出工段手動閥閥位降低對多元料漿氣化裝置運行的影響及應急處理

趙伯平

(陜西陜化煤化工集團有限公司, 陜西渭南 714100)

1 出工段手動閥的位置及作用

1.1 多元料漿氣化裝置的構(gòu)成

多元料漿氣化裝置由多元料漿氣化爐、氣液分離器、洗滌塔組成。多元料漿氣化爐由入爐氧氣輸送管道、入爐煤漿輸送管道、工藝燒嘴、工藝燒嘴冷卻系統(tǒng)、燃燒室、激冷室、破渣機、鎖斗系統(tǒng)構(gòu)成。氣液分離器由進出口管道、氣液分離隔板構(gòu)成。洗滌塔由進出口管道、安全放空閥、下降管、導氣管、塔盤、除沫器構(gòu)成。

1.2 出工段遙控手動閥的位置及作用

在洗滌塔出口粗合成氣管線上，裝有出工段手動閥、遙控手動放空閥(HV13005)、系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)閥(PV13011)。出工段遙控手動閥(HV13004)位于洗滌塔出口粗合成氣管線出工段手動閥與HV13005之間。系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)閥(PV13011)位于HV13005后去火炬粗合成氣放空管線上。

HV13004的作用如下：

(1) 在多元料漿氣化裝置投料開車階段，調(diào)節(jié)出工段粗合成氣并入合成氨系統(tǒng)的速度。

(2) 在多元料漿氣化裝置正常運行過程中，調(diào)節(jié)出工段粗合成氣流量，穩(wěn)定系統(tǒng)壓力。

(3) 在多元料漿氣化裝置正常停車、緊急停車時，迅速切斷氣化裝置與后系統(tǒng)相連接的管線，防止后系統(tǒng)粗合成氣倒流回氣化裝置。

2 HV13004閥位降低的突發(fā)工況

2.1 多元料漿氣化工藝流程

來自空分工段壓力為 8．3 MPa、溫度為40 ℃的高純度氧氣，與來自制漿工段壓力為7．8 MPa、溫度為40 ℃的水煤漿，通過特制的單噴嘴工藝燒嘴噴入氣化爐內(nèi)，在壓力為6．5 MPa、溫度為1 300～1 400 ℃的條件下，發(fā)生火焰型非催化部分氧化還原反應，生成粗合成氣和熔融態(tài)灰渣。合成氣經(jīng)激冷降溫、洗滌除塵后送往變換工段[1]；熔融態(tài)灰渣被激冷固化破碎后沉降在氣化爐錐底，經(jīng)破渣機破碎后由鎖斗系統(tǒng)收集并定期排放到渣池，渣池中的灰渣經(jīng)撈渣機撈出后外運[2]。

為了保護工藝燒嘴免受高溫腐蝕，本裝置設置了工藝燒嘴冷卻系統(tǒng)。工藝燒嘴冷卻系統(tǒng)由工藝燒嘴冷卻水槽、工藝燒嘴冷卻水水泵、工藝燒嘴冷卻水冷卻器、事故工藝燒嘴冷卻水槽構(gòu)成。同時，設置工藝燒嘴冷卻水水泵出口壓力低低泵自啟動聯(lián)鎖、工藝燒嘴進口流量低低(3選2)氣化裝置跳車聯(lián)鎖、工藝燒嘴進出口流量差高高(3選2)氣化裝置跳車聯(lián)鎖、工藝燒嘴冷卻系統(tǒng)故障(1選1)氣化裝置跳車聯(lián)鎖，以保證工藝燒嘴安全穩(wěn)定運行。

為了保證氣化爐排渣管線暢通無阻，在氣化爐鎖斗系統(tǒng)中設置鎖斗循環(huán)泵，鎖斗集渣期間，鎖斗循環(huán)泵將鎖斗頂部較為清潔的灰水抽出，加壓后送回氣化爐。如此，在氣化爐與鎖斗之間形成強制的灰黑水循環(huán)，將氣化爐錐底的灰渣帶入鎖斗。

氣化爐及洗滌塔排出的黑水經(jīng)3級閃蒸、濃縮、降溫回收熱量后進入澄清槽沉降，澄清的灰水經(jīng)除氧返回系統(tǒng)循環(huán)使用，濃縮后的渣漿送往真空帶式過濾機系統(tǒng)脫水處理，濾餅被外運[3]。高壓閃蒸單元產(chǎn)生的閃蒸氣進入高壓閃蒸氣冷凝器(E1401),與來自脫氧水泵的高壓灰水換熱降溫后,進入高壓閃蒸氣氣液分離器，氣液分離后產(chǎn)生的氣體被送至變換工段汽提塔做汽提氣使用，液體返回除氧系統(tǒng)循環(huán)使用。低壓閃蒸單元產(chǎn)生的低壓閃蒸氣，經(jīng)低壓閃蒸氣壓力調(diào)節(jié)閥(PV14003)調(diào)節(jié)后，進入除氧系統(tǒng)做除氧熱源使用。真空閃蒸單元產(chǎn)生的真空閃蒸氣經(jīng)真空閃蒸氣冷凝器(E1402)換熱降溫后進入真空閃蒸器氣液分離器，產(chǎn)生的氣體由真空泵抽取至氣液分離器(V1406)，再由V1406頂部放空管線放空。真空閃蒸氣氣液分離器底部排出的液體,經(jīng)真空閃蒸凝液泵加壓后送至除氧系統(tǒng)循環(huán)使用，V1406底部排出液體經(jīng)“U”型管排入回水槽，再經(jīng)除氧后循環(huán)使用。

2.2 突發(fā)工況

2021年，A、C兩臺氣化爐正常運行，A套氣化裝置的入爐煤漿體積流量為80 m3/h，入爐氧氣體積流量為38 400 m3/h。B套氣化裝置的入爐煤漿體積流量為80 m3/h，入爐氧氣體積流量為38 400 m3/h。入爐氧氣總管壓力為8.13 MPa，入爐水煤漿管線壓力為7.63 MPa。兩套氣化裝置的氧煤比均為480?？偪匕l(fā)現(xiàn)，C系列氣化裝置系統(tǒng)壓力持續(xù)上漲，洗滌塔出口HV13004C閥位突然下降至38%，立即匯報調(diào)度室，查詢系統(tǒng)用氣量是否變化，同時申請系統(tǒng)減量。與此同時，按規(guī)定打開C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005，降低C系列氣化裝置系統(tǒng)壓力。并通知現(xiàn)場檢查洗滌塔出口HV13004閥位。3 min后，系統(tǒng)壓力回落，現(xiàn)場反饋洗滌塔出口HV13004閥位呈周期性小幅度波動，出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，要求儀表到場檢查。C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005閥位穩(wěn)定無波動。接到現(xiàn)場反饋，總控立刻通知儀表到場查看，此時系統(tǒng)壓力緩慢上漲，入爐氧氣體積流量已降至31 200 m3/h，氣化爐操作溫度下降，情況危急?？偪卦俅握{(diào)大C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005閥位，調(diào)節(jié)洗滌塔出口HV13004閥位至42%，同時通知現(xiàn)場觀察C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005閥位、洗滌塔出口HV13004閥位變化，并及時回復。此時系統(tǒng)壓力回落，入爐氧氣流量上漲，隨后再次向調(diào)度室提出減量申請。3 min后，現(xiàn)場反饋洗滌塔出口HV13004閥位周期性小幅度波動，閥門出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005閥位穩(wěn)定無波動。當入爐氧氣體積流量恢復至38 400 m3/h時，C系列氣化裝置系統(tǒng)壓力又一次緩慢上漲。與此同時，接到調(diào)度室可以減量的批復后，A、C氣化爐開始減量，總控調(diào)節(jié)洗滌塔出口HV13004閥位至50%。當氣化爐A入爐煤漿體積流量減至76 m3/h、氣化爐C入爐煤漿體積流量減至72 m3/h 時，總控DCS顯示C系列氣化裝置系統(tǒng)壓力已恢復正常且趨于穩(wěn)定?？偪夭僮鲉T緩慢關閉C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005，通知現(xiàn)場觀察洗滌塔出口閥位變化，檢查C系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005關閉是否到位。2 min后，洗滌塔出口HV13004喘振現(xiàn)象消失?？偪谼CS顯示系統(tǒng)壓力正常，系統(tǒng)運行平穩(wěn)。監(jiān)護運行1 h后，系統(tǒng)開始加量；2 h后，系統(tǒng)恢復正常，兩套氣化裝置運行平穩(wěn)。

3 閥位降低的原因及危害

3.1 原因分析

經(jīng)各專業(yè)工程技術人員、技能人員分析研究，發(fā)現(xiàn)氣化裝置主要設備洗滌塔出口HV13004閥位突然下降的主要原因如下：

(1) HV13004閥門定位器故障。

(2) 閥門為氣缸機構(gòu)，活塞環(huán)磨損嚴重，造成氣缸內(nèi)漏，引發(fā)閥門喘振。

(3) 由于該閥是氣開型氣動遙控閥，當進入閥門氣缸的儀表空氣流量降低時，閥位就會降低，儀表空氣流量自動補償裝置啟動，自動調(diào)節(jié)進入閥門氣缸的儀表空氣流量，于是閥門出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。

3.2 造成的危害

(1) 如未及時發(fā)現(xiàn)處理，就會造成氣化裝置合成氣系統(tǒng)壓力快速上漲。洗滌塔頂部安全閥故障或泄放量不足，氣化裝置系統(tǒng)工作壓力會高于系統(tǒng)各設備的設計壓力，引發(fā)泄漏、著火、爆炸等重大事故。

(2) 如處理不及時或處理不當，就會造成氣化裝置合成氣系統(tǒng)壓力快速上漲。當系統(tǒng)工作壓力小于設計壓力，或小于入爐氧氣、煤漿壓力，且入爐煤漿流量不變時，就會造成入爐氧氣流量、氣化爐操作溫度迅速下降，嚴重時會引發(fā)氣化反應終止，釀成大禍。

4 應急處理及注意事項

4.1 應急處理措施

此類工況對應急處理操作要求高，現(xiàn)場、總控執(zhí)行難度大。如果處理不當，易引發(fā)事故。出現(xiàn)此類工況時，崗位操作人員應按下列步驟進行應急工藝處置：

(1) 立即匯報調(diào)度室，查看故障系列裝置系統(tǒng)壓力變化趨勢及變化速度。查詢系統(tǒng)用氣量是否變化，同時申請系統(tǒng)減量。

(2) 按規(guī)定打開故障系列氣化裝置洗滌塔出口HV13005閥位，降低故障系列氣化裝置系統(tǒng)壓力。

(3) 通知現(xiàn)場檢查洗滌塔出口HV13004閥位。根據(jù)現(xiàn)場反饋及總控室DCS顯示的各個關鍵工藝參數(shù)變化，調(diào)整HV13004閥位、HV13005閥位，使故障系列氣化裝置系統(tǒng)壓力平穩(wěn)回落。調(diào)整后再次通過總控室DCS顯示及現(xiàn)場反饋，確認故障系列氣化裝置各個關鍵工藝參數(shù)。

(4) 接到調(diào)度室批復后，確認調(diào)整措施無效時，兩套氣化裝置按特定順序和速率進行減量操作。優(yōu)先非故障系列氣化裝置氣化爐減量操作，當去后工序合成氣總管壓力下降時，停止非故障系列氣化裝置氣化爐減量操作?？偪夭僮鲉T可調(diào)大故障系列氣化裝置洗滌塔出口HV13004閥位，以降低系統(tǒng)壓力。同時,故障系列氣化裝置氣化爐開始進行減量操作。當故障系列氣化裝置系統(tǒng)壓力回落至正常值時，停止減量操作。

(5) 減量操作開始后，通知現(xiàn)場再次觀察、檢查現(xiàn)場故障系列氣化裝置HV13004閥位、HV13005閥位變化，并要求其及時反饋信息。

(6) 當故障系列氣化裝置系統(tǒng)壓力回落至正常值后，停止減量操作，通知現(xiàn)場人員繼續(xù)觀察故障系列氣化裝置HV13004閥位、HV13005閥位變化?？偪厥彝ㄟ^DCS觀察故障系列氣化裝置各個關鍵工藝參數(shù)變化。確認故障系列氣化裝置系統(tǒng)壓力回落至正常值，關閉故障系列氣化裝置HV13005C。此閥門關閉到位后，再次確認故障系列氣化裝置系統(tǒng)壓力達標，且無上漲趨勢。故障系列氣化裝置進入監(jiān)護運行狀態(tài)。

(7) 故障系列氣化裝置監(jiān)護運行1 h后，若總控DCS顯示系統(tǒng)壓力正常，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，即可向調(diào)度申請加量操作。得到肯定回復后，立刻按規(guī)定速率進行減量操作，恢復生產(chǎn)。

4.2 注意事項

(1) 操作人員應做到思維敏捷、思路清晰、判斷準確、處理果斷。

(2) 對故障系列氣化裝置系統(tǒng)進行降壓處理時，應遵循先開放空后減量再增大HV13004閥位的原則。

(3) 非故障系列氣化裝置氣化爐減量操作優(yōu)先于故障系列氣化裝置氣化爐減量操作。

(4) 只有當去后工序合成氣總管壓力開始下降時，才能提高故障系列氣化裝置HV13004閥位。否則，去后工序的合成氣就會倒回，引發(fā)事故。

(5) 只有當故障系列氣化裝置系統(tǒng)壓力開始下降時，外操人員才能進入現(xiàn)場查看故障系列氣化裝置HV13004閥位、HV13005閥位變化。否則，外操人員的生命安全無法得到保證。

(6) 如果故障系列氣化裝置減量操作完成后，其系統(tǒng)壓力上漲趨勢未得到有效抑制，應立刻拍停故障系列氣化裝置，并匯報調(diào)度室。由調(diào)度室發(fā)出對后系統(tǒng)運行裝置進行應急處理的指令。后系統(tǒng)操作人員嚴格按照指令操作。

(7) 處理過程中，應密切關注整個氣化裝置系統(tǒng)各個關鍵工藝參數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)問題及時匯報。

5 結(jié)語

出工段遙控手動閥閥位降低突發(fā)工藝狀況的應急處理措施源于日常生產(chǎn)實踐。由于各企業(yè)氣化裝置的配置、設備性能各有不同，故所述的應急處理措施必然存在一定局限性，但是其所體現(xiàn)的處理思路依舊適應于同類型氣化裝置。