趙伯平
(陜西煤化集團(tuán)陜化公司,陜西 渭南 714100)
多元料漿氣化系一種氣流床加壓氣化技術(shù),壓力為8.3 MPa的高純度氧氣和壓力為7.8 MPa的水煤漿通過(guò)特制的三流道預(yù)混式單噴嘴工藝燒嘴噴入氣化爐內(nèi),在壓力6.5 MPa、溫度1 300~1 400℃的條件發(fā)生火焰型非催化部分氧化還原反應(yīng),生成水煤氣和熔融態(tài)的灰渣。生成的水煤氣經(jīng)激冷降溫洗滌除塵后送往變換工段。氣化爐及碳洗塔排出的黑水經(jīng)3級(jí)閃蒸,濃縮降溫回收熱量后進(jìn)入澄清槽進(jìn)行沉降處理,澄清的灰水經(jīng)除氧返回系統(tǒng)循環(huán)使用,沉降濃縮后的渣漿送往真空帶式過(guò)濾機(jī)系統(tǒng)脫水處理,濾餅外運(yùn)。氣化過(guò)程產(chǎn)生的熔融態(tài)灰渣經(jīng)激冷固化后,由破渣機(jī)破碎后再經(jīng)鎖斗系統(tǒng)收集排放到渣池,渣池中的灰渣經(jīng)撈渣機(jī)撈出后外運(yùn)。
多元料漿氣化裝置主要包括水煤漿制備、煤漿氣化、灰水處理3個(gè)操作單元。因此氧氣輸送管線是多元料漿氣化裝置必不可少的設(shè)備,其安全運(yùn)行是多元料漿氣化爐長(zhǎng)周期滿負(fù)荷運(yùn)行的有力保障。本文從誘發(fā)此類事故的因素、激發(fā)能源出發(fā),對(duì)多元料漿氣化裝置氧氣輸送管線事故的防范措施做一說(shuō)明,以供業(yè)內(nèi)同仁參考。多元料漿氣化裝置氧氣輸送管線在不同階段事故發(fā)生的過(guò)程是不同的,其事故的誘發(fā)因素也是不同的。
多元料漿氣化裝置氣化爐單系列氧管線工藝流程見圖1。
此過(guò)程中,氧氣的流程為空分工段→氧氣緩沖罐(V11)→氧氣入單爐切斷閥(XV007)→單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥(FV007)→單爐氧氣放空閥(XV005)→單爐消音器(Y001)→大氣。
此過(guò)程中,氧氣的流程為空分工段→氧氣緩沖罐(V11)→氧氣入單爐切斷閥(XV007)→單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥(FV007)→氧氣上游切斷閥(XV003)→氧氣下游切斷閥(XV004)→氧氣爐頭手動(dòng)大閥。氧氣流過(guò)氧氣爐頭手動(dòng)大閥后分成2路,1路經(jīng)工藝燒嘴外環(huán)氧管線單向閥進(jìn)入工藝燒嘴外環(huán)氧流道,另1路經(jīng)工藝燒嘴中心氧流量手動(dòng)遙控調(diào)節(jié)閥(HV006)、工藝燒嘴中心氧單向閥進(jìn)入工藝燒嘴中心氧流道。
在此過(guò)程誘發(fā)事故的激發(fā)能源為高速運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)微粒(如鐵銹、灰塵、焊渣、雜質(zhì)顆粒等)與管壁的摩擦??扇嘉餅殍F粉、鐵銹,氧化物為被輸送的氧氣。
氣化爐進(jìn)行開工氧氣流量建立過(guò)程中,氧氣放空切斷閥打開的瞬間,如果氧氣流量大、流速較高,也可能在氧氣放空管消音器出口處發(fā)生意外。在此階段誘發(fā)事故的激發(fā)能源為閥門開啟時(shí),氣流與消音器出口管壁、氣流與閥瓣與閥座的沖擊、擠壓,閥門部件之間的摩擦、靜電感應(yīng)、雷擊??扇嘉餅橄羝鞒隹谔幈砻娴墓腆w顆粒,氧化物為被放空的氧氣[1]。
圖1 氣化爐單系列氧管線工藝流程Fig 1 Single series oxygen pipeline process of gasifier
在建立氧氣開工流量前,應(yīng)采取如下防范措施:
1)根據(jù)多元料漿氣化系統(tǒng)吹掃方案,對(duì)氧氣輸送管線進(jìn)行徹底的清洗、吹掃、脫脂處理。如果該管線中含有碳鋼部件,還應(yīng)進(jìn)行酸洗鈍化處理。以消除多元料漿氣化裝置氧氣輸送管線在建立氧氣開工流量過(guò)程發(fā)生事故的激發(fā)能源及可燃物。
2)對(duì)氧氣放空流量調(diào)節(jié)閥、單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)試,確保其動(dòng)作靈敏、精確、可靠。
3)根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求,用氮?dú)獍凑沼傻蛪旱礁邏褐鸩缴龎翰槁┑姆椒ǎ瑖?yán)把質(zhì)量關(guān),做好氧氣系統(tǒng)設(shè)備及管道氣密性試驗(yàn)。
4)建立氧氣開工流量操作法、現(xiàn)場(chǎng)處置預(yù)案方案已下發(fā)并全員學(xué)習(xí)。所有操作人員培訓(xùn)合格,能夠熟練進(jìn)行正確的工藝操作,掌握安全防護(hù)技能。消防及救護(hù)部門已聯(lián)系妥當(dāng),具備隨時(shí)實(shí)施救援的條件。所有參與開車工作的人員必須服從開車領(lǐng)導(dǎo)小組的統(tǒng)一指揮和領(lǐng)導(dǎo)。引氧操作前由中央控制室指揮人員統(tǒng)一通過(guò)對(duì)講機(jī)及高音廣播指令現(xiàn)場(chǎng)所有工作人員撤離至危險(xiǎn)源100 m以外,通過(guò)對(duì)講機(jī)聯(lián)系及監(jiān)視攝像,2次確認(rèn)所有人員撤離。引氧操作時(shí)相關(guān)區(qū)域內(nèi)不得滯留任何人員,放置重要物品。
氣化爐運(yùn)行中,如果因多元料漿氣化裝置氧氣輸送管線上法蘭連接螺栓松動(dòng)、閥門密封部件失效,發(fā)生輕微泄露而及時(shí)消漏,就有可能發(fā)生燃爆事故。因此開車前應(yīng)做好氣密性試驗(yàn),以杜絕泄漏事故的發(fā)生。
氣化爐運(yùn)行時(shí),因空分裝置故障導(dǎo)致入氣化爐氧氣壓力波動(dòng)且呈下降趨勢(shì),氣化爐應(yīng)根據(jù)氧氣壓力波動(dòng)幅度,進(jìn)行減量操作。如果當(dāng)入爐氧氣壓力小于等于入爐煤漿壓力的時(shí)候,氣化爐沒(méi)有進(jìn)行緊急停車操作,那么水煤漿就會(huì)倒竄至入爐氧氣管線造成氧氣急劇壓縮,由于速度很快,來(lái)不及散熱,形成所謂“絕熱壓縮”,局部溫度猛升,成為著火源,引發(fā)部分氧化還原反應(yīng),形成爆炸性氣體混合物。引發(fā)化學(xué)物理爆炸事故。采取下列措施就能預(yù)防此類事故的發(fā)生:
1)因空分裝置故障導(dǎo)致氣化爐氧氣壓力波動(dòng)且呈下降趨勢(shì),立即匯報(bào)調(diào)度,操作人員應(yīng)根據(jù)氧氣壓力波動(dòng)幅度適當(dāng)減負(fù)荷運(yùn)行,并做好停車準(zhǔn)備。
2)減量時(shí),中控操作人員密切關(guān)注氧氣壓力、煤漿壓力、系統(tǒng)壓力及氧煤比的變化,及時(shí)調(diào)節(jié)使之達(dá)標(biāo);同時(shí),入爐氧氣流量、入爐煤漿流量應(yīng)降低;加強(qiáng)與調(diào)度的溝通,掌握空分情況。
3)如果氧氣壓力波動(dòng)且呈下降趨勢(shì)且入爐氧氣壓力小于等于入爐煤漿壓力的時(shí)候,應(yīng)立即對(duì)運(yùn)行的氣化爐進(jìn)行緊急停車處理。
4)當(dāng)空分裝置因故障停運(yùn)1套時(shí),氣化爐應(yīng)立即停運(yùn)1臺(tái);當(dāng)空分裝置因故障停運(yùn)2套時(shí),第2臺(tái)氣化爐也應(yīng)立即停車。
5)沒(méi)有經(jīng)過(guò)相關(guān)技術(shù)人員及車間領(lǐng)導(dǎo)的批準(zhǔn),氣化爐入爐氧氣流量低安全停車聯(lián)鎖不得旁路。
6)加強(qiáng)員工業(yè)務(wù),提高其業(yè)務(wù)水平。
在氣化爐運(yùn)行過(guò)程中必須保證有與相匹配的空分裝置正常運(yùn)行,ESD安全聯(lián)鎖動(dòng)作靈敏可靠,否則,一旦與氣化爐相匹配的空分裝置出現(xiàn)故障而氣化爐并不能通過(guò)ESD安全聯(lián)鎖系統(tǒng)停車,就會(huì)引發(fā)事故。預(yù)防此類事故發(fā)生的措施是,在工藝燒嘴安全就位后,進(jìn)行ESD安全聯(lián)鎖系統(tǒng)閥門開、停車動(dòng)作測(cè)試,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,聯(lián)系電儀工及時(shí)解決。
氣化爐停車按鈕按下后,氣化爐ESD安全聯(lián)鎖系統(tǒng)就會(huì)按既定程序自動(dòng)執(zhí)行氣化爐停車工藝操作。如果氣化爐ESD安全聯(lián)鎖系統(tǒng)閥門動(dòng)作不到位,就會(huì)造成氣化爐工藝燒嘴中心氧流道、外環(huán)氧流道、水煤漿流道高壓氮?dú)獯祾卟粡氐着c氣化爐內(nèi)倒回的合成氣形成爆炸性氣體混合物,引發(fā)事故。
氧氣入單爐氧氣切斷閥、流量調(diào)節(jié)閥門、上下游切斷閥門、爐頭手動(dòng)閥、中心氧流量調(diào)節(jié)閥、單向閥安裝前未進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。閥門內(nèi)漏沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)是這類事故的誘發(fā)因素。采取以下措施可預(yù)防此類事故的發(fā)生:
1)在氣化爐投料前,對(duì)氣化爐ESD安全聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,調(diào)試時(shí),應(yīng)保證氧氣入單爐切斷閥、單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)。煤漿入爐切斷閥、手動(dòng)閥之間雙道球閥間盲板導(dǎo)通,雙道球閥處于開啟狀態(tài),其開度應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)要求。在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)聯(lián)系電儀人員解決。合格標(biāo)準(zhǔn)為:氣化爐開停車按鈕按下后,氣化爐ESD安全聯(lián)鎖系統(tǒng)就會(huì)按既定程序自動(dòng)執(zhí)行氣化爐開停車工藝操作,ESD安全聯(lián)鎖系統(tǒng)閥門動(dòng)作靈敏到位。
2)氧氣入單爐氧氣切斷閥、流量調(diào)節(jié)閥門、上下游切斷閥門、爐頭手動(dòng)閥、中心氧流量調(diào)節(jié)閥、單向閥檢修結(jié)束后,安裝前應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)介質(zhì)為脫鹽水,試驗(yàn)壓力應(yīng)大于8.5 MPa小于10.0 MPa,保壓3 h無(wú)泄漏為合格。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,對(duì)上述閥門按照相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行清洗、吹掃、脫脂處理合格復(fù)位。
3)氧氣入單爐氧氣切斷閥、流量調(diào)節(jié)閥門、上下游切斷閥門、爐頭手動(dòng)閥、中心氧流量調(diào)節(jié)閥、單向閥復(fù)位后,用氮?dú)獠捎糜傻蛪旱礁邏壕徛鋲旱姆椒?,根?jù)流程分段進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。按以下步驟分段進(jìn)行耐壓試驗(yàn):
進(jìn)行耐壓試驗(yàn),關(guān)閉氧氣入單爐切斷閥XV007、單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥FV007,稍開遙控手動(dòng)閥HV023前手動(dòng)閥,打開氮?dú)鈨?chǔ)罐出口壓力調(diào)節(jié)閥前后手閥,設(shè)定PV021壓力為8.5 MPa。緩慢打開遙控手動(dòng)閥HV023,以小于0.1 MPa/s的速率給氧氣入單爐切斷閥XV007、單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥FV007之間的氧氣管線充壓至9.3 MPa后關(guān)閉HV023。通知現(xiàn)場(chǎng)用脫鹽水對(duì)氧氣入單爐切斷閥XV007、單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥FV007之間的氧氣管線連接法蘭、流量變送器接頭、根部閥、各壓力表導(dǎo)壓管根部閥、接頭查漏,確認(rèn)無(wú)泄漏現(xiàn)象后,通過(guò)PT027觀察壓力變化,如有下降則說(shuō)明FV007內(nèi)漏。如有上漲趨勢(shì)則說(shuō)明XV007內(nèi)漏。經(jīng)觀察如果壓力無(wú)變化,則說(shuō)明氧氣入單爐切斷閥XV007、單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥FV007之間的氧氣管線無(wú)泄漏點(diǎn)。
上述工作完成后,檢查確認(rèn)單爐氧氣放空切斷閥XV005處于關(guān)閉狀態(tài),稍開單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥FV007,以小于0.1 MPa/s的速率緩慢給單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥FV007、單爐氧氣上游切斷閥XV003之間的氧氣管線充壓至9.0 MPa后,緩慢關(guān)閉單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥FV007。通知現(xiàn)場(chǎng)用脫鹽水對(duì)氧氣流量調(diào)節(jié)閥XV007、單爐氧氣上游切斷閥XV003之間的氧氣管線連接法蘭、壓力表、壓力變送器導(dǎo)壓管根部閥、接頭及單爐氧氣放空切斷閥XV005前單爐氧氣放空管查漏,如無(wú)泄漏。通過(guò)PT010、PG006、PT003觀察壓力變化。如果PT010、PG006壓力下降且PT003壓力為零則說(shuō)明XV005內(nèi)漏。如果PT010、PG006壓力下降且PT003不為0且有上漲趨勢(shì),則說(shuō)明單爐氧氣上游切斷閥XV003內(nèi)漏。如果PT010、PG006壓力無(wú)變化且PT003壓力為零,則說(shuō)明XV005、XV003性能良好,不存在內(nèi)漏現(xiàn)象。此項(xiàng)工作完成后,通知現(xiàn)場(chǎng)打開XV005后手動(dòng)放空閥后撤離并清場(chǎng)。確認(rèn)所有現(xiàn)場(chǎng)人員撤離后,進(jìn)行氧氣管線泄壓操作。
氧氣管線泄壓操作結(jié)束后,通知現(xiàn)場(chǎng)檢查并確認(rèn) XV003、XV04 及 XV020、XV026 前后手動(dòng)閥、入爐氧氣爐頭手動(dòng)閥關(guān)閉、置換氣化爐燃燒室低壓氮?dú)馐謩?dòng)閥關(guān)閉后,將氮塞閥XV006前、后手動(dòng)閥關(guān)死后再開一扣。完成操作撤離現(xiàn)場(chǎng)并清場(chǎng)。確認(rèn)所有現(xiàn)場(chǎng)人員已撤離時(shí),打開氮?dú)獗Wo(hù)閥XV006給氧氣上、下游切斷閥之間管線充壓至9.0 MPa關(guān)閉氮塞閥XV006。操作完成并確認(rèn)安全后,通知現(xiàn)場(chǎng)用脫鹽水對(duì)氧氣上、下游切斷閥之間管線連接法蘭、壓力表、壓力變送器導(dǎo)壓管根部閥、接頭查漏,如果無(wú)泄漏現(xiàn)象。通過(guò)PT003、PT026、PG007觀察壓力變化,如果PT003壓力下降,而RO012為0、PT026、PG007不為0且有上漲趨勢(shì),則說(shuō)明氧氣下游切斷閥XV004內(nèi)漏。如果PT003壓力無(wú)變化且PT026、PG007為0,則說(shuō)明氧氣下游切斷閥XV004性能良好,不存在內(nèi)漏現(xiàn)象。
此段管線耐壓試驗(yàn)結(jié)束后,通知現(xiàn)場(chǎng)打開XV005后手動(dòng)放空閥后撤離并清場(chǎng)。確認(rèn)所有現(xiàn)場(chǎng)人員撤離后,進(jìn)行氧氣管線泄壓操作。此操作完成確認(rèn)安全后,通知現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)通置換氣化爐燃燒室低壓氮?dú)馐謩?dòng)閥后盲板。打開置換氣化爐燃燒室低壓氮?dú)怆p道手動(dòng)閥緩慢給XV004、入爐氧氣爐頭手動(dòng)閥之間氧氣管線充壓至9.0 MPa后,關(guān)閉置換氣化爐燃燒室低壓氮?dú)怆p道手動(dòng)閥。再次檢查確認(rèn)XV020、XV026前后手動(dòng)閥、入爐氧氣爐頭手動(dòng)閥關(guān)閉,現(xiàn)場(chǎng)用脫鹽水對(duì)氧氣下游切斷閥XV004、入爐氧氣爐頭手動(dòng)閥之間氧氣管線連接法蘭、壓力表、壓力變送器導(dǎo)壓管及其根部閥查漏。如果無(wú)泄漏可通過(guò)PT026、PG007觀察壓力變化。如果 PT026、PG007壓力指示下降,則說(shuō)明入爐氧氣爐頭手動(dòng)閥內(nèi)漏。如果PT026、PG007壓力指示無(wú)變化,則說(shuō)明入爐氧氣爐頭手動(dòng)閥不存在內(nèi)漏現(xiàn)象。
此段管線耐壓試驗(yàn)結(jié)束時(shí),確認(rèn)中心氧流量調(diào)節(jié)閥HV006關(guān)閉、中心氧高壓氮?dú)獯祾唛yXV025及其前后手動(dòng)閥關(guān)閉、外環(huán)氧入爐管線出口法蘭處加盲板,通知現(xiàn)場(chǎng)緩慢打開入爐氧氣爐頭手動(dòng)閥,外環(huán)氧入爐單向閥之間的氧氣管線及中心氧入爐流量調(diào)節(jié)閥HV006前管線充壓。待PT026、PG007指示恒定9.0 MPa后,關(guān)閉入爐氧氣爐頭手動(dòng)閥?,F(xiàn)場(chǎng)用脫鹽水對(duì)入爐氧氣爐頭手動(dòng)閥、外環(huán)氧入爐單向閥之間的氧氣管線及中心氧入爐流量調(diào)節(jié)閥HV006前管線查漏。
如果無(wú)漏點(diǎn),打開氧氣入爐手動(dòng)后,緩慢打開HV006以小于0.1 MPa/s的速率泄壓。待PT026、PG007指示為零時(shí),拆除外環(huán)氧入爐管線出口法蘭盲板。
在中心氧入爐管線出口法蘭處加盲板。待盲板加好后,確認(rèn)XV004、HV006、置換氣化爐燃燒室低壓氮?dú)怆p道手動(dòng)閥、入爐氧氣爐頭手動(dòng)閥關(guān)閉到位。在XV025、中心氧高壓氮?dú)獯祾唛yXV025后手閥之間的倒淋閥處加裝壓力表。裝好后,稍開XV025前手動(dòng)閥,打開XV025?,F(xiàn)場(chǎng)緩慢打開XV025后手動(dòng)閥給HV006后中心氧入爐管線充壓至9.0 MPa后,關(guān)閉XV025后、前手動(dòng)閥。開始用脫鹽水對(duì)中心氧入爐管線查漏,如果沒(méi)有漏點(diǎn),緩慢打開HV006以小于0.1 MPa/s的速率對(duì)HV006后中心氧入爐管線泄壓。泄壓結(jié)束后,拆除盲板將入爐氧氣管線與工藝燒嘴聯(lián)接就位。至此多元料漿氣化裝置氧氣輸送管線耐壓試驗(yàn)結(jié)束。
在氣化爐安全停車后,氧氣入單爐系統(tǒng)切斷閥與單爐氧氣流量調(diào)節(jié)閥之間的管線內(nèi)、入爐氧氣上、下游切斷閥之間的管線內(nèi)仍然存有高壓氣體。如果不進(jìn)行氧氣管線泄壓操作就冒然檢修氧氣管線上的任何設(shè)施,就會(huì)引發(fā)事故造傷害人員損壞設(shè)備。這類事故的誘發(fā)因素為氣化爐操作、檢修人員業(yè)務(wù)水平不高[2]。
在氣化爐安全停車,氧氣泄壓操作后。檢修前應(yīng)用低壓氮?dú)夥侄未祾咧脫Q氧氣管線,分析合格后方可進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)。否則就會(huì)引發(fā)爆燃事故。這類事故的誘發(fā)因素為對(duì)氧氣管道動(dòng)火前,未按規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)工藝置換處理或置換處理不徹底,未制定動(dòng)火方案。
氧氣入單爐氧氣切斷閥、流量調(diào)節(jié)閥門、上下游切斷閥門、爐頭手動(dòng)閥、中心氧流量調(diào)節(jié)閥、單向閥檢修結(jié)束后安裝前進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí),沒(méi)有按規(guī)定速率進(jìn)行升壓、減壓操作,沒(méi)有按規(guī)定時(shí)間進(jìn)行保壓操作,就會(huì)引發(fā)滑脫、超壓、爆炸事故,傷害人員、損壞設(shè)備。閥門開啟、關(guān)閉過(guò)快是此類事故的誘發(fā)因素,啟閉閥門時(shí),閥瓣與閥座的沖擊、擠壓,閥門部件之間的摩擦是誘發(fā)此類事故激發(fā)能源。采取以下措施預(yù)防此類的事故發(fā)生:
1)檢修前進(jìn)行氧氣管線泄壓操作,用氮?dú)夥侄未祾咧脫Q氧氣管線,并制定檢修方案、動(dòng)火方案。
2)氧氣入單爐氧氣切斷閥、流量調(diào)節(jié)閥門、上下游切斷閥門、爐頭手動(dòng)閥、中心氧流量調(diào)節(jié)閥、單向閥檢修結(jié)束后安裝前進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí),嚴(yán)格按照規(guī)定速率進(jìn)行升壓、減壓、保壓操作。
3)加強(qiáng)職工業(yè)務(wù)培訓(xùn),提高其業(yè)務(wù)水平。
多元料漿氣化裝置氧氣輸送爐頭管線事故的防范是一項(xiàng)復(fù)雜的工作,它需要全體員工全身心的投入。要防范上述事故的發(fā)生,除了做好上述工作,還應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員利用氧氣微量檢測(cè)儀器定期對(duì)氧氣管線泄漏情況進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決;做好氧氣管線各法蘭跨接導(dǎo)線工況的檢查,保證其完好無(wú)損,將事故苗頭消滅在萌芽狀態(tài)。
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