五环炉湿洗塔压差上涨原因分析及控制措施

崔小明

(河南龙宇煤化工有限公司, 河南永城 476600)

1 装置概况

某化工园区现有0系列和1系列五环炉，其中，0系列完成技术改造，于2016年7月投料开车。2套五环炉13.8万m3/h的有效气不仅满足园区现有40万t/a醋酸和20万t/a乙二醇高负荷运行的需求，富余有效气还可以提供给在建的20万t/a乙二醇装置。

五环炉是在壳牌气化炉的基础上改进而成，相对后者，其操作弹性理应更宽、运行周期理应更长，然而试车初期，运行时间突破不了72 h[1]。问题到底出在哪儿？该单位成立了技术攻关组，针对影响五环炉长周期运行的瓶颈问题进行技术改造。首先针对气化炉激冷段的冷却介质进行改造，气化炉激冷段频繁堵渣问题得到有效解决。其次针对激冷罐顶部激冷水的喷淋方式及进入激冷罐的合成气流速进行改造，解决了激冷水量不足及激冷罐顶部通道易堵塞的问题。至此，五环炉A级运行时长一举突破了150 d。然而，仍存在一大制约因素，即随着运行周期的延长，湿洗塔压差持续上涨。如何在确保湿洗塔除灰能力的同时降低压差？该单位一方面不断优化洗涤水量和调整药剂添加量；一方面将原设计的固阀塔盘改为立体传质塔盘，增加气液接触面积，提高传质效果。对比分析两套湿洗塔不同的塔盘工艺，找出湿洗塔压差上涨原因，并进行相应的控制措施。

2 1系列五环炉湿洗塔改造效果

为解决五环炉湿洗塔压差随运行周期的延长逐步上涨并出现带液的问题，将1系列五环炉湿洗塔作为试点进行改造。将原设计的固阀塔盘(见图1)改为立体传质塔盘(见图2)，增加气液接触面积，提高传质效果。

图2 立体传质塔盘结构图

立体传质塔盘中，气体、液体的接触传质分别经历提升拉膜、气流破碎、撞顶破碎、喷射破碎、对喷破碎、强制分离6个步骤(见图3)。

图3 立体传质塔盘运行过程

立体传质塔盘较固阀塔盘主要有以下显著特点：

(1) 气相操作上限高。立体传质塔盘以雾沫夹带10%作为上限，其板孔动能因子可达34.0， 气相空塔动能因子可突破3.0。固阀塔盘的板孔动能因子为13.0～16.0，其气相空塔动能因子只能达到1.5～2.0。

(2) 液相通量大。立体传质塔盘上液体基本为清液层，流到降液管中的液体基本不含气泡，提高了降液管的溢流强度，通过能力可提高1倍以上；设计降液管停留时间可由5 s缩短至2.5 s以下；开孔率超过20%。与固阀塔盘相比，立体传质塔盘无论是气相还是液相通量均提高了80%～100%。

(3) 塔盘传质效率高。立体传质塔盘由于塔盘空间利用率提高到40%～60%，气液接触充分，液相返混小，提高了传质效率。与固阀塔盘相比，立体传质塔盘在低负荷时传质效率高出10%，在高负荷时传质效率高出40%。

(4) 抗堵能力强。立体传质塔盘塔盘开孔大(一般大于30 mm×120 mm)，有自冲刷作用。

(5) 立体传质塔盘为喷射工况，无发泡机制，高速喷射的液滴又具有破沫作用。

(6) 盘上液面梯度影响小，适合在大塔径、大液体负荷下高效运行。液体进入罩内是靠负压吸入作用，盘上液层高度对操作工况影响不显著，不会出现局部漏液、局部气体过量等现象。

1系列五环炉改造后运行周期明显延长，2020年达到A级运行时长为283 d，为园区的长周期运行奠定了坚实基础。

3 0系列五环炉运行情况

2021年4月，0系列五环炉在连续运行107 d后，出现湿洗塔压差高并有带液现象。在出现带液之前，0系列湿洗塔压差一直呈缓慢上涨趋势，但基本可控，整体压差在2.5 kPa左右。随着运行周期的延长，压差上涨趋势愈加明显，4月1日压差为3 kPa，4月12日压差为13 kPa。随着压差的上涨，带液现象越来越严重，虽然粗煤气量未出现明显波动，但是对变换装置、水平衡、污水处理造成很大影响，危及系统的安全运行，于是停车处理。

4 湿洗塔压差上涨原因

根据本次运行分析，结合1系列五环炉对比分析，判断0系列五环炉湿洗塔压差上涨原因为：

(1) 煤种灰分不稳定[2]，特别是3月1—15日入炉煤灰分整体在20%～23%之间，最高达到23.72%(3月6—7日)(见表1)。

表1 煤粉样品灰分统计

(2) 本次0系列五环炉运行负荷基本在95%～100%之间，之前其A级运行150 d时的负荷基本在85%～90%之间。0系列五环炉负荷高于之前长周期的运行负荷。

(3) 基于1系列五环炉湿洗塔塔盘已改造为立体传质塔盘，塔盘抗堵能力相对较强，卧螺机的滤液全部回用。在1系列卧螺机出现问题以后，将部分滤液切到0系列回用，0系列五环炉压差增加趋势相比切水之前明显。

(4) 五环炉在上个长周期运行时浊度基本上控制在50 NTU，现在为了兼顾卧螺机的运行稳定，溢流水浊度控制在100～150 NTU，水质浊度控制偏高。高浊度溢流水回用到系统后会导致系统激冷水过滤器压差、激冷气换热器压差、湿洗塔压差等上涨。

(5) 原除氟装置的污泥水处理只固定用1台卧螺机，滤液基本不回用系统。该卧螺机运行一段时间后因出现堵泥需要检修。为保证除氟装置的运行，将除氟装置的灰浆通过泵打到灰浆储罐与澄清的灰浆混合后，送到卧螺机分离，其滤液回到澄清槽澄清后再回用到系统。除氟装置的水引入钙离子，改变系统的pH值，加速了湿洗塔塔盘的结垢。

5 处理措施

(1) 更换煤种或配比降低入炉煤灰分。

(2) 兼顾卧螺机运行的情况下，调整絮凝剂添加量，尽量降低溢流水浊度。

(3) 控制絮凝剂及分散剂的添加量，保证水质稳定，减少湿洗塔塔盘积灰，减缓结垢速度。

(4) 优化水量分配，及时调整湿洗塔上、中、下3层喷淋水量，控制好粗煤气问题。

(5) 制定相关湿洗塔压差高的操作注意事项。

(6) 控制湿洗塔液位在47%～50%之间，激冷罐液位控制在50%左右。根据湿洗塔压差上升情况，可适当微降湿洗塔液位，尽量保证洗涤效果，防止合成气向后系统带灰[3]。

(7) 稳定操作，减少气化炉温度、压力、负荷波动。

(8) 湿洗塔压差升至5 kPa后，检查是否带液。若未带液，可加大湿洗塔和激冷罐排放量，降低塔釜温度。

(9) 适当降低除氧器温度和高压灰水温度。

(10) 带液时可减少上层塔盘水量，缓解带液情况。控制好湿洗塔和变换气液分离罐液位,杜绝合成气带水导致变换炉催化剂出现淹塔。如通过调整后带液情况无法缓解，可降负荷处理。

6 后续改造

为彻底解决湿洗塔压差问题，计划进行以下改造：

(1) 参照1系列五环炉湿洗塔，将0系列五环炉湿洗塔的塔盘改为立体传质塔盘，增强抗堵性。

(2) 为解决澄清黑水问题，增加上板框压滤机，澄清槽溢流水浊度控制在50 NTU以内，减小系统用水浊度，有利于控制整个系统的压差，实现气化炉的长周期运行[4]。

(3) 选择更合适配煤并稳定煤种，尽量控制入炉煤灰分。

7 结语

虽然通过改造塔盘能提高湿洗塔的运行工况，但是在运行过程中会受煤种波动、人员操作精细化水平、渣水处理能力等诸多客观因素影响，需要不断总结分析，全面提升各方面的管理能力，为化工安全生产提供保障。