粉煤气化激冷环酸洗反冲洗技术应用

2022-02-19袁天啸梁海营

氮肥与合成气 2022年2期

刘武,袁天啸,梁海营,韩闯

(昊华骏化集团，河南驻马店 463000)

河南骏化发展股份有限公司(简称骏化化工)原料路线改造项目300 kt/a合成氨装置采用航天工程股份有限公司开发的粉煤加压气化技术，该项目自2018年2月27日开车以来多次出现激冷环水流量低减负荷事件，停车检修发现激冷水调节阀前管道结垢堵塞、激冷水过滤器筛板堵塞、筛板间隙因压差增大变形开裂等情况，减负荷及停车给企业造成极大的损失。笔者通过对航天粉煤气化装置激冷环及附属管道进行酸洗反冲洗，以期缓解激冷环结垢，使激冷调节阀可以正常发挥作用。

1 激冷环的结构与作用

激冷环是气化炉的核心部件，激冷水通过激冷环后分为两路：一路通过激冷环内侧喷射口由四周向中心喷射，对出渣口的合成气进行第一次冷却，同时参加制氢副反应；另一路沿激冷环四周向下旋流形成旋流水膜，以保护下降管不被直接接触的高温气体烧坏。激冷环隙及旋流挡板堵塞引起激冷环局部无水，将直接导致激冷环高温撕裂，严重影响激冷环及系统运行[1-2]。另外，下降管烧穿将直接威胁支撑板及气化炉壳体安全。骏化公司B气化炉激冷环堵塞缺水裂开见图1，对损坏的激冷环进行局部更换，效果见图2。

图1 激冷环堵塞损坏

图2 激冷环局部更换

对局部更换后的激冷环进行布水试验发现：激冷水旋流出现空白区域，喷射口2个作用点间距不一致，不能恢复到原始效果。由此可见，后期维修更换是补救措施且效果不佳，还是要将重点放在日常运行的预防上，防止堵塞及烧穿现象出现。

2 激冷环堵塞事故经过及原因分析

2020年2月24日运行中的B气化炉液位出现低报警，主控显示激冷水流量偏低，随即氧体积流量降低至10 000 m3/h。全开激冷水调节阀后激冷水流量无变化，全开激冷水调节阀副线激冷水流量仍无变化。开启激冷水备用泵后激冷水体积流量由180 m3/h增长至190 m3/h，开启备用激冷水过滤器后激冷水流量无变化，初步判断激冷环堵塞，为确保激冷环不被烧坏，随即停车检修。停车后对激冷水泵进口过滤器检查无堵塞；对激冷水过滤器筛板检查有轻微堵塞但没有缝隙；对备用激冷水过滤器检查完好，进一步证实了激冷环堵塞。对激冷水过滤器出口DN250管道进行检查，结垢7 mm；对激冷环分支进口管道检查，结垢6 mm。垢片分析数据见表1。

表1 激冷水管道垢片分析数据

导致激冷环结垢的原因较多，主要表现：气化炉灰水系统要求指标(硬度+碱度)<1 400 mg/L、氨氮质量浓度<200 mg/L，骏化化工前期水质指标(硬度+碱度)≥2 400 mg/L、氨氮质量浓度≥300 mg/L，偏离指标严重；系统频繁开停车，开停车过程中温度的突升突降加速了垢片的脱落堵塞，特别是全厂断电停车(骏化化工2019年停车次数高达17次)，气化炉与激冷环处于小循环状态，激冷水流量低、停车后循环时间短；激冷水过滤器筛板强度不够，发生变形后产生缝隙导致较大颗粒的灰垢进入激冷环，颗粒的直径大于激冷环环隙,因此无法从激冷环冲出，造成激冷环堵塞。

3 酸洗反冲洗

3.1 酸洗反冲洗方法

激冷水酸洗反冲洗流程图见图3。关闭破渣机下阀门(阀门5)、B激冷水过滤器排污阀(阀门2)、A激冷水过滤器出口阀(阀门4)，在缓冲罐内配置好的酸洗液经泵加压后由激冷水进口接入，流经B激冷水过滤器及附属管道后至激冷环酸洗，回液靠自重经破渣机后进入缓冲罐完成循环。根据回液检测数据间歇更换酸洗液，酸洗时间控制在8～16 h为宜。关闭阀门5、阀门3、阀门4，开启阀门1，气化炉保持70%液位，气化炉升压至0.5 MPa，缓慢开启阀门4开始反冲。依照上述方法依次提高压力至1.0 MPa、1.5 MPa进行3个压力级的反冲洗。

图3 激冷水酸洗及反冲洗流程图

3.2 控制点

先进行酸洗对管道内结垢进行初步浸泡，可以对后续反冲洗能起到促进作用；受管道结垢厚度及垢片硬度影响，酸洗药剂发挥出的效果受到削弱作用，药剂的选择范围可以放宽，对管道本体腐蚀影响可以忽略，但仍要严格控制氯离子的含量；酸洗及反冲洗涉及腐蚀及高低压转换，操作过程中需要做好安全防护措施[3-4]。

3.3 冲洗效果

激冷环反向冲洗改变了正常的流动方向，反冲洗过程中保证气化炉液位，依靠较大的水动量对管道进行逆向冲刷，较单纯的氮气反冲效果更佳；激冷环利用水汽反冲洗是纯物理作用，对激冷环本体及管道无腐蚀作用；反冲后系统恢复正常流程，激冷水调节阀开度由100%降低至64%，激冷水体积流量由167 m3/h上升至250 m3/h，满足生产要求。原始开车期间，激冷水调节阀开度为45%即可达到250 m3/h，判断激冷环仍有部分堵塞。