壳牌煤气化中急冷压缩机技改实践

杨青哲

壳牌煤气化中急冷压缩机技改实践

杨青哲

（鹤壁煤电股份有限公司化工分公司，河南鹤壁458000）

急冷压缩机在壳牌煤气化中发挥着为气化炉合成气提供急冷气的作用，使从气化炉出来的高温高压合成气达到迅速降温的作用。在生产中，由于设计缺陷，急冷压缩机打量不足直接制约着气化炉负荷的提升，已经成为制约生产的一个瓶颈，通过对急冷压缩机的一系列改造一定程度上提升了一部分急冷气量，确保生产的有序进行。

壳牌煤气化；急冷压缩机；急冷气量

1 概述［1］

壳牌煤气化中，有4个水平布置且对称燃烧的煤烧嘴反应器。在安装烧嘴时，使其与半径呈一个较小的角度，这样在反应过程中，气体朝上作旋流运动，在顶部离开反应器，同时液态渣沿着竖直的圆筒壁向下流。离开反应器顶部的合成气（温度大约为1 600℃），在冷却过程中需要经过正常急冷的无固体循环合成气（温度大约为200℃，也称为急冷气）被送入反应器顶部流出的高温合成气中。急冷气流一路上通过急冷管中的长通道，利用现有的涡流进行混合，这样就使得混合气体的温度低于900℃。

在上述整个过程中，急冷压缩机发挥了向气化炉源源不断地提供急冷气的作用，以确保从气化炉顶部出来的合成气能快速地把温度降到后续系统所需的合适温度。如果出现急冷压缩机打量不足的情况，后续系统的温度就会不断升高，被合成气带入后续系统的飞灰的黏性也会增强，这样会给后续系统中的合成气冷却系统以及飞灰处理系统带来由于飞灰黏结所产生的不必要的麻烦。如果不能及时解决急冷压缩机打量不足的问题，就必须采取降低气化炉运行负荷的措施，以减少气化炉所产生的热负荷，保证后续系统的安全稳定运行。急冷压缩机的打量不足问题是直接制约气化炉运行负荷的关键问题，为解决急冷压缩机打量不足的问题，我公司先后多次对急冷压缩机进行了不断的摸索和改造，本文将对急冷压缩机的改造作一个小结。

2 急冷压缩机技改小结

2.1 急冷压缩机进口管线气液分离器的技改

在急冷压缩机的设计之初，在进口管线上有一个气液分离器（D1301），当时设计的初衷就是要在这里将合成气中所夹带的一部分水汽通过气液分离器分离出去，以免将合成气中夹带的水汽带入后续系统，对后续系统造成一定的损坏。气液分离器的设计容量为86 m3，合成气在通过气液分离器的过程中，不免会对合成气的流通带来一定的阻力，同时气液分离器作为一个静设备，也有一些气体缓冲罐的作用，会对气体产生一定的缓冲力。在对急冷压缩机改造之初就通过急冷气管线改造首先将气液分离器去掉，直接换成了DN500的急冷气管线，以此增加急冷压缩机的通气量。

2.2 急冷压缩机进口管线过滤器的技改

在急冷气进口管线上有一个关键的设备——急冷气过滤器（S1307），在急冷气进入压缩机之前，作为急冷压缩机的最后一道保障，也参与到了急冷压缩机的连锁保护之中，正常生产时S1307的压差一般控制在70～80 kPa，当压差达到130 kPa时，也达到了跳车值，从而引起急冷压缩机的跳车。急冷气在管道内的输送过程中难免会夹带一些杂质，在进入急冷压缩机之前，一些大的颗粒杂质就会被过滤出去，这样就能防止一些杂质进入急冷压缩机，对压缩机叶轮和精密设备造成损坏；但同时也对急冷气的输送带来了一定的阻力，一定程度上也影响了急冷压缩机的打量。通过多次对急冷管线爆破清理，在保证急冷管线清洁的情况下，对急冷压缩机进口过滤器进行拆除，使急冷压缩机的打量有了一定的提升［2］。

2.3 急冷压缩机进出口阀门的技改

急冷压缩机在设计之初，进出口各有一个主控可以自主开关的阀门（13XV0035/13XV0036），并且这2个阀门参与了急冷压缩机的部分连锁保护，在急冷压缩机密封氮气压力低的时候，这2个阀门会自动关闭，防止密封氮气由于压力变低失去对压缩机的密封保护作用，通过进出口阀的紧急关闭，以保护压缩机不受损坏。这2个阀门的设计初衷是没有问题的，但对急冷气的流通也产生了一定的阻力，所以在压缩机打量不足的情况下不得不将这2个阀门去掉，用膨胀节作为代替，一定程度上提高了压缩机的打量，解决了一些压缩机打量不足的问题。

2.4 急冷压缩机冷却风机技改

急冷压缩机在运行的过程中，通过一个10 000 V的直流电机作为驱动，将进口管线上的气液分离器、过滤器以及进出口阀门去掉之后，急冷压缩机的打量有了一定的提升，但其负荷也有了一定的提升，原配的直流电机负荷同样需要做更大的功，在长时间的运行过程中，驱动电机的定子温度都有了不同程度的提高，特别是在室外大气温度高的时候，电机的定子温度高这个问题尤为严重，原来的冷却风机已经不能继续将温度降到合适的温度。在这样的情况下，通过改造（见图1），在冷却风机后面加了1个套筒，从空分车间引来一路液氮作为冷却气，利用液氮在空气中急剧气化，吸收空气中的大量热气，对周围的空气进行冷却，从而使驱动电机冷却。该方法在一定程度上降低了驱动电机的定子温度，从而使问题得到了解决。

图1 急冷压缩机冷却风机改造

2.5 增加1台压缩机实现备机使用

1台压缩机在正常生产过程中如果出现故障，在没有备机的情况下会直接导致整个气化系统的大连锁跳车。因此在对旧压缩机（k1301）进行正常技改的情况下，重新购置了1台新型压缩机（k1302），以作备机使用，在1台压缩机出现故障的情况下，k1302会直接自动启动，从而实现生产的连续进行。

3 技改取得的效果

通过一系列的改造，急冷压缩机的打量与之前相比有了一定的提升，合成气冷却段的温度（13TI0019）也得到了一定的控制，从而解决了因为气化炉出口温度高，飞灰黏性大，合成气冷却器十字架大量积灰的问题，气化炉的负荷也能够有所提升。对后续系统飞灰处理单元的飞灰输送也起到了很好的作用，很少出现飞灰黏结，输灰管线堵塞的问题。改造之前气化炉的运行负荷最高控制在86%，由于气化炉冷却段积灰问题严重，很难实现气化炉的长周期稳定运行，经常需要停车对气化炉冷却段积灰进行人工清除。通过技术改造，气化炉现运行负荷最高提升到了100%，取得了我公司自试车以来最好的运行成绩。通过对急冷压缩机冷却风机的改造，急冷压缩机的定子温度也得到了一定的控制，其温度趋势图见图2。

图2 电机定子温度趋势图

4 技改之后对操作人员的操作要求

通过对急冷压缩机进行一系列的改造，取得了一定的成效，气化炉负荷得到了突破，急冷气量也相比之前有了一定的提升，夏季电机定子温度也得到了控制，重要设备的备机使用也可以实现装置的长期稳定运行。

针对这些改造所带来的一些风险，这就要求巡检人员和操作人员有更加仔细的巡检和更加精准的操作，只有这样才能保证生产的正常有序进行，使针对急冷压缩机的改造也能够取得更好的效果。

改造所带来的一定风险是存在的，但也不是完全不能避免的。现场巡检人员要针对急冷压缩机进行仔细的巡检，严格执行巡检规定，及时发现急冷压缩机所出现的各种问题。主控操作人员在操作过程中也要严格按照操作规程，监护好各项操作指标。在检修期间，每次开停车和检修要定期对管道进行例行检查，及时清理管道中的各种杂质，必要时要对管道进行爆破处理，保证急冷气管线的清洁，确保里面没有任何可能危害急冷压缩机的各种杂质。对于去掉的一些阀门和过滤器以及气液分离器，其中的管道接口在正常生产过程中每天都要对其进行检查，防止急冷气泄露对设备和人员造成危害。另外，关于液氮的使用，要制定出一个详细的投用方案，每次投用液氮的时候都要确保主控和现场的密切配合，防止液氮对操作人员及其他职工造成伤害。

5 结语

通过对急冷压缩机进行一系列的改造，取得的成效和对操作的要求本文已经详细论述，对现场巡检和主控工艺人员的操作要求也由此变得更加严格。这些改造在一定程度上解决了部分问题，短期内对生产效益有很大的提升，特别是新的急冷压缩机的使用，实现了重要设备的备机，保证了在急冷压缩机出现故障的情况下能够实现生产的长周期稳定运行，确保生产的连续进行。

[1]郑振安.壳牌煤气化工艺在荷兰德姆科列克IGCC工厂的应用[J].化肥设计，2002，40（5）：5-7.

[2]王绍良.化工设备基础（第2版）[M].北京：化学工业出版社，2009.

10.13752/j.issn.1007-2217.2017.02.010

2017-03-13