多元料浆气化装置工艺管线优化改造小结

崔道辉

（安徽六国化工股份有限公司，安徽 铜陵 244023）

1 概 述

安徽六国化工股份有限公司（简称六国化工）氮肥厂280 kt／a合成氨项目气化装置采用西北化工研究院多元料浆加压气化专利技术，共设置有3台气化炉（两开一备），设计单炉投煤量750 t／d。六国化工多元料浆气化装置以烟煤为原料，采用激冷流程、三级闪蒸工艺，气化装置分为制浆工段、气化工段、渣水工段三部分。在气化工段，水煤浆和氧气通过工艺烧嘴进入气化炉，反应生成的粗合成气中夹带的灰尘在进入变换系统之前除去，气化炉排出的溶渣在激冷室中冷却，粗渣经锁斗排至炉外，细渣则在渣水工段中予以除去；在渣水工段，从气化炉和碳洗塔来的黑水，经闪蒸和沉降将其中的固体和溶解气体分离出去，灰水经除氧后返回气化工段循环使用，并将高压闪蒸气的热量予以回收利用。

六国化工气化装置自2012年12月开车至今，总体运行平稳，但还是有一些问题制约着气化装置的长周期、安全、稳定运行。经过不断的总结与探索，并结合业内同类型装置的运行经验，六国化工对气化装置工艺管线进行了优化技改，现将有关情况简介如下。

2 碳洗塔排黑水管线优化改造

碳洗塔排黑水口有底部排水口和侧部排水口各1个。正常生产过程中，为延缓激冷环和气化炉内部结垢的速度，延长气化炉的运行周期，要求送往气化炉的激冷水（黑水）含固量尽可能低点，故要求碳洗塔排黑水走底部排水口，在碳洗塔底部排水不畅的情况下侧部排水口应急排放。日常单炉系统停车以后，气化车间会组织人员将碳洗塔内部的积灰清理掉，但由于碳洗塔内部上方部件附着的少量垢片无法清理干净，同时在气化炉开车投料的一瞬间，气化炉出口合成气管线内还有少量的垢片被瞬间带到碳洗塔内部，容易造成垢片堵住碳洗塔底部的排水口，致使气化炉开车成功以后碳洗塔的黑水不得不从侧部排出，导致通过激冷水泵（P1305）由碳洗塔送往气化炉的激冷水水质变差，进而易导致激冷环以及气化炉上升管与下降管之间的环隙结垢，使得气化炉的运行周期缩短。

为解决碳洗塔底部排水口不能排水进而影响气化炉长周期稳定运行这一问题，2015年6月对碳洗塔排黑水管线进行了如下改造：在碳洗塔（C1301）排黑水管线弯头后30 cm处增加1个变径三通（DN100×40 mm），再在高压灰水管线上现场压力表（PG1377）处增加1个等径三通（DN40），此处引出一股压力为7.0～7.5 MPa的高压灰水到新增的变径三通（DN100×40 mm）处，用新增高压灰水管线上的两道手动阀来控制高压灰水的通断。这股高压灰水在气化炉投料前打开，此时碳洗塔排黑水阀（FV1304）及其后至高压闪蒸罐（V1401）之总阀关闭，将这股高压灰水反冲至碳洗塔内部，以防碳洗塔出口管线及弯头处堵塞；当碳洗塔开始准备排水前，依次全开碳洗塔排黑水至高闪总管压力调节阀（PV1412）、碳洗塔排黑水阀（FV1304）后至V1401总阀，待气化炉压力升至2.0 MPa时，关闭这股高压灰水，全开FV1304，根据碳洗塔排水流量（FT1304）示数判断碳洗塔排黑水管线是否通畅——如果FT1304显示流量小或者没有流量，中控（人员）关闭FV1304，重新打开高压灰水进行冲堵。改造后碳洗塔排黑水管线工艺流程如图1（图中云线内为改造之处）。

图1 改造后碳洗塔排黑水管线系统流程示意

碳洗塔排黑水管线优化改造后，保证了黑水从碳洗塔底部排水口排出，使得气化炉和碳洗塔内的黑水水质得到改善，延缓了气化炉及碳洗塔内部结垢，延长了气化装置的运行周期。

3 气化炉排黑水总管优化改造

气化炉黑水排放路线有三路：气化炉日常烘炉时，气化炉内的水直接由黑水排放阀（FV1312）排至渣池（V1308）；第2台或者第3台气化炉开停车时，当气化炉的压力＞0.5 MPa而低于气化炉黑水排放总管的压力时，气化炉内的黑水由黑水排放阀（FV1312）排至开工冷却器（E1302），最终排往沉降槽（T1401）内；正常运行时气化炉黑水通过黑水排放阀（FV1312）排至气化炉黑水排放总管，最后送往高压闪蒸罐（V1401）内。气化炉倒炉时，气化炉从投料开始到升压至正常压力，其黑水的排放要经历两次切换：①气化炉投料成功后到压力升至0.5 MPa前，气化炉内的水排往渣池（V1308），气化炉压力升至0.5 MPa后，为避免高温灰水及其溶解的有毒有害气体对环境及人员造成影响，需将气化炉排黑水切至开工冷却器（E1302）；②气化炉升压至高于黑水排放总管压力（约4.0 MPa）后，为回收系统余热及降低黑水温度、浓缩黑水中固体、解吸少量酸性气，排往开工冷却器（E1302）的黑水切至高压闪蒸罐（V1401）。

实际生产中气化炉倒炉时，当备用气化炉开车成功升压至4.0 MPa后，气化炉排黑水要进行第二次切换时偶尔会出现无法排水的问题，这就严重影响了气化炉及闪蒸系统的正常运行——因为3台气化炉共用1套排水总管，两开一备的运行模式中，2台气化炉在运，会使备用气化炉排黑水总阀至排水总管这一节管线内的流体长时间处于不流动状态，因热胀冷缩作用，管线中的垢片容易脱落，垢片与黑水中沉积的细灰易在气化炉至高闪总管上阀后部分管线内结块而堵塞管线，进而致使倒炉时备用气化炉排黑水不畅而无法正常运行。

为解决倒炉时可能出现的备用气化炉排黑水不畅问题，2017年6月对气化炉排黑水管线进行了如下改造：在气化炉（F1301A／B／C）排往高压闪蒸罐（V1401）总管的支管末端各增加1个DN200的金属硬密封球阀，再从高压灰水换热器（E1401）来的高压灰水总管上引1根DN80的灰水管线，然后引该高压灰水至新增的球阀前面，在气化炉单系统停车期间，将增加的DN200的球阀关闭，定期打开DN80冲洗水阀向开工冷却器（E1302）进行冲洗，防止气化炉排往高闪总管的支管及排往开工冷却器（E1302）的管线出现堵塞，确保在备用气化炉开车时其排往高闪总管的支管及排往开工冷却器（E1302）的管线畅通；另外，在气化炉（F1301A／B／C）排往高闪总管的盲头处增加一路DN80的高压灰水冲洗水，在气化炉A停车期间，定期开启该冲洗水冲洗高闪总管，防止气化炉A系统与气化炉B系统之间的排黑水总管堵塞。改造后气化炉排黑水总管系统工艺流程见图2（图中云线内为改造之处）。

气化炉排黑水管线改造，所用的设备少而且实施容易，投入低，改造后的工艺流程简单，生产操作容易、控制稳定，能保证在线倒炉时备用气化炉排黑水顺畅，避免气化炉被迫停车，保证倒炉时气化装置的正常运行。

4 碳洗塔至合成气总管调节阀间管线优化改造

六国化工气化车间3台气化炉对应着3台碳洗塔，3台碳洗塔的出口合成气管线最终汇聚到1根总管后去往变换系统。在气化装置单炉系统倒炉检修时，需将所停系统碳洗塔出口合成气管线上盲板倒盲，防止在检修本台碳洗塔及气化炉时，由于碳洗塔至合成气总管调节阀（HV1304）和HV1304后手阀内漏使合成气总管的粗合成气倒窜至待检修的碳洗塔和气化炉内，从而引发人身伤害事故。但是在倒所停系统碳洗塔出口合成气管线上盲板时，由于碳洗塔至合成气总管调节阀（HV1304）和HV1304后手阀内漏，经常会有一定量的粗合成气泄漏，增加了倒所停系统碳洗塔出口合成气管线上盲板的风险。

为降低倒所停系统碳洗塔出口合成气管线上盲板的风险，2018年5月对碳洗塔至合成气总管调节阀（HV1304）之间管线进行了改造：将碳洗塔至合成气总管调节阀（HV1304）副线阀后DN50的90°长半径弯头改成等径三通，在此三通上接1根DN50的管线至碳洗塔出口压力调节阀（PV1311）后的开工火炬放空管，并在该新增管线上增设两道阀门，防止在系统正常运行时漏气至火炬；单炉系统倒炉检修时，现场先关闭所停系统碳洗塔至合成气总管调节阀（HV1304）的后手阀，再打开该管线上去开工火炬的阀门。碳洗塔至合成气总管调节阀之间管线的改造如图3（图中云线内为改造之处）。

图3 改造后碳洗塔至HV1304间工艺流程示意

碳洗塔至合成气总管调节阀间管线优化改造后，单炉系统倒炉检修时，所停系统碳洗塔至合成气总管调节阀（HV1304）和HV1304后手阀内漏的粗合成气直接排放至开工火炬，确保碳洗塔出口合成气管线上盲板处无粗合成气，从而保证倒盲板时操作人员的人身安全。

5 结束语

多元料浆气化装置在我国已有多年的运行实践，六国化工针对多元料浆气化装置存在的一些问题，通过对几条工艺管线进行优化改造，取得了不错的改造效果，可为业内提供一点参考与借鉴。但由于工程设计方面的不足以及操作经验尚需不断积累，现阶段六国化工气化炉开停车次数仍较多（气化炉运行周期约为80 d），尚需对影响气化炉长周期、高负荷、稳定运行的问题进一步研究与探讨，不断进行优化改进、提高运行维护水平，使气化炉运行得更好。总之，气化装置的优质运行，涉及的问题比较多，也很复杂，这就要求我们在平时的工作中勤总结、多摸索，以利气化装置的安、稳、长、满、优运行。