GE水煤浆气化装置优化与技改

2018-10-30潘进平

氮肥与合成气 2018年9期

潘进平，许明

(中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗 154100)

德士古水煤浆气化工艺进入我国已有25年，国内使用该项技术的厂家超过30家。中海石油华鹤煤化有限公司(以下简称海油华鹤)300 kt合成氨、520 kt大颗粒尿素项目，气化装置选择美国GE能源水煤浆加压气化技术，拥有3台气化炉，实行两开一备，气化设计压力6.5 MPa(表压)，四级闪蒸流程[1]。气化装置于2015年4月6日一次性投料成功，运行至今已3年多，经过不断的操作优化和技术改造，确保了气化装置逐步进入安全、高效的稳定运行。2016年，海油华鹤产量为340 kt合成氨、580 kt尿素，达到设计生产产量的111.5%。

1 工艺烧嘴间隙调整和耐磨改造

(1) 海油华鹤原料煤采用鹤岗本地煤，内在水分均约2%、哈氏可磨性指数(HGI)接近50，适合制备高浓度煤浆，制得煤浆质量浓度为65%～67%，高浓度煤浆意味着氧气消耗大，氧煤比控制在495～520，甲烷控制在(1 000～1 500)×10-6之间，运行时因煤种而异。气化装置工艺包(PDP)原始设计运行条件为总氧量33 615 m3/h(标态)，氧纯度99.6%，双炉煤浆负荷72 m3/h，运行时总氧量只能达到35 000 m3/h(标态)，严重不足，致使气化炉无法满负荷运行，操作弹性小、经济性差。

(2) 海油华鹤与GE公司共同研究，通过设计计算，将工艺烧嘴外环氧环隙尺寸由原来的2.470 mm增至3.175 mm，总氧量达39 000 m3/h(标态)，气化装置操作弹性增加，双炉煤浆负荷可以加至76 m3/h，为海油华鹤尿素产量的高效打下了基础。

(3) 气化装置运行的第一年，使用的是GE原厂工艺烧嘴，运行周期平均只有60 d，经测量检查工艺烧嘴煤浆环隙磨损严重，这是装置运行初期烧嘴压差低的主要原因。2016年开始进行使用外端面热喷涂和中喷头内衬硬质合金的工艺烧嘴，使用寿命有显著提升，此后逐步取代原厂烧嘴，双炉在线运行率由2016年的82%提高到2017年的91%，现工艺烧嘴寿命已接近延长到100 d。

使用后的工艺烧嘴见图1。

图1 使用后的工艺烧嘴

2 激冷环挡水板和丝堵改造

(1) 海油华鹤的PDP原始设计激冷环挡水板为半圆形，运行中出现过磨穿现象(见图2)，导致激冷水在下降管表面无法形成有效厚度的水膜；且横喷或斜向上喷的激冷水极易造成渣口处熔渣固化流动性变差，导致渣口堵塞，严重时会产生激冷环挂渣，威胁气化炉平稳运行。原激冷环的丝堵较短，造成检修拆卸困难，不便于炉内高压清洗激冷环内环[2]。

图2 损坏的激冷环挡水板

(2) 加强对药剂和系统水质的管理，严控高压灰水悬浮物，同时加大了洗涤塔的黑水排放量，降低激冷水固含量。对激冷环进行改造，保持挡水板内径不变，改为方形挡水板，增加挡水板耐磨性；更换加长的新型激冷环丝堵，扩大丝堵内径，减少丝堵数量，在4个进水孔的中间位置，于堵盖处均匀分布增加4个清洗口。技术改造后的激冷环方便清洗，且使用寿命由4 000 h延长至8 000 h。

3 高压灰水加药口的技改和优化

(1) 海油华鹤的PDP原始设计分散剂加药口有3个，分别在沉降槽至灰水槽的溢流管线处、低压灰水泵入口总管处和洗涤塔给水泵入口总管处，其中洗涤塔给水泵入口处经常加不进药，高压灰水倒窜入分散剂管线。主要原因：一是为满足变换系统粗煤气汽气比要求，提高了除氧器操作压力，导致泵入口压力高于工艺包操作值；二是工艺包中分散剂泵选型和出口管线配置不合理。

(2) 对分散剂管线进行了改造，将高、低压端分开，增设1台大功率分散剂泵向洗涤塔给水泵入口总管送药，合理分配各加药口的分散剂加入量。通过管线的改造和药剂加入量的调整，高压灰水悬浮物得到了有效控制，有利于气化系统的稳定运行[3-4]。

4 解决洗涤塔给水泵倒转问题

(1) 设置3台洗涤塔给水泵，采取一对三，即每台泵都可为任意洗涤塔补水，每台泵出口管线设置1台电动球阀。装置实施定期倒泵，曾发生过出口阀关闭不严导致洗涤塔给水泵倒转，这样就无法对出口阀关闭不严的泵进行备泵，只有利用大修才可对机泵和出口阀进行维修。

(2) 许多公司也出现过类似问题，这对于生产稳定运行是一个重大隐患。海油华鹤在每台泵出口管线竖管处增设1台手阀，解决了洗涤塔给水泵出口阀内漏无法备泵、无法及时检修等问题。其好处：一是增设后的手阀使用率不高，内漏的可能性较小，遇到电动球阀不严时，操作人员手动关闭可及时检修电动球阀；二是增设的手阀长期处于全开状态，位于竖管，可防止灰渣堆积卡塞阀门密封面。

5 解决锁斗冲洗水管线金属软管损坏问题

(1) 2017年3月开始，A系统在一个月的时间里，连续损坏3个锁斗冲洗水管线软连接，均为内部波纹管断裂。损坏2个软管时，进锁斗前冲洗水管线的弯头管托地面水泥开裂，说明应力集中在此处，在现场通过观察排渣操作发现，冲洗水管线单向阀拍打严重，软管随管线振动位移较大。装置对管托采取加固处理，增加3条拉筋，角度互呈120°，固定于周围护栏处，但随后运行的一个月里，拉筋断裂频繁，并损坏1个软管。在A系统检修时，对弯头管托地面基础进行重新灌浆。

(2) 装置锁斗排渣顺控步骤阀门动作：收渣阀、充压阀、清洗阀、泄压阀、锁斗泵入口阀保持关闭，冲洗水阀、锁斗泵再循环阀保持打开，当排渣条件满足时，排渣阀开始打开，随后清洗阀打开。装置对锁斗顺控进行调整后(见表1)，能保持近两倍锁斗容积的冲洗水流过锁斗，可使锁斗内灰渣完全排出，也因为冲洗水的势能降低，使冲洗水经过管线的流速减小，实际运行证明，对管线振动减轻的效果理想，运行至今未出现锁斗冲洗水管线金属软管损坏。

表1 锁斗顺控调整

6 锁斗循环泵管线技改和优化

(1) 2016年初C系统锁斗循环管线入气化炉末端管线磨穿( 见图3)，导致气化炉大量黑水泄露，虽未对气化炉液位造成大的影响，却因管线与气化炉连接处没有阀门，漏点无法隔离；从安全角度考虑，停炉紧急泄压，管线补焊后，气化炉连投进行C系统检修时，测量管线壁厚发现锁斗循环泵进、出口管线多处弯头磨损严重，薄弱处仅剩3 mm，更换了部分管线与弯头。

图3 锁斗循环泵入口管线

(2) 考虑到管线内灰渣多、含固量大，为了避免再次因锁斗循环管线磨穿而停车，最后增设的切断阀选用C型耐磨球阀，加在锁斗循环管线进气化炉的末端处。实际使用发现此处增设切断阀的好处还有两点：一是锁斗循环管线末端分为两路进入激冷室底部，若有一侧堵塞，可关闭畅通侧切断阀，使堵塞侧憋压，靠压差冲掉堵塞灰渣；二是当锁斗循环泵故障或锁斗阀门在线检修无法收渣时，可以提前关闭此阀门，预防循环管线末端堵塞。

(3) 前期装置锁斗管线磨损大的主要原因：一是锁斗循环黑水流量计量程小，一直超量程运行，流量大约有70 m3/h，优化操作后为45 m3/h，不影响锁斗正常收渣；二是前期海油华鹤使用的原料煤灰分、灰熔点高，石灰石的加入量都较多，收渣0.5 h，锁斗已趋于满渣状态，大量灰渣被吸入锁斗循环泵入口，进行了优化煤种和提升气化炉操作温度后，粗渣量明显减少。经过技术改造和操作优化后，锁斗循环管线再无泄露，定期测量管线壁厚，磨损明显减轻。