝这个薄弱的环节，在使用过程中被过早的冲刷磨穿。

二是在底部的盲法兰盖上加焊了一层防冲刷钢板。这样可以有效的保护盲法兰过早被冲刷磨穿。

另外在对管件的选型上可以使用长半径弯头，这样可以使得黑水在输送过程中，减少离心力和阻力，使其流动更平稳。

3.1.4改变阀门材质。对于阀体、阀芯及阀座磨损严重的工况，采取改变阀门材质，使用硬质合金，特别是阀芯等关键部位都使用司太立合金，此种材质由于铬、钨和钼的合金碳化物分布于富钴的基体中，使合金得到强化，有着很好的耐磨性。从现实使用过程中也达到了延长寿命的作用。

3.2　管路系统堵塞的延缓及处理

3.2.1首先要做好工艺参数设计。由于当地水质相对硬度较高，所以从工艺包的设计上，可以根据水质的分析，进一步优化操作温度，由于盐类垢通常是随着温度的升高溶解度逐渐降低，所以在设计以及运行操作中一定要观察水质分析和温度数据，以免加速盐类垢的形成。

3.2.2优化水质pH值。研究表明，pH值提高时，难溶性盐会迅速结晶，导致污垢形成的诱导期短，但是如果pH降低时会加快管道腐蚀，反而又引起磨损加剧，导致泄漏。根据多年的运行经验，从多方面考考，pH值推荐范围在7.0～8.0。所以根据地区水质的分析数据可以适当的添加化学药剂调整pH值，这样可以起到很好的阻垢效果。

3.2.3高压清洗。管道内部结垢严重后，利用检修的时机，可以采用高压水清洗除垢，利用高压柱塞泵产生高压水，经过特殊喷嘴喷向垢层。此种方法已经普遍推广，但是一定要提前做好清洗准备工作，因为当高压清洗水管在进入管道内4m以后，或者到达管道弯头处，人工无法有效控制，严重影响清洗效果。这就要求提前将管道做好短节，比如每隔8m左右安装一个1m的清洗短节，这样对高压清洗工作可以起到事半功倍的效果；对于弯头，采用三通甚至四通的形式，三通和四通后面用盲法兰，这样即能防止水垢冲刷，又方便对管道的高压清洗。

但是这种清洗方法也有一些缺陷：耗水多，存在水处理问题，如清洗不当容易损坏管道母材。这就要求要综合考虑后，再选取合适的清垢方式。

3.2.4化学清洗。根据垢层的化学成分，选用合成的化学试剂溶解垢层。这种方法虽然普遍使用，但是垢层成分复杂，不太容易找到合适的除垢剂。而且化学试剂通常成本较高，只适合在一个封闭的小系统内进行循环处理。一旦处理不当也会造成管道腐蚀损坏。所以此法适用于精密度较高的小型操作系统。

3.2.5增设备用管线。对于关键管线，增设一条备用管线，这也是一个较好的措施，虽然成本较高，但是对于长周期运行也是适得其所。即能保证及时清洗堵塞管线，又能保证系统的连续运行。

3.3　动设备处理措施

对于泵运行叶轮堵塞问题，经过与设计、制造部门反复推敲后，将泵的闭式叶轮结构改为开式叶轮结构，更改后配件(包括叶轮、前衬板、入口衬套)必须配套使用。虽然会导致泵的效率有所降低，但是在不影响工艺运行的情况下，完全解决了叶轮堵塞问题。

另外在泵的入口增加过滤器，阻挡大块垢片进入泵体，并且定期清理过滤器，也是很有效的处理措施。

对于沉降槽等设备内部大面积结垢的情况，需要利用检修时间，定期进行清洗挂在内壁上的垢层，避免大面积垢层脱落导致的严重后果产生。

4结束语

水煤浆气化装置渣水系统管路的磨损及堵塞，是由多种因素导致的，每个地域的工艺其渣水系统管路的磨损和堵塞形式可能千差万别，需要因地制宜的综合考虑材料选用、操作因素、设计结构等，只有这样才能分析出内在原因，做出合理的解决方案，起到良好的预防效果。此外也可以从工艺包、水源、煤源、成本等方面综合分析，系统考虑，找到最佳解决方案。

Technical Transformation on Piping Wear and Blockagein Coal Water Slurry Gasification System

ZHOUYu，LIJian-hui

(Baotou Coal Chemical Industry Co.，Ltd of Shenhua Group，baotou，014010)

Abstract：This article puts forward some suggestions on technical transformation on piping wear and blockage in coal water slurry gasification system. As a result，energy is saved and output is increased.

Key words：wear；blockage；technical transformation

中图分类号：TQ547.8+1

文献标志码：B

文章编号：1003-6490(2015)01-0048-03

作者简介：周宇(1985-)，女，内蒙古包头市人，助理工程师，主要从事煤化工方面的工作。

收稿日期：2015-02-15