干粉煤气化装置蒸汽系统开车调试问题及优化改进

马振明，耿文杰，李 赞

(东华工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024)

0 引 言

我国“富煤少油缺气”的化石能源资源禀赋决定了自身特有的能源利用政策和发展方式。为了资源的合理高效利用及国家的能源安全，以煤为原料生产合成气，进而生产各种下游产品的生产方式还将存在较长一段时期。近年来，以干煤粉加压气化、水煤浆加压气化为代表的气流床气化技术在新兴大型煤化工项目中得到广泛应用。干煤粉气化装置包括氧气系统、煤粉进料系统、气化系统、黑水/灰水系统、蒸汽系统等，实际生产管理中蒸汽系统的运行维护往往不被重视，但干粉煤气化装置蒸汽系统除了必须遵循常规的要求与原则外，还需考虑应用于干煤粉气化装置的特殊性。以下就国内某企业干粉煤气化装置原始开车调试阶段发现的蒸汽系统相关问题及其解决办法作一总结，以期为业内提供一点参考与借鉴。

1 干粉煤气化装置蒸汽系统简介

(1)高压蒸汽管网。来自界区外的535 ℃、8.8 MPa高压蒸汽经减温减压器(减温水采用7.3 MPa中压锅炉给水)减至350 ℃、5.5 MPa后，高压蒸汽经调节阀进入气化炉炉头氧气管线内；其中，减温器后2 m直管段采用高等级材料，变等级后管线上设压力和温度测点，且减压后管线上设安全阀。

(2)中压蒸汽管网。来自界区外的250 ℃、3.82 MPa中压蒸汽进入气化装置界区内，此等级的蒸汽用户为氧气预热器，氧气由40 ℃预热至175 ℃后进入后续流程，出氧气预热器的蒸汽冷凝液经双疏水阀组进入中压蒸汽冷凝液管网。

(3)低压蒸汽管网。来自界区外的158 ℃、0.5 MPa低压蒸汽进入气化装置界区内，此等级的蒸汽用户较多，包括仪表点伴热、管线伴热、设备伴热、公用工程站等，主要是煤粉介质、水介质的用户伴热；低压蒸汽冷凝液经疏水阀后进入低压蒸汽冷凝液管网。

(4)冷凝液回收系统。中压蒸汽和低压蒸汽用户的蒸汽冷凝液分别汇合至各自等级冷凝液母管后，分别送入冷凝液回收槽予以回收利用。

2 蒸汽系统试车过程中发现的问题及优化改进

2.1 高压蒸汽管线脱脂问题

蒸汽管线一般需要经过打靶试验，达标后即可投入使用；但汇入氧气管线的高压蒸汽(即高压蒸汽汇入氧气中作为气化剂)管线，在管道施工完成后需进行脱脂处理。在高压蒸汽管线脱脂完成后，对管线脱脂效果进行检查，打开部分法兰口，目测管线内残存有固体颗粒物，采用波长320～380 nm的紫外光检测被清洗管道内壁，发现有油脂荧光，用清洁干燥的白色滤纸擦拭清洗后的管道内壁，发现滤纸上有点状油脂痕迹。据此，判定高压蒸汽管线脱脂不合格。

2.1.1 脱脂失败原因分析及处理

参照《石油化工设备、管道化学清洗施工及验收规范》(SH/T 3547—2011)中相关要求，分析高压蒸汽管线脱脂失败的原因，可能包含如下几个方面。

(1)高压蒸汽管线脱脂未完全按照化学清洗流程进行。管线在吹扫后未进行水冲洗，致使管线内部残留固体颗粒。

(2)化学清洗采用循环清洗的方案，循环泵流量选择错误。按照有关要求，清洗液的流速宜在0.2～0.5 m/s，而施工单位所用循环泵流量偏小，清洗液在高压蒸汽管线内流速偏低，不仅易造成固体沉积，而且清洗效果也会打折扣。

(3)化学清洗药剂选择可能存在问题。经检查，高压蒸汽管线内部有油污，初步判断化学清洗药剂选择或配比可能存在问题，建议施工单位确认化学清洗药剂的选用情况。

针对上述可能的原因，施工单位使用更大流量的循环泵，并对化学清洗药剂配方重新进行了调整，然后对高压蒸汽管线进行二次化学清洗，最终检查合格。

2.1.2 化学清洗注意事项

因高压蒸汽管线脱脂进行了二次作业，对项目开车进度造成了一定的延误。为避免出现类似问题，高压蒸汽管线化学清洗时需注意如下事项。

(1)化学清洗之前，需明确化学清洗的范围，干粉煤气化装置化学清洗的范围一般包括氧气管线、氮气管线、蒸汽管线和与之相连接的设备、阀门等，为了与整体进度相协调，施工过程中需统筹考虑化学清洗范围内的管线和设备的同步交出，以供化学清洗单位作业，即需统筹协调管线施工、设备安装和水压试验等进度，避免因施工工序安排不合理而造成返工或误工。

(2)化学清洗单位编制化学清洗方案需认真审核，重点关注化学清洗的步骤、化学清洗药剂的选择、循环泵的流量与扬程、清洗污水的排放、化学清洗合格的标准、检测设备等，建议按照SH/T 3547—2011中相关要求执行。

(3)化学清洗步骤多、操作过程较为复杂，一般采用循环清洗的方法，合理的管线回路，不仅可提高清洗效率，而且利于提升化学清洗效果，故选取合适的管线回路很重要——应尽量选取管径相似、分支管路较少的管路形成一个闭环，以有效保证化学清洗效果并节约清洗时间。

2.2 氧气预热器疏水阀安装问题

干粉煤气化装置中，氧气预热器、低压氮气预热器热源分别为中压蒸汽、低压蒸汽。本项目开车过程中，打开氧气预热器蒸汽阀门，发现氧气温度上升很慢，蒸汽流量也很小。现场检查发现，氧气预热器蒸汽冷凝液出口管线积液严重，蒸汽无法流动，氧气就无法有效升温；进一步检查管路，发现蒸汽疏水阀安装在垂直管线上，且阀前无导淋，导致试车过程中无法排净疏水阀前管路积水，由此阻碍了蒸汽的流动。

试车过程中，当时考虑到时间进度要求，未立即停车整改此管路，而是缓慢增加蒸汽量，缓慢加热疏水阀前冷凝液，耗费了较长的时间打通了冷凝液后续管路，蒸汽流量逐渐增大，最终氧气被加热至正常温度。为更好地解决这个问题，计划后续进行整改，包括如下几点。

(1)按规定在疏水阀前管路设排净阀，疏水阀水平安装，如此一来，装置停车时可以排净前端的冷凝液，防止冬季管线内存有未排净的水而发生管线冻裂问题；开车阶段引蒸汽至设备时，通过小开排净阀可以查看是否有蒸汽通过，且可以对蒸汽管线进行暖管。

(2)疏水阀后和后续冷凝液管线间设切断阀，且切断阀前设导淋，以便检查疏水阀的疏水性能，判断冷凝液的通过性及疏水阀是否漏气等。

(3)重要的蒸汽加热设备建议设置双疏水阀，并联配置，若其中一个疏水阀损坏，另一个疏水阀可用，从而可保证系统的连续稳定生产。

2.3 氧气预热器出口氧气温度控制问题

氧气预热器出口氧气温度采用氧气出口温度和蒸汽流量串级调节，一般氧气温度控制在170～180 ℃。本项目开车过程中，按照程序打开氧气预热器蒸汽流量调节阀，因氧气初始温度与设定值之间相差较大，流量调节阀迅速开大，蒸汽流量增大，大大超出了蒸汽的正常流量值；因氧气预热器为冷态，需要较长的时间氧气温度才会有明显的提升；随着氧气温度逐渐接近设定值，蒸汽流量并未有明显减少；当氧气温度超过设计值后，蒸汽流量调节阀才缓慢关闭，但此时氧气温度还在继续快速升高，为避免氧气超温，操作工快速手动关小蒸汽流量调节阀，直至关闭，此时氧气温度才缓缓达到高值并下降。

按理说，氧气预热器用蒸汽量较小，正常生产时氧气流量相对稳定，控制较为平稳，但在系统开车初期，因氧气温度低，此时氧气温度如果投自动控制，蒸汽流量调节阀开度就会越开越大，导致蒸汽流量很大，较正常操作时偏大很多，氧气温度会急速升高，当氧气预热器出口氧气温度接近或者到达设定值时，蒸汽流量调节阀才会慢慢关小，但此时因阀门调节反应过慢，氧气预热器出口氧气很容易超温，造成很大的安全隐患。为使系统开车初期氧气温度控制平稳，建议按如下方式进行操作。

(1)蒸汽引入氧气预热器前，因设备为冷态，设备预热需要一定时间，会造成氧气到达预设温度的时间过长，使得氧气放空时间长。因此，建议在引氧气前对氧气预热器先用蒸汽预热，但需注意不能超过氧气预热器的设计温度，避免因蒸汽温度过高而带来氧气预热器超温隐患。

(2)在氧气预热器引蒸汽预热前，需检查疏水阀前管路是否有冷凝凝积聚，若有，需要先排净，以免产生水击现象。

(3)引氧气入氧气预热器阶段，建议采用手动方式控制蒸汽流量——氧气温度较低时，操作工手动控制蒸汽流量调节阀，此时的流量可以比正常操作工况下大，保持阀门较大的开度；在氧气温度达到设定值前还有一段距离时，据操作经验，可逐步减小蒸汽流量，尽量使氧气升温平缓；氧气温度接近设定值时，逐步将蒸汽流量调节阀开度调整至预定的开度，同时可考虑将氧气温度控制投自动。

2.4 蒸汽伴热站管理问题

干粉煤气化装置需要蒸汽伴热的用户较多，如煤粉管线、水系统的仪表点、部分设备等，伴热点种类多、总数也多，且分布于气化框架各层中。本项目开车过程中，部分伴热管线泄漏，部分伴热点需要整改，且发现伴热站和冷凝液收集站未对伴热点进行标记，无法及时快速找到用汽点对应的蒸汽伴热管线并关闭发生泄漏支线上的阀门，对生产造成了很大的影响，当时只能对照原设计图纸逐个进行现场核实，一对一试验，整改伴热点标记。因此，建议在伴热管线施工完成以后、保温施工之前，逐个对伴热管线和伴热用户进行核对，并在蒸汽伴热站和冷凝液收集站每个点挂牌，标记出用户名称或者位号，做到一一对应，为后期蒸汽伴热站管理和检修带来便利。

伴热管线口径较小，施工时若吹扫不净，很容易发生管线堵塞，致蒸汽和冷凝液流通不畅，系统投运后冬季极易发生管线冻裂，继而导致伴热用户发生损坏。因此，为避免上述情况发生，建议施工时重点关注蒸汽伴热管线吹扫作业。

项目正式投产后，也需定期对蒸汽伴热站和冷凝液收集站伴热点挂牌完整度进行检查与维护，这样就可以在发现伴热用户因无伴热蒸汽而出现故障时快速、准确地找到伴热点，利于及时查明原因并解决。同时，建议蒸汽用户分区管理、设置支线总阀，并在用汽量需精确控制的用汽点增设支线流量计，以减少现场冬季操作强度。

2.5 蒸汽系统仪表阀门吹扫投用问题

加入氧气中的高压蒸汽自上游减温减压而来，减温减压器与管线之间为焊接连接，本项目在管线完成脱脂以后，因现场暂时不具备吹扫条件，蒸汽管线在未吹扫的情况下，施工单位将减温减压器与管线进行了焊接，造成后续无法直接进行蒸汽吹扫(仪表方面要求蒸汽管线吹扫时，需拆除仪表调节阀，以免对阀门造成损坏)，现场只能割开减温减压器与管线之间的焊缝进行吹扫，吹扫完成后再重新进行焊接。蒸汽管线吹扫要求高、吹扫时间长，因此对待高压焊接仪表阀门，在吹扫前需要格外重视，应按照施工顺序依次进行，避免后期返工。

2.6 蒸汽管线运行情况定期检查问题

蒸汽系统因其重要性和特殊性，运行期间需进行常规的检查与评估，建议关注如下事项。

(1)开车初期，密切关注蒸汽管线热胀冷缩情况，关注蒸汽管线和冷凝液管线是否有水击及支架是否完好；蒸汽管线投用初期，严格按操作规程进行，尽量做到缓慢平稳。

(2)查看各疏水阀的运行情况，如疏水阀运行是否正常、是否有漏气情况等。

(3)蒸汽管线在装置投运初期往往会产生较大的位移量，因此需重点检查高温高压蒸汽管线支架有无滑脱现象，固定架、滑动架有无异常，管线是否有较大的变形等。

3 结束语

近年来，国内煤化工产业处于快速发展期，但随着能源发展战略的变化和“双碳”目标的提出，产业发展逐步降温。近期，随着世界格局的变动，尤其是俄乌冲突对世界能源格局等的影响，各国对能源的态度又在发生着变化。但作为煤炭清洁高效综合利用的前端技术，煤气化技术在我国能源利用产业链中始终占有重要的地位。

对于干煤粉气化装置而言，其氧气系统、煤粉进料系统、气化系统、黑水/灰水系统常常是企业重点关注的对象，而蒸汽系统往往并未得到足够的重视。上述关于某企业干粉煤气化装置蒸汽系统开车调试阶段发现的问题及其整改(或建议)的总结，希望能对蒸汽系统的优化设计及施工、运行维护等有一定的指导作用，从而助力气化装置的安全、稳定、优质运行。