航天炉高压闪蒸系统的优化升级改造

张恩光， 孙流强

(新乡中新化工有限责任公司， 河南新乡 453800)

作为我国首个具有自主知识产权的洁净煤气化技术，航天粉煤加压气化技术具备生产稳定性好、操作安全性强、煤种适应性广、运行指标优、综合利用佳等优势，受到越来越多煤气化企业的关注。其中，高压闪蒸系统是航天煤气化渣水处理单元的关键，其系统运行好坏直接关乎气化炉长周期运行。为解决渣水系统运行顽疾，现结合新乡中新化工有限责任公司实际运行经验，对常见的问题进行分析总结。

1 航天炉渣水流程简介

气化炉激冷室(温度约为218 ℃)的外排黑水与合成气洗涤塔(温度约为211 ℃)的外排黑水，经减压角阀减压后进入高压闪蒸罐(V-1401)，由压力控制器(14PIC-0003)控制汽提塔(C-1401)顶部出口管线上的压力调节阀(14PV-0003)的开度，V-1401在0.5 MPa压力下进行闪蒸。在此压力下，大量的水蒸气和部分可溶性气体从黑水中释放出来[1]。

从V-1401顶部出来的混合闪蒸汽(温度为157 ℃)经高压闪蒸分离罐(V-1403)分离，分离出的冷凝液排至除氧器(V-1408)，闪蒸汽则进入C-1401与来自除氧水泵(P-1407)的除氧水逆流换热后排放至火炬系统。V-1401底部的黑水(温度为158 ℃)进入真空闪蒸罐(V-1404)，在-0.05 MPa下进一步被闪蒸，真空度由真空闪蒸泵提供。闪蒸后的黑水温度为50～82 ℃送至沉降槽(S-1401)进行絮凝沉降处理。

2 常见问题及处理措施

2套航天炉系统对应1套渣水处理系统，随气化炉负荷提升，渣水系统循环水量逐步增加，出现热负荷高及系统压力波动。同时，高压闪蒸系统出现液位计失灵、角阀堵塞、短节泄漏等问题，影响渣水单元的稳定运行。为此，针对高压闪蒸系统出现的异常情况进行相应的优化措施。

2.1 液位计失灵

高压闪蒸系统原设计中仅有远传液位计和就地液位计。由于水质较差，长周期运行后的就地液位计已完全堵塞，仅有远传液位计做参考。高压闪蒸液位长期以往设定60%自动控制，在开车初期出现过高压闪蒸液位失真(显示值低于实际液位)。为维持高压闪蒸液位正常，高压闪蒸外送自控阀直接关闭，高压闪蒸短期超压，渣水系统工况全部异常。高压闪蒸出现满液位后溢流至V-1403，随后溢流至C-1401系统。高压闪蒸超压后安全阀起跳，其内部黑水直接排放至火炬系统，造成火炬凝液罐长时间高液位。最终渣水系统水循环出现紊乱，V-1408液位较高，C-1401补水长期维持在小流量。随后打开高压灰水泵进口过滤器发现内部堵塞严重，叶轮存在轻微磨损。后联系仪表查看液位计，仪表反馈取压点根部已完全堵塞而无法疏通。中控岗位以日常操作阀位为参考，手动缓慢打开高压闪蒸外送阀，同时观察V-1403液位以及高压闪蒸压力，逐步恢复渣水单元水循环系统的稳定。通过此次事故后，工厂要求岗位操作工每班记录日常自控阀的阀门开度，当偏离正常指标范围时，及时分析原因并处理。

2.2 短节易磨损泄漏

2套气化炉和合成气洗涤塔去高压闪蒸短节共有6个，前后短节各一处。气化炉外排黑水颗粒物较多，均是气化炉炉渣激冷后产生的碎渣，其对管道冲击磨损较大。合成气洗涤塔外排黑水均为细灰渣，磨损冲击较小。高压闪蒸短节磨损泄漏经常于开车1个月后出现在气化炉外排黑水去高压闪蒸短节处。尝试短节填充水泥和在角阀后增加缓冲等措施，但效果均不理想。最后改为内衬30 mm陶瓷短节，使用近2a未出现泄漏。检修期间拆检短节发现有轻微裂纹，将前后短节进行了对调，继续使用。当短节法兰处出现泄漏时，切忌敲击，短节内衬陶瓷极易破损。因高压闪蒸压力较低，推荐使用力矩扳手消漏[2]。

2.3 角阀堵塞

将流体达到气化的设备是减压角阀。闪蒸罐的作用是使流体迅速气化以及提供气液分离的空间，所以，高压闪蒸角阀操作尤为重要。

高压闪蒸角阀易堵塞的原因主要是：

(1) 正常运行期间，水系统中Ca2+含量较高，气化炉和洗涤塔至高压闪蒸管道内壁容易结垢。系统停车后温度下降，再开车时温度又升高，在温度变化过程中，金属容器、管道、垢片的热膨胀系数不同，导致垢片与金属分离后脱落进入水中，引起管道堵塞。

(2) 角阀调节开度小，导致疏通面积减小，容易积累较大垢片，堵塞调节阀前管线。出现此类问题时，采用反复开大、关小角阀就可处理。

正常使用时，气化炉去高压闪蒸系统角阀是2开1备，洗涤塔外排黑水去高压闪蒸系统也同样如此。当高压闪蒸角阀出现问题时，为保证备阀及时投用，要求备阀正常有20%开度以确保畅通。备阀在倒换时，应先隔离再打开。

2.4 内部折流板冲刷

V-1401是将来自气化炉和洗涤塔的黑水经过高压角阀减压至0.5 MPa,在其内部将大量不凝气闪蒸出去，达到热量回收、黑水浓缩的目的。在生产过程中由于角阀是平行安装，黑水减压后对折流板冲击比较严重，对此，在检修期间，针对内部折流板进行彻底检查，冲刷严重部位使用不锈钢钢板修补。经观察，角阀在小开度情况下，内部折流板冲刷严重。

2.5 压力波动

高压闪蒸压力由C-1401闪蒸汽出口14PV-0003控制，正常生产时，V-1401闪蒸汽进入C-1401作为补水使用。当高压闪蒸压力出现波动且压力较低时会造成C-1401压力波动，高压灰水泵吸入量不足造成泵气蚀。在渣水系统热负荷较高时，严格控制高压闪蒸压力大于0.45 MPa[3]。

2.6 内部清理

高压闪蒸正常生产时，走中部出口去真空闪蒸罐，底部去S-1401排污导淋手阀关闭。底部空间为袋型容易积垢。停车检修时打开人孔，高压闪蒸折流板进口至中部出口形成了斜坡段积垢。检修期间高压闪蒸是必清理项目，考虑高压闪蒸锥部即使清理后也会造成积泥结垢，所以每次均清理至距中部出口1 m以下位置。

3 改造措施

针对上述问题，结合实际运行经验对高压闪蒸系统进行技术改造。拆除高压闪蒸底部出口短接，上移底部出口排污手阀，使用三通连接底部去S-1401出口管道与高压闪蒸中部去真闪管道。正常开车生产时高压闪蒸经底部出口去真闪，高压闪蒸中部去真闪管道手阀隔离。另将原中部出口去真闪管道保留，当高压闪蒸系统技改后管道故障堵塞时，可立即切断新出口管道，恢复使用原管道，保障装置的稳定运行。改造前后见图1。

图1 改造前后流程图

此前因高压闪蒸液位计失灵导致渣水系统串水事故，为此，在原有远传液位计的基础上，将现场液位计拆除，新增差压式液位计，同时增配远传液位计冲洗水，确保出现异常时可第一时间进行处理。将新表引入中控DCS操作画面，为中控操作员提供额外参考值的同时，完成二选二控制。

此改造方法优化了高压闪蒸系统闪蒸空间，杜绝了开车周期长引起高压闪蒸系统内部结垢的问题，减少了停车检修期间的工作量。同时也提高压闪蒸效率，促进气液和气固分离，解决渣水系统水温高、水质差的问题，进而防止高压闪蒸空间小导致的高压闪蒸液位波动及失灵[4]。

4 结语

目前，高压闪蒸系统虽不是影响煤气化装置长周期运行的主要因素，但不容小觑。高压闪蒸系统的稳定运行离不开气化炉煤种稳定和渣水单元的水质管控，只有做到提早预防、及时判断，高压闪蒸系统乃至整个煤气化装置才能实现长周期稳定运行。