合成气出口管道泄漏问题分析

徐胜强,高建平,曹亭亭

(山东明泉新材料科技有限公司, 山东章丘 250204)

山东明泉新材料科技有限公司顶置式多喷嘴粉煤加压气化装置在运行过程中多次出现合成气管道积灰,造成系统压差上涨。通常在检修过程中对积灰进行清理即可保证装置下一个运行周期的稳定[1];但在检修过程中对合成气管道及弯头部位壁厚进行检查及定期测量,都未发现合成气管道存在偏流或其他原因的磨损。2022年4月15日,现场巡检发现A气化炉合成气出口法兰前焊缝处泄漏,被迫倒炉运行,给生产管理工作带来了新的挑战。针对出现的问题,笔者进行整理汇总,旨在为同类项目提供参考。

1 工艺流程

气化系统工艺流程见图1。

图1 系统工艺流程

经过磨煤系统磨制的煤粉经过3条煤线加压输送至气化炉,与空分工段送来的纯氧(入炉前与蒸汽混合)在气化炉内发生欠氧反应,生产以CO+H2为主要成分的合成气。合成气在气化炉内经过激冷环激冷,然后进入激冷室水洗后从气化炉合成气出口管道送至洗涤塔进一步洗涤,洗涤后送至变换工段。粗渣经过激冷环激冷,然后进入激冷室水洗后继续向下运行,经过变压容器渣锁斗间断升降压后排出系统[2-3]。在此过程中,合成气和粗渣在激冷室洗涤期间存在部分细渣被合成气夹带至合成气出口管道的情况。

2 存在的问题及原因分析

2022年4月15日05:00:00,气化主控人员监控有毒可燃气体报警记录时发现A气化炉西CO浓度异常报警,随即联系现场人员查看有无泄漏情况。现场人员巡检发现A气化炉7楼西南侧有泄漏并立即汇报,随后现场人员确认漏点位置为A气化炉合成气出口法兰前焊缝处,A气化炉做紧急停车处理,C气化炉做开车准备,同时通知相关外送单位及空分工段做生产调整。

根据A气化炉检修检测数据分析,造成A气化炉本体出口法兰连接管泄漏的原因主要有以下4个方面:

(1) 为了控制合成气管道压差上涨速率而降低系统压差,导致合成气控制带水,大量气体携带黑水并夹带灰渣,对管道形成冲刷磨损。

(2) 为了了解A气化炉本体出口法兰连接管泄漏前的数据情况,选取2022年4月10—14日及同年3月同期数据进行对比,结果见表1。由表1可以看出:煤炭灰分含量偏高,灰熔点高,渣量较多且黏度高,气化炉渣口堵渣,粗渣带丝严重。丝状粗渣相较于颗粒渣更容易被带入合成气管道(见图2),对管道造成冲刷磨损,而粗渣的主要成分为Al2O3和SiO2,Al2O3和SiO2的硬度均高于316L不锈钢(见表2),加剧了管道冲刷[4]。

表1 A气化炉粉煤停车前(2022年4月10—14日)数据与同年3月同期数据对比

表2 材料硬度

(3) 气化炉合成气出口设置有折流挡板(见图3),使合成气直接冲击合成气出口法兰加强管下部,加上合成气出口3个弯头之间12 m管道为清洗死角,此处管道结渣堵塞形成阻力,加大了对此处的冲刷磨损。

图2 合成气管道内清理出的灰块

图3 气化炉合成气出口

(4) 气化炉合成气出口本体法兰连接短管材质为14Cr1MoIV、堆焊层为6 mm厚316L不锈钢,参照B气化炉相同位置的冲刷情况,管道堆焊质量缺陷,抗冲刷能力偏弱。

3 预防措施

(1) 在稳定炉况的前提下合理控制炉温,严格控制气化炉渣口压差、CO2成分指标,根据煤质变化及时调整上煤比例,减少粗渣带丝,保证渣口通畅,并合理控制合成气带水量。

(2) 利用计划检修机会对3台气化炉易冲刷磨损设备、管道进行全流程检查,及时发现问题并消除隐患。

(3) 联系设计单位对A、C气化炉合成气出口管道7楼增加弯头检测平台、检修短节设计,定期检测,便于检修,消除管道阻力影响。

(4) 随着气化装置运行周期的加长,尤其是气化单系统运行周期≥150 d以后,装置运行效率下降,新问题出现的概率增大,对系统的安全稳定运行产生较大的隐患。根据气化装置为2开1备的设置,计划定期倒炉检修,暂定单炉连续运行周期为150 d。运行期间需重点管控:①气化炉渣口压差变化带来的粗渣带丝问题,通过对炉况动态指标的调整,确保合理的炉温,实现产量、消耗的高效化;②煤炭严格按照采购计划相关指标要求使用,确保炉况稳定;③针对气化装置易出现的问题,如激冷室、合成气管道、闪蒸汽洗涤器塔盘结垢等问题,严格按照前期运行经验,通过定期拉渣、合理管控合成气带水及渣水水质管理等措施确保单炉单个周期内运行的安全稳定;④单炉检修期间进行全流程检查,制定标准化检修程序,彻底对系统内管道、设备、阀门等进行检查,消除装置单个运行周期可能出现的问题。

4 结语

针对山东明泉新材料科技有限公司气化装置出现的合成气出口泄漏问题,其泄漏点及泄漏的原因较常规运行经验不同(一般出现泄漏是合成气管道积灰造成局部流速过高冲刷导致的),针对本气化装置运行过程中工况变化出现的粗渣带丝问题,即生产过程中粗渣状态发生了改变,从而对设备、管道产生了新的影响,充分论证物料在生产过程中的状态变化可能产生的影响,只有这样才能提前预判装置长周期运行中存在的隐患点,加强监控并及时消除,以保证装置安全稳定长周期运行。