壳牌煤气化湿洗单元优化操作

张志颖

(河南龙宇煤化工有限公司 , 河南 永城 476000)

1 湿洗单元工艺流程

从干法除灰系统来的合成气温度335 ℃,灰含量<5 mg/Nm3进入湿洗系统。首先合成气通过文丘里洗涤器与循环水充分混合,然后气水混合物进入填料床洗涤器C1601底部,合成气从洗涤器底部水层中溢出进入填料床层,与洗涤水逆向流动充分接触,不仅降低了合成气中的细灰含量(控制在1 mg/Nm3以下),而且使合成气温度降到168 ℃。合成气通过C1601顶部气水分离器后离开C1601洗涤器,分成两股,一股去下游甲醇变换工段;另一股与干法除灰系统来的部分合成气混合后去冷激气压缩机。湿洗循环水中含有一定浓度的固体颗粒,为平衡循环水中的灰分含量,需排放一部分循环水量,同时循环水也洗去了合成气中部分的酸性气体,使得循环水呈酸性。在循环水泵后设有一个循环水pH值在线分析仪,随时记录循环水中pH值高低。为了防止酸液对设备、管线、阀门等整个系统的腐蚀,在循环水进入文丘里洗涤器前加入20%的碱液。其流量受合成气流量和pH值控制,以合成气流量控制为主,pH值控制为副,在正常工况下pH值控制在7.5左右。同时对从洗涤塔出来的合成气进行在线气体分析,分析内容包括H2、CO、CO2、H2S、COS、N2、CH4、NH3、O2等。通过气体分析调整气化炉运行工况,停开车时的系统置换也在此进行惰性分析。

图1 湿洗单元工艺流程简图

2 湿洗单元运行过程中遇到的问题

2.1 湿洗塔出口压力控制问题

湿洗塔出口压力是通过控制阀13PV0076来实现的,此阀门设计为前后压差自动控制,由于压差表偏差、故障等原因,阀门开度波动较大,对气化炉压力稳定及压缩机的稳定运行产生不良影响。

2.2 冷凝液和锅炉水补水管线经常泄漏问题

C1601的补水为甲醇变换工艺冷凝液,此冷凝液内含有氯离子(1 000～1 500 mg/L),易对C1601补水管线造成腐蚀,尤其是补水管线33PV0008A、16FV0014调节阀后管线受腐蚀和冲刷的双重影响,经常出现泄漏。

2.3 填料压差变化及运行流量变化的调整问题

经过干法除灰的合成气首先进入J1602文丘里洗涤器进行洗涤,洗涤后的合成气在进入C1601湿洗塔底部与C1601循环水逆流接触,除去合成气中的酸性气体和飞灰。随着装置运行周期的延长,飞灰黏附在J1602文丘里洗涤器喷淋头,堵塞喷淋头导致喷淋水流量16FI0012/15流量降低,致使洗涤效果差,造成C1601湿洗塔内填料层上垢层堆积,最终表现为C1601填料层的压差增大。

2.4 外送合成气管线及取压管根部腐蚀泄漏问题

外送合成气管线由于水汽含量高,在一些气体不流通的管道腐蚀严重,管线腐蚀后造成气化装置与甲醇变换工序之间管线经常在焊缝或弯头处出现漏点;同时管线上的取压点根部也多处出现泄漏,使气化炉被迫停车,造成较大经济损失。原来外送合成气管线材料为碳钢,在氯化物环境下存在应力腐蚀开裂的危险,存在严重的安全隐患。

3 目前装置采取的有效措施

①针对13PV0076控制过程中造成气化炉压力波动的现象,将调节阀13PV0076由原来自动控制改为手动控制,通过调整能够保证压缩机入口温度控制在205 ℃左右。调节阀13PV0076开度55%～65%,可以满足装置流量和温度调整的要求。

②湿洗塔补水改为工艺冷凝液之后,补水管线频繁出现泄漏。补水管线33PV0008AB上面只有2道调节阀,出现泄漏后无法实现有效隔离。带压堵漏难度较大,利用大修机会在补水调节阀16FV0014前后各加一道手阀,保证调节阀故障或泄漏时能够实现有效隔离。在16FV0014处对原来阀门材质进行升级,并对阀门容易冲刷腐蚀处进行加厚贴补处理。为降低腐蚀加大液碱的量,控制循环水pH值在6左右。原来液碱储罐容量太小,改造后在原来储罐旁边添加一台35 t储量的备用罐,可单独给加碱泵供液,也可通过上下连通阀给原储罐补充液碱。为保证循环水质量,加大外排水的量,由原来5～7 Nm3/h调至13～15 Nm3/h。同时在煤质上要求Cl-严格控制在0.05%以下。

③湿洗塔运行一段时间后,填料层压差会出现微量上涨,去文丘里洗涤器的补水和塔部上层流量也会出现较大波动。分析原因为两个调节阀节流面积小,循环水中含有少量的垢片,在调节阀阀芯处及文丘里喷嘴处出现堵塞。这两股来水都由P1601泵提供,在流量低了之后经常启动双泵来提高出口的流量和压力,同时保证调节阀在较大开度,并且扩大文丘里内喷嘴出水孔直径来缓解流量下降现象。

④316L不锈钢管在Cl-环境中易腐蚀,为此将湿洗塔外送管线由原来的碳钢改为规格型号为Ф457×(14+3)20G+316L(带有316L防腐内衬+外部20号碳钢管线),同时合成气管线上的取压点由原来的普通取压口改为18“变4”316L取压管台。并按要求在装置停车检修之前进行氮气置换,完毕之后进行在没有检修任务时对管线进行氮气保护。

4 优化后的运行效果

①气化炉在负荷及后系统稳定条件下, 13PV0076阀门手动维持55%,气化炉压力波动在10 kPa以内,压缩机输送气量在22.5万Nm3/h,压缩机入口温度、振值等参数稳定。②湿洗塔补水系统可以有效隔离,即使调节阀出现故障,现场可以通过调节阀旁路手阀满足补水要求。大大减小了气化炉因湿洗塔补水问题造成的停车风险。增加的备用液碱储罐大大减少了外来液碱的加车频次,减少了液碱装卸阶段最危险的操作过程。③湿洗塔运行一段时间后,整体过程存在结垢现象,表现为去洗涤塔及塔顶部两大流量出现下降现象。为缓解因流量下降造成湿洗塔出口温度的波动,当两个流量低于80 m3/h时,通过16FV0012/15及旁路进行调整,在调整过程中流量变化不大时才会考虑启动P1601双泵运行,同时通过开关外水开关阀16XV0017改变出口压力来对堵塞部位进行冲洗。经过调整,16FV0012/15两个流量均能保持在85 m3/h左右,出口合成气温度也能保持相对稳定。④对外送合成气管线改造后的两年时间内此管段未出现一次管线泄漏现象,同时在最近一次的停车检修中对管线的检测发现,其腐蚀量基本可以忽略不计,取压管台也未再出现泄漏现象。