焦化廠煤氣鼓風機偏流的調節及預防

王目海 龔若凡

（山東兗礦國際焦化有限公司，山東 兗州 272100）

0 概述

在焦化生產企業中，煤氣鼓風機被認為是煤氣輸送系統的心臟，擔負著將焦爐產生的荒煤氣從負壓區域加壓輸送到煤氣處理系統、使凈煤氣保持一定的壓力到達需要的用戶的作用，其穩定運行非常重要。我公司現有兩座7.63m焦爐，焦炭設計年生產能力200萬t，每小時產生煤氣量約118000m3，后續配套的是焦爐煤氣制甲醇工藝，荒煤氣從焦爐匯集過來依次經過初冷器、電捕焦油器、煤氣鼓風機、硫化氫洗滌塔、氨洗滌塔和洗苯塔，用戶是焦爐回爐加熱、放散和甲醇工區。與焦爐配套的煤氣輸送設備是三臺并聯的離心式煤氣鼓風機：電動離心式鼓風機兩臺、蒸汽透平鼓風機一臺，單臺打氣量70000m3/h，轉速3500～4300r/min，前后壓差不大于18kPa，運行方式為兩開一備，調節方式為：電動鼓風機為變頻器調速，蒸汽透平鼓風機為505調速，單臺鼓風機具有小循環系統，煤氣總管道有大循環作為輔助調節手段，鼓風機處的位置具體流程見圖1所示。在實際生產中鼓風機的打氣量統一由頻率調節或者用大循環調節，由于鼓風機前后系統操作的影響及鼓風機自身參數的細微差別，多次出現過偏流的現象，經過技術人員和操作人員的共同努力，現在偏流現象已基本消除，現將出現偏流的情況、處理方式及預防辦法加以總結，以供大家參考。

圖1 煤氣輸送工藝流程示意圖

1 煤氣鼓風機偏流的定義

兩臺或兩臺以上的煤氣鼓風機在正常并聯運行中，由于進出口壓差大或氣量不足、波動，導致其中一臺鼓風機煤氣流量迅速下降甚至短時不做功，風機發出異常聲音，形成僅單機做功且煤氣輸送量急劇下降，經過調整可在較短時間內恢復正常運行的現象，我們稱之為煤氣鼓風機偏流，這也是離心式風機特有的現象。

2 偏流的現象

2.1 外觀現象

當煤氣鼓風機出現偏流現象時，在現場會聽到正常運行的鼓風機聲音突然減弱，繼而其中一臺風機的運行聲音增大，前后煤氣管道內出現氣流的轟鳴聲，焦爐爐門也出現大面積冒煙冒火現象。當調整為雙機同時做功后，風機又恢復都正常運行狀態，焦爐冒煙冒火現象消失。

2.2 監控參數的變化

針對每次出現的煤氣鼓風機偏流，我們進行了分析比較，從DCS系統中的歷史事件和相關參數的歷史趨勢（表1）可以看出，2#、3#鼓風機并列運行時，轉速、機前溫度穩定，總吸力也能穩定在適當的水平，當要出現偏流時，機前總吸力略有下降，繼而出現偏流現象，2#鼓風機由于過氣量急劇減少，出口處溫度較高的高壓氣體倒流沖擊機體及管道造成風機進口溫度上升，3#鼓風機正常過氣，進口溫度不變，同時由于單臺風機做功效能降低，機前總吸力也有明顯下降，兩臺風機都因負荷降低而轉速有所增加。當調整到雙機做功后，兩臺風機各參數均恢復正常狀態。

表1 風機監控數據

從表2反映的數據可以看出，當出現偏流時，輸送總煤氣量降低，煉焦焦爐集氣管壓力升高，應急打開焦爐爐頂放散仍不能有效降低集氣管壓力。

表2 焦爐監控數據

3 偏流的危害

3.1 對煉焦焦爐操作的危害

鼓風機出現偏流時，由于輸送煤氣的能力下降，焦爐產生的煤氣無法及時送出，即使臨時打開爐頂事故放散也難以及時解決，勢必會造成焦爐碳化室壓力上升，影響推焦和裝煤操作，造成焦爐冒煙冒火，對爐門密封影響更大，特別是對刀邊變形的問題爐門，壓力短時急劇上升會將爐門封堵材料吹掉，使爐門冒煙冒火嚴重，加重變形，壓力恢復后來不及封堵的爐門處會造成爐體密封差負壓運行，負壓運行對焦爐的危害十分巨大，由于經濟的原因又不能短時間內根治，煤氣在爐門內燃燒造成局部高溫，對爐體損害嚴重。長期反復出現偏流現象還會加重爐墻串漏的危險，爐門冒火會燒蝕護爐鐵件，嚴重影響焦爐使用壽命，增加煤氣中氮氣的含量，給后續用戶帶來惡劣影響。

3.2 對電捕焦油系統的危害

鼓風機偏流會造成煤氣量的大幅波動，會使運行的電捕焦油器內極絲產生晃動，造成電捕內部放電擊斷極絲，增加安全管理難度和維護檢修成本。

3.3 對煤氣用戶的危害

我公司的焦爐煤氣主要有兩大用戶：一部分用于焦爐回爐加熱，一部分用于生產甲醇。當鼓風機偏流時，機后壓力會降低，使得回爐煤氣壓力、流量波動，如連續出現偏流，會影響焦爐的加熱制度。同時，后送氣量的減少會造成甲醇生產減量甚至停車。

4 產生偏流的原因

造成煤氣鼓風機偏流的原因有很多，總結起來大體可以分為鼓風機自身和前、后系統變化3個方面的原因。

4.1 鼓風機自身的原因

煤氣輸送系統中的煤氣是從總管分路流向各臺風機的，并聯的風機在運行中是否會出現偏流取決于各臺風機在煤氣總管處產生的有效吸力是否相同，如果不同，煤氣會優先流向有效吸力大的風機，就容易產生偏流。

單臺鼓風機都是由風機本體、拖動系統及進出口管道組成，雖然基本參數相同，但不同的風機本體及拖動系統間存在一定的差別，長期運行的風機其內部積存的焦油量也不同，而且受安裝場地的限制，風機進口管道的長度不同，煤氣進入風機的有效路徑也不同，這就使得同樣轉速下，不同的風機在煤氣總管處產生的吸力不同，當煤氣總量減少時，有效吸力小的風機容易先達到偏流的臨界值，繼而出現偏流現象。

即使風機本體參數完全一致，不同轉速下，不同的風機在煤氣總管處產生的有效吸力變化也不同，我們可以用以下公式簡單表示：

F總=F1+F2

其中F總表示單臺風機在煤氣總管處產生的有效吸力，F1表示該風機進口管道的阻力，F2表示該風機產生的吸力，當正常運行的并聯風機同時提高或降低相同的轉數，對于參數相同的風機，F2的改變量是相同的，但由于進口管道各不相同，所以F1的改變量不同，最終F總的改變量也就不同，原有的吸力平衡狀態將會被打破，也就容易產生偏流。

吸力的平衡狀態還與機后壓力的變化有關，當后續用戶用氣量改變時，會造成機后壓力波動，繼而反過來影響到機前吸力，改變機前的吸力平衡。這方面主要與焦爐回爐加熱的煤氣壓力變化和甲醇生產環節氣柜的高度變化有關，還與甲醇合成回用的合成馳放氣量的大小有關。

4.2 機前系統參數變化的原因

當焦爐出現非正常操作、倒換初冷器、倒換電捕或者初冷器、電捕液封積液堵塞煤氣管道，這些都會造成煤氣量的波動，會對風機的吸力平衡產生影響，都可能誘發偏流。

4.3 機后系統參數變化的原因

當機后洗滌系統出現異常波動或用戶用氣量改變也同樣會沖擊風機吸力平衡，如果調節不及時，風機也會發生偏流。

5 調節措施

當鼓風機出現偏流時要盡快調節，恢復風機同時做功的狀態，避免長時間偏流對前后系統特別是焦爐造成難以恢復的傷害，具體可以從以下幾方面進行調整：

（1）迅速告知焦爐操作人員鼓風機發生了偏流，如果焦爐壓力過高可應急打開部分爐頂事故放散緩解爐門冒煙冒火情況。

（2）調出煤氣流程監控曲線查找原因，當判斷為流程上某一設備阻力增加造成偏流時可臨時打開該設備煤氣副線緩解阻力，同時通知現場操作人員排除故障，當判斷為焦爐產氣量突然減少或者后續用戶用氣量突然減少造成偏流時可將大循環閥門打開一部分以增加風機過氣量，應急調整完畢后將不做功的鼓風機頻率降低2Hz左右，待鼓風機轉速下降至該頻率下的轉速后迅速將該風機的頻率提高3Hz左右，風機轉速提高可以增加機前吸力，恢復雙機做功，如一次不成功可反復進行幾次，待風機雙機同時做功后，密切觀察單臺鼓風機的機前吸力及機后壓力，及時調節，避免不同風機之間吸力或機后壓力偏差太大造成再次偏流。注意：調節雙機做功的過程中將不做功的鼓風機降低或者增加的頻率值不是固定不變的，要根據實際情況適當調整，爭取盡量少的調節次數，避免長時間偏流。

（3）為增加成功機會，可根據煤氣量的大小先將兩臺鼓風機的頻率同時降低至比較低的狀態，在低速下調整為雙機做功，然后再同時提高頻率，以滿足生產需要。

（4）當現場故障排除后，通知煉焦關放散，逐步調節兩臺鼓風機的頻率，恢復之前的生產狀態。

6 預防措施

當鼓風機出現偏流后及時準確的調節為雙機做功只是一個應急方式，要讓并聯運行的鼓風機一直穩定運行在滿足生產的狀態，避免對前后工段的正常運行產生不良沖擊，在平時的運行中及時預防風機偏流才是工作重點，可以從以下幾方面去做：

（1）總結運行經驗。從焦爐生產到煤氣冷卻、凈化，再到煤氣制甲醇，整個生產過程構成的是一個有機整體，煤氣流程長，涉及設備多，任何的不正常狀態都會直接或間接的影響到鼓風機的運行，要確保生產的穩定，保證鼓風機不出現偏流，我們就要多總結鼓風機運行的經驗，既要掌握不同的煤氣量下，不同的外部工況下，鼓風機應該處于怎樣的工況，又要掌握各個鼓風機在不同工況下的狀態，還要掌握在不同工況下鼓風機的調節余地有多大。充分總結、積累這方面的經驗，我們才能讓鼓風機時刻維持穩定運行，避免偏流。

（2）運用自動調節與手動調節相結合的運行方式。盡管影響鼓風機并聯運行的因素很多，但以主要因素為參照也可以實現鼓風機的自動調節，實踐證明，在以初冷器前的煤氣總管壓力為依據，給定鼓風機頻率差修正風機個體差異的前提下，可以通過同時自動改變鼓風機相同的頻率值來實現對鼓風機的自動調節，進而滿足不同工況下的煤氣輸送；當生產狀態出現可預期的大的變動，如某一工段需要開停車時，再由自動切換為手動實時調整，可以減少鼓風機偏流的可能，節省人力。我公司采用這種方法運行以來，效果明顯，為操作工的工作帶來了很大方便。

3）實時監控運行狀態。實行專人專管，指定專人負責鼓風機的監控調整，制定專業報表，實時掌握生產狀態的變化，及時調節，也可以減少鼓風機偏流的風險。

7 結論

鼓風機偏流危害很大，影響偏流的因素也很多，但只要注意在平時的運行中及時總結經驗，實時調整，并輔以現代化的技術保證，完全可以將偏流的危險降到最低，甚至避免偏流，在出現偏流時也可以利用積累的經驗和技術迅速調整，恢復至正常狀態，更好的滿足大煤氣量的輸送要求，提高產量，更好的適應生產需要。

［1］朱立明，柯葵.流體力學［M］.上海：同濟大學出版社，2009.

［2］高建業，王瑞忠，王玉萍.焦爐煤氣凈化操作技術［M］.北京：冶金工業出版社，2009.