壳牌hybrid气化炉压差波动原因分析及其控制措施

(呼伦贝尔金新化工有限公司生产运营中心，呼伦贝尔 内蒙古 021000)

1 壳牌Hybrid气化炉压差波动原因分析

1.1 气化炉压差13PDI0065的重要性

壳牌hybrid气化炉是在壳牌废锅流程基础上改进的第三代煤气化工艺技术，气化炉本体主要由气化反应室和外壳体(设计压力5.1 MPa、设计温度400 ℃)组成，反应室与外壳体之间称为环隙空间(856 mm)，其中，反应室由膜式水冷壁采用“管-翅-管”结构组装(包括顶锥、直管段、底锥)而成， 在膜式水冷壁的环形空间设置了压力均衡设施——安全水封；安全水封高1.5 m，位于激冷室之上并靠近合成气的出口，配备一个安全水封供水系统。此外，气化炉的顶部还设计了环隙空间氮气吹扫系统。正常操作氮气通过流量调节阀送到环隙空间，再通过安全水封释放到合成气中，同时，安全水封是保证气化炉干区与湿区分界、维持气化炉环形空间与反应室压差平衡的重要部件。环隙空间与反应室之间设有压差测量设施，用于表征环隙空间与反应室之间的压差。

气化炉反应室膜式水冷壁结构设计能承受的内压差为50 kPa，外压差为-10 kPa，为了防止气化炉正常运行过程中下渣口堵塞，导致气化炉反应室憋压超过其承受的内压差，造成膜式水冷壁超压损坏或挤压变形，因此，还在气化炉顶锥设置了安全泄放装置(即爆破片，设计压力为-10～40 kPa)，是保障气化炉反应室膜式水冷壁不被超压损坏的重要设施，对气化炉的稳定运行起着关键作用。

由此可见，气化炉压差对于壳牌hybrid气化炉极为重要，不仅能作为气化炉反应室承压能力的监控，还是安全水封运行工况和气化炉顶锥爆破片运行参数的重要参考依据。Shell下行水激冷气化炉工艺布置见图1。

图1 Shell下行水激冷气化炉工艺布置

1.2 压差波动的判断

(1)气化炉压差显示值偏离控制范围(0～25 kPa)。由于在壳牌气化炉运行过程中，其压差随安全水封突破的时间、渣池液位、气化炉大系统压力、环隙吹扫气量的变化而波动，因此，只要波动在要求范围内，即属于正常的周期性波动(正常波动)。如果气化炉压差超过0～25 kPa控制范围，则属于非正常波动，应及时按照本文1.3节进行逐条分析判断，并按照2.1节进行调整、优化控制。

(2)气化炉压差显示失真。壳牌煤气化装置压差显示是否准确，可以通过气化炉渣口压差与气化炉安全水封压差之间差值进行辅助判断，理论上，两者的压差数值、波动频率一致。

1.3 造成气化炉压差波动的原因分析

引起壳牌hybrid气化炉压差波动的主要因素有以下几点。

(1)气化炉环隙吹扫气量设定值(SP值)与实际值(PV值)偏差大，进入气化炉环隙吹扫气量降低或增加则会直接造成气化炉压差波动。

(2)气化炉顶锥吹扫气变化或调整不及时或发生泄漏，进入气化炉顶锥的气量变化，直接会引起气化炉压差的波动。

(3)气化炉渣池液位的波动(即下降管阻力变化)，直接会引起气化炉压差波动。

2.玉米播种的时期。玉米粗缩病发病区域和发病率与玉米播种期有着密切关系。早春播种和麦茬玉米发病的区域少，而且发病率低。

(4)安全水封高度一定(1.5 m)的情况下，其供水量的变化和底部排水孔堵塞，安全水封突破时间改变，直接会引起气化炉压差的波动。

(5)湿洗塔出口压力波动，直接会引起气化炉压差波动。

(6)在吹扫气量一定的情况下，气化炉顶锥通道堵塞或通道流通面积减少，会造成阻力增加，从而导致气化炉压差波动。

(7)气化炉压差测点两端(+、-)吹扫气量调整不一致或任一端吹扫气堵塞、流量变化等均会造成气化炉压差波动。

壳牌hybrid气化炉压差波动过大会影响爆破片的使用寿命，制约气化炉长周期运行。气化炉正常运行过程中要重点监控好气化炉环隙吹扫气量、顶锥吹扫气量、压差设定值、稳定渣池液位(40%±5%)和湿洗塔出口压力(3.85±0.05 MPa)。

1.4 压差波动对气化炉的影响

针对气化炉压差的长时间波动，不及时采取有效措施进行调整，会加剧气化炉关键安全附件(爆破片)的波动频次，直接影响爆破片的使用寿命，制约气化炉的长周期运行。此外，气化炉压差显示偏差或失真，会造成合成气反窜至气化炉环隙空间，造成气化炉环隙内管线、设备腐蚀。气化炉压差与顶锥吹扫气量的波动趋势见表1。

表1 气化炉压差与环隙吹扫气波动趋势

2 气化炉压差波动的处理措施

2.1 运行过程调整措施

调整吹扫气量和压差设定值，稳定渣池液位和或系统压力。气化炉压差偏离正常控制范围(0～25 kPa)，查看24h压差波动/变化趋势，根据整体趋势综合判断是吹扫气量过大/过小或压差设定值偏高/偏低；此外，当气化炉压差波动往低限范围偏离，应主动降低气化炉环隙吹扫气量设定值或适当提高气化炉压差设定值；反之，如果气化炉压差波动往高限范围偏离，应提高气化炉环隙吹扫气量设定值或降低气化炉压差设定值。气化炉压差偏低变化数据见表2，由表2可以看出，当气化炉压差偏离负向时，适当地减少气化炉环隙吹扫气量，其压差波动趋势即可逐渐恢复至正常波动范围内(0～25 kPa)。

表2 气化炉压差偏低变化数据

气化炉液位的波动也会造成气化炉压差的同步波动，气化炉渣池液位/压力上涨、压差变化数据见表3，由表3可以明显看出，当气化炉渣池液位上升(气化炉渣池液位0%～100%对应实际液位高度5 475 mm，渣池液位每波动1%，对应液相静压差阻力0.55 kPa)，气化炉下降管阻力则上升，气化炉压差同步上涨，因此，气化炉正常运行过程中控制渣池液位为40%±5%。

此外，后系统(湿洗塔出口调节阀后)压力波动也会造成气化炉压差同步波动，由表3可以看出，当后系统压力升高时，气化炉压差波动明显有走高趋势，因此，正常运行过程中应严格控制气化炉出口压力在3.85±0.05 MPa，如有偏离且自动无法及时调节或调节较慢，可将湿洗塔出口调节阀切换至手动位进行干预，压力调整稳定后恢复串级控制。

表3 气化炉渣池液位/压力上涨、压差变化数据

2.2 气化炉检修过程预防措施

气化炉检修过程的预防措施包括：加强影响因素的检查、清理。

根据历次检修、运行总结，每次检维修过程中应加强气化炉压差测量影响因素的排查和处理，并将如下项目列入影响气化炉压差波动的常规检查、清理项目。

(1)将安全水封内部及底部16个φ10 mm的排水孔清理干净，确保正常运行时安全水封排水正常且呈周期性突破。

(2)疏通气化炉顶锥导压管，确保顶锥通畅，避免对气化炉顶锥吹扫气通过量造成影响，避免流通不畅憋压造成压差显示失真。

(3)对气化炉压差导压管进行打压(0.7 MPa)测试，防止导压管腐蚀泄漏后影响实际测量值的检测，避免压差测量值失真或测量不准确。

(4)在气化炉爆破片法兰恢复、气化炉压差负向端导压管炉内活套恢复的过程中，加强质量监控，防止密封不严造成泄漏，影响气化炉压差实际测量值。

(5)气化炉检修完成，封闭人孔之前，进行安全水封水流量测试(5.0 kg/s)，确保安全水封4根供水管通畅、均匀，避免运行过程中因布水不均或堵塞而无法在线进行处理。

2.3 开停车过程预防措施

开停车过程中的预防措施如下：调稳仪表吹扫气量和压差表零点归位。

气化炉大系统气密结束，联系现场仪表投用气化炉压差正负端仪表吹扫气(0.2 m3/h)，确认气化炉压力显示为“0”、安全水封供水未投用，如果此时气化炉压差显示未归零或偏差大，同步联系现场仪表将该测点进行零点归位调校。

此外，壳牌hybrid气化炉开停车过程(包含紧急、事故停车)中，安排专人监护气化炉压差控制，气化炉压差偏离控制范围(0～25 kPa)，及时手动干预湿洗塔出口调节阀和调整环隙吹扫气量，通过及时、准确优化操作，避免停车过程压差波动过大造成气化炉爆破片损坏。

3 结语

本文对壳牌hybrid气化炉压差波动的原因及其控制措施进行了分析和探讨，并提出了检修过程预防和运行过程调整的控制措施，了解和熟练掌握气化炉压差波动应对处理措施对壳牌气化炉的安全、稳定运行具有重要的指导意义，针对壳牌hybrid气化炉只有做好关键设备(爆破片)的维护保养，才能确保装置的安全、稳定、长周期运行。