李　輝

(中石化齊魯分公司第二化肥廠　山東淄博255400)

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GE水煤漿氣化爐鎖斗系統(tǒng)常見問題分析

李輝

(中石化齊魯分公司第二化肥廠山東淄博255400)

中石化齊魯分公司第二化肥廠氣化裝置采用GE水煤漿加壓氣化技術(shù)，以煤漿和純氧為原料生產(chǎn)粗合成氣。煤漿經(jīng)高壓煤漿泵送入工藝燒嘴，同時(shí)來自空分的氧氣也送入工藝燒嘴，在三流式工藝燒嘴頭部混合后噴入氣化爐，在1 400 ℃左右的高溫下發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成水煤氣。煤在高溫下被熔化產(chǎn)生熔渣，與反應(yīng)生成的粗煤氣并流經(jīng)渣口及下降管進(jìn)入激冷室，粗煤氣冷卻并被水汽所飽和。出激冷室的飽和氣體送入洗滌塔除去細(xì)粒，然后送至變換系統(tǒng)。沉降在激冷室底部的渣及少量沒有燃燒的炭通過破渣機(jī)進(jìn)入鎖斗，經(jīng)鎖斗的排渣管線排入渣池。鎖斗系統(tǒng)是確保氣化爐正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。鎖斗系統(tǒng)出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致氣化爐無法排渣，為此，對(duì)鎖斗系統(tǒng)常見問題進(jìn)行分析非常有必要。

1鎖斗系統(tǒng)流程

鎖斗是一個(gè)定期收集和排放固體渣的水封體系。集渣和排渣均遵照鎖斗循環(huán)邏輯，并按一定時(shí)序完成。在收渣階段，激冷室底部的渣水經(jīng)破渣機(jī)、鎖斗安全閥、鎖斗進(jìn)口閥進(jìn)入鎖斗，鎖斗循環(huán)泵從鎖斗頂部抽取相對(duì)潔凈的水送回激冷室底部以幫助排渣。從渣水處理系統(tǒng)來的灰水由低壓灰水泵加壓至0.8 MPa后送入鎖斗沖洗水罐，作為鎖斗的沖洗水。鎖斗排放出的渣水進(jìn)入渣池前倉，鎖斗出口閥關(guān)閉5 min后，2個(gè)渣池溢流閥打開，較澄清的渣水溢流至渣池后倉，并由渣池泵將渣水送往1#真空閃蒸罐。排入渣池的粗渣在前倉由撈渣機(jī)送入灰車，然后送出界區(qū)。

2鎖斗系統(tǒng)常見問題分析

2.1鎖斗閥故障

根據(jù)氣化爐負(fù)荷以及煤質(zhì)的情況，產(chǎn)生的渣量有所不同，鎖斗1次收渣的時(shí)間也有所不同，一般在30～40 min。鎖斗循環(huán)1個(gè)周期，除鎖斗安全閥之外，其余9只閥門均要開、關(guān)1次以上(鎖斗安全閥在緊急情況會(huì)自動(dòng)關(guān)閉)。頻繁開關(guān)鎖斗閥加上惡劣的工作環(huán)境(渣水固含量較高)易出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)為閥門卡澀、內(nèi)漏、外漏等；尤其是鎖斗泄壓閥，較其他鎖斗閥而言，還存在高壓差開啟的問題，因而故障率最高。

鎖斗順控程序中要求每個(gè)閥門動(dòng)作時(shí)間不超過15 s，鎖斗閥卡澀嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起鎖斗跳車，DCS會(huì)記錄上一次鎖斗閥的開關(guān)時(shí)間，便于快速找出有故障的閥門。不間斷的現(xiàn)場(chǎng)巡回檢查可及時(shí)發(fā)現(xiàn)鎖斗閥外漏，有時(shí)還能發(fā)現(xiàn)鎖斗閥卡澀。鎖斗閥的內(nèi)漏往往比較隱蔽，不易判斷。鎖斗溫度升高，手動(dòng)泄壓前觀察到鎖斗壓力出現(xiàn)下降，可以判斷出鎖斗低壓側(cè)閥門(即鎖斗泄壓閥、鎖斗沖洗水閥、鎖斗出口閥中的1只或幾只)存在內(nèi)漏，再進(jìn)一步判斷則需要拆開鎖斗泄壓閥和鎖斗出口閥后管線才能得出結(jié)論。鎖斗手動(dòng)充壓前觀察到鎖斗壓力出現(xiàn)上漲，可以判斷出鎖斗高壓側(cè)閥門(即鎖斗入口閥、鎖斗充壓閥、鎖斗循環(huán)泵入口閥中的1只或幾只)存在內(nèi)漏。通過就地手動(dòng)閥切除鎖斗充壓閥、鎖斗循環(huán)泵入口閥，觀察對(duì)鎖斗的影響，可進(jìn)一步判斷是哪只閥內(nèi)漏。

鎖斗閥出現(xiàn)故障會(huì)影響氣化爐排渣，一般需要盡快更換。除鎖斗安全閥外，其他鎖斗閥均可在線更換。先將氣化爐負(fù)荷降至最低后，減少產(chǎn)生的渣量，然后將鎖斗停運(yùn)排空，并與氣化爐隔離，就可以更換故障閥門，鎖斗停運(yùn)一般不超過4 h。顯然，在線更換閥門是不經(jīng)濟(jì)的，也是有風(fēng)險(xiǎn)的。延長(zhǎng)鎖斗閥的使用壽命，不單是閥門制造企業(yè)的責(zé)任，也是閥門使用企業(yè)的課題。

(1) 鎖斗閥的檢修周期要與氣化爐同步，不能因?yàn)槭褂眠^程中沒有出現(xiàn)問題而放棄檢修，積累一定檢修經(jīng)驗(yàn)后，可再根據(jù)實(shí)際情況來確定。一般鎖斗安全閥、鎖斗泄壓線沖洗閥、鎖斗循環(huán)泵入口閥、鎖斗循環(huán)泵回流閥、渣池溢流閥可以適當(dāng)延長(zhǎng)1～2個(gè)周期再檢修。

(2) 適當(dāng)延長(zhǎng)鎖斗收渣時(shí)間，減少閥門動(dòng)作次數(shù)。1個(gè)檢修周期內(nèi)(約4 000 h)鎖斗閥開、關(guān)各約8 000次，若將鎖斗收渣時(shí)間由30 min延長(zhǎng)至40 min，鎖斗閥就會(huì)少動(dòng)作2 000次，可有效降低鎖斗閥故障率。

(3) 鎖斗泄壓閥前加裝限流孔板。該閥打開前閥門前后壓差高達(dá)6.5 MPa，打開的瞬間鎖斗壓力為常壓。泄壓過快造成渣水流速過快，并有少量汽化。高壓差及三相流體的快速?zèng)_刷，造成開車初期該閥故障率極高。閥前加裝限流孔板后，該閥可正常運(yùn)行4 000 h以上。

(4) 降低灰水溫度，提高灰水質(zhì)量。鎖斗系統(tǒng)的沖洗水是由系統(tǒng)內(nèi)澄清的灰水提供的，灰水的懸浮物含量高、硬度高、溫度高，易加快鎖斗沖洗水閥和鎖斗泄壓線沖洗閥的球面結(jié)垢，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)閥門卡澀的現(xiàn)象。因此，灰水溫度和水質(zhì)需要控制好。

2.2鎖斗系統(tǒng)堵塞問題

鎖斗系統(tǒng)與灰渣接觸最多，堵塞時(shí)有發(fā)生，曾出現(xiàn)過鎖斗入口堵、鎖斗出口堵、鎖斗沖洗水管線堵、鎖斗循環(huán)泵出口管線堵等問題，一般處理及時(shí)不會(huì)影響生產(chǎn)。

(1) 鎖斗入口堵，即破渣機(jī)上部灰渣架橋，易發(fā)生在鎖斗長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)或破渣機(jī)停運(yùn)后。堵塞現(xiàn)象為鎖斗循環(huán)泵出口流量大幅下降，甚至降為零。輕微的架橋可通過反轉(zhuǎn)破渣機(jī)得以解決，嚴(yán)重時(shí)可用鎖斗安全閥頂部的高壓氮?dú)夥创?；若長(zhǎng)時(shí)間無法疏通，則需氣化爐停車處理。

(2) 鎖斗出口堵。堵塞現(xiàn)象為鎖斗排渣時(shí)壓力不下降，鎖斗沖洗水罐液位不下降，但鎖斗順控可以正常運(yùn)行。該問題原來比較隱蔽，后來在鎖斗排渣條件中增加了1個(gè)聯(lián)鎖條件，即只有在鎖斗壓力小于0.1 MPa時(shí)，才允許關(guān)閉鎖斗出口閥。如果排渣時(shí)鎖斗出口堵塞，鎖斗壓力會(huì)大于0.1 MPa，鎖斗程序不再繼續(xù)運(yùn)行，15 s后鎖斗運(yùn)行超時(shí)跳車。輕微的堵塞可以通過錘擊鎖斗出口閥上部管線得到疏通，嚴(yán)重時(shí)可以用高壓水管進(jìn)行疏通。

(3) 鎖斗沖洗水管線堵，幾次均為鎖斗沖洗水閥閥后單向閥卡澀所致?，F(xiàn)象為鎖斗沖洗水罐液位下降慢，鎖斗充壓超時(shí)跳車?，F(xiàn)場(chǎng)錘擊該單向閥，若不起作用只能進(jìn)行更換。

(4) 鎖斗循環(huán)泵出口管線堵塞。正常情況下，備用的鎖斗循環(huán)泵單向閥跨線稍開，一般不會(huì)堵塞。在線檢修后，備用泵出口長(zhǎng)時(shí)間不流動(dòng)而積渣，易出現(xiàn)堵塞。堵塞時(shí)，主泵打量正常，備用泵打量為零，可將鎖斗循環(huán)泵與氣化爐、鎖斗隔離后泄壓，用備用泵的密封水沖洗出口管線，沖洗水從主泵導(dǎo)淋排出。

2.3鎖斗系統(tǒng)儀表問題

鎖斗系統(tǒng)環(huán)境惡劣，配套儀表也曾出現(xiàn)了一些問題。

(1) 鎖斗沖洗水罐液位計(jì)管道堵塞。堵塞現(xiàn)象為頻繁出現(xiàn)鎖斗充不滿水，導(dǎo)致充壓超時(shí)、鎖斗跳車，拆下鎖斗沖洗水單向閥檢查未發(fā)現(xiàn)異常，更換單向閥后，該現(xiàn)象未消除。打開鎖斗沖洗水罐補(bǔ)水閥的副線閥(液位計(jì)液位>80%，鎖斗沖洗水罐補(bǔ)水閥自動(dòng)關(guān)閉)，鎖斗沖洗水罐液位溢流后，鎖斗可以自動(dòng)運(yùn)行。拆下液位計(jì)膜盒表，發(fā)現(xiàn)管道結(jié)垢嚴(yán)重，清理后鎖斗運(yùn)行正常。

(2) 替代鎖斗液位開關(guān)。原設(shè)計(jì)中鎖斗順控依靠鎖斗液位開關(guān)來判斷鎖斗處在灌滿或排空狀態(tài)，由于鎖斗液位開關(guān)作用不大且極易損壞，損壞后不再擔(dān)任鎖斗狀態(tài)判斷任務(wù)，存在隱患。例如2.2中鎖斗出口堵塞，就是因?yàn)槿鄙冁i斗液位開關(guān)作為判斷依據(jù)，才會(huì)導(dǎo)致隱患難以發(fā)現(xiàn)。可利用2.2中提到的方法，用鎖斗壓力判斷來替代液位開關(guān)判斷。

(3) 替代鎖斗壓差表。鎖斗壓差表高壓側(cè)為鎖斗壓力，低壓側(cè)為氣化爐原料氣出口壓力，兩者壓差小于0.3 MPa時(shí)，允許打開鎖斗入口閥收渣。由于2個(gè)測(cè)壓點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，壓差表損壞后更換不便，即將其棄用。采用氣化爐爐膛壓力、氣化爐原料氣出口壓力、洗滌塔出口壓力三者取中與鎖斗壓力做差值，完全可以替代原壓差表。

2.4鎖斗系統(tǒng)磨損、腐蝕問題

鎖斗系統(tǒng)接觸的介質(zhì)為固液兩相，磨損、腐蝕較為嚴(yán)重，出現(xiàn)問題較多的地方包括鎖斗排渣管線、渣池防沖板、撈渣機(jī)底板、渣池泵蝸殼、鎖斗循環(huán)泵出口管線。

(1) 鎖斗排渣線及渣池防沖板的磨損原因主要在于鎖斗排渣時(shí)固液混合物對(duì)其高速撞擊。鎖斗排渣線磨穿后，黑水外濺；渣池防沖板磨穿后，渣水沖擊撈渣機(jī)導(dǎo)輪，造成導(dǎo)輪卡澀，進(jìn)而撈渣機(jī)難以運(yùn)行。目前主要以預(yù)防、檢修為主，每個(gè)檢修周期都需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

(2) 撈渣機(jī)底板與刮板互相配合，將渣從水中撈出，并簡(jiǎn)單瀝干。撈渣機(jī)底板在刮板及渣的摩擦作用下，逐漸變得不再平整，撈渣機(jī)的工作效率逐漸下降。中石化齊魯分公司第二化肥廠撈渣機(jī)運(yùn)行4年后，已逐步在撈渣機(jī)底板重新鋪設(shè)了1層不銹鋼板。

(3) 由于輸送介質(zhì)中含固量較高，渣池泵蝸殼經(jīng)常磨穿；另外，由于鎖斗間歇性排水，該泵還存在間歇性憋壓、抽空的問題。原設(shè)計(jì)是鎖斗排渣5 min后再打開渣池溢流閥，為減少渣池泵輸送黑水的含固量，可將渣池溢流閥打開的時(shí)間延后至鎖斗排渣20 min后，盡可能多地由撈渣機(jī)將渣撈出；另外，給渣池泵的電機(jī)配加變頻器，變頻器的頻率控制與渣池液位關(guān)聯(lián)，可解決泵間歇性工作的問題。

(4) 鎖斗循環(huán)泵流量超出設(shè)計(jì)值2.5倍，泵出口管線大小頭、彎頭、三通等部位頻繁出現(xiàn)泄漏。原因?yàn)殒i斗循環(huán)量增大，鎖斗內(nèi)渣粒的沉降速度減慢(鎖斗內(nèi)系統(tǒng)近似為澄清池)，進(jìn)入鎖斗循環(huán)水管線的固體顆粒粒度增大，同時(shí)管線內(nèi)流體流速加快，沖刷腐蝕加劇；鎖斗收渣階段后期，鎖斗循環(huán)水中含固量急劇增加，固體顆粒增多，管線沖刷腐蝕加劇。

減輕管線腐蝕的措施：①控制鎖斗收渣時(shí)間，避免收渣時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致鎖斗循環(huán)水含固量劇增。綜合考慮鎖斗閥開關(guān)次數(shù)影響鎖斗閥使用壽命的因素，將鎖斗收渣時(shí)間定為40 min。在氣化爐負(fù)荷升高或煤質(zhì)原因?qū)е略吭龆鄷r(shí)，可適當(dāng)縮短收渣時(shí)間。②降低鎖斗循環(huán)水流量，具體可采用切削循環(huán)水泵葉輪、加限流孔板或變頻電機(jī)調(diào)節(jié)等方法，從而降低鎖斗循環(huán)水流速，減小鎖斗循環(huán)水內(nèi)固體顆粒的粒度。

2.5鎖斗系統(tǒng)其他問題

除上述問題外，鎖斗系統(tǒng)還有沖洗水管線振動(dòng)大、邏輯設(shè)計(jì)存在缺陷等問題。

(1) 鎖斗沖洗水管線振動(dòng)過大，導(dǎo)致鎖斗沖洗水閥前的膨脹節(jié)開裂泄漏，長(zhǎng)桿阻尼器失效。主要原因是由于鎖斗排渣時(shí)，鎖斗出口閥及鎖斗沖洗水閥開關(guān)過快，造成鎖斗沖洗水流量變化過快，引起管線振動(dòng)。通過在鎖斗閥儀表風(fēng)氣源管線上設(shè)置限流孔板，調(diào)整閥門動(dòng)作時(shí)間在7 s以上，該問題得以解決。

(2) 鎖斗系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)存在缺陷。原設(shè)計(jì)鎖斗泄壓閥允許使用的條件為2只鎖斗入口閥關(guān)閉。鎖斗在手動(dòng)模式下操作時(shí)，未將鎖斗循環(huán)泵入口閥關(guān)閉，僅關(guān)閉2只鎖斗入口閥也能打開鎖斗泄壓閥，此操作將會(huì)導(dǎo)致氣化爐內(nèi)高壓黑水通過鎖斗循環(huán)泵大量倒流至鎖斗泄壓管線，進(jìn)而氣化爐液位急劇下降，鎖斗循環(huán)泵被迫倒轉(zhuǎn)，極易造成氣化爐液位低聯(lián)鎖停車及鎖斗循環(huán)泵損壞。因此，將鎖斗循環(huán)泵入口閥關(guān)閉也作為允許打開鎖斗泄壓閥的條件之一。

3結(jié)語

中石化齊魯分公司第二化肥廠煤氣化裝置運(yùn)行6年來，各項(xiàng)工藝經(jīng)濟(jì)指標(biāo)逐步趨好，系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行記錄不斷刷新(現(xiàn)為538 d)。通過對(duì)鎖斗系統(tǒng)暴露出來的問題一一解決，對(duì)鎖斗系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)不斷加深，確保了鎖斗系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，避免了氣化系統(tǒng)因鎖斗系統(tǒng)故障而被迫停車。

(收到修改稿日期2015-02-03)