氮氣吹掃管線煤漿泄漏原因分析與處理

吳 歡

(中石化寧波工程有限公司 浙江寧波315103)

1 存在問題

某企業(yè)建成并投產(chǎn)的以煤為原料制取氫氣的生產(chǎn)裝置(以下簡稱煤制氫裝置A)為目前國內煤制氫氣產(chǎn)氣量最大的生產(chǎn)裝置，氣化系統(tǒng)采用美國GE公司德士古水煤漿加壓氣化工藝，氣化壓力6.5 MPa,溫度1 300～1 400 ℃，建設規(guī)模為有效氣(H2+CO)產(chǎn)量200 000 m3/h(標態(tài))。煤制氫裝置A原氮氣吹掃系統(tǒng)是1條氮氣總管分別與煤漿系統(tǒng)及氧氣系統(tǒng)相連，在其開車準備階段，發(fā)現(xiàn)有煤漿泄漏至高壓氮氣吹掃管線的現(xiàn)象，存在安全隱患。

2 原因分析

改進前高壓氮氣吹掃系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 改進前高壓氮氣吹掃系統(tǒng)工藝流程

從圖1可以看出：高壓氮氣由空分裝置分別輸送至高壓氮氣吹掃罐(V- 1)和高壓氮氣緩沖罐(V- 2)存儲；高壓氮氣吹掃罐用于煤漿管線和氧氣管線吹掃，高壓氮氣緩沖罐通過2只氮氣罐間的跨線(連接線)可補充吹掃氮氣。

吹掃煤漿系統(tǒng)和氧氣系統(tǒng)的氮氣吹掃管線是從同一總管接出，在煤漿管線和中心氧管線、環(huán)隙氧管線上均設有氣動開關閥門和單向閥，煤漿系統(tǒng)和氧氣系統(tǒng)通過這些閥門實現(xiàn)相互間的隔離。對吹掃煤漿管線的氮氣源沒有要求，但對吹掃氧氣管線的氮氣源要求格外嚴格。

根據(jù)操作程序，煤漿系統(tǒng)投用前，高壓氮氣系統(tǒng)必須接高壓氮氣先投入運行，煤漿系統(tǒng)才能投入運行，這樣煤漿才難以竄入位于XV- 3上游的高壓側管線，也可有效避免煤漿竄入氧氣系統(tǒng)的可能。泄漏的煤漿能夠倒竄至XV- 3的上游，說明投用煤漿時XV- 3處于開啟狀態(tài)。所以，其原因是操作人員未按照正常的操作程序進行操作，再加上XV- 3本身存在嚴重的質量問題。

3 處理措施

在煤制氫裝置A開車投用前，將吹掃煤漿系統(tǒng)的氮氣管線與吹掃氧氣系統(tǒng)的氮氣管線從源頭上進行分離，杜絕煤漿泄漏竄入氧氣系統(tǒng)的可能。改進后高壓氮氣吹掃系統(tǒng)工藝流程見圖2。

圖2 改進后高壓氮氣吹掃系統(tǒng)工藝流程

從圖2可以看出：氧氣系統(tǒng)的氮氣吹掃仍由高壓氮氣罐提供氣源，但煤漿系統(tǒng)的吹掃改由通過氮氣緩沖罐提供氣源；原設計中2只氮氣罐間的連接線改為煤漿系統(tǒng)的吹掃總管，原管線中的止回閥和開關閥門作為總管切斷閥門；同時在煤漿系統(tǒng)氮氣吹掃管線上設置雙閥切斷，即增加切斷閥和止回閥各1只，便于操作及管線檢修。

4 完善改進措施

高壓氮氣吹掃系統(tǒng)工藝流程修改后，高壓氮氣吹掃罐(V- 1)氮氣貯量可滿足氧氣系統(tǒng)的3個系列同時吹掃的用量；而高壓氮氣緩沖罐(V- 2)的氮氣在用于煤漿系統(tǒng)吹掃的同時還需用于高壓冷凝液罐(圖2中雙電磁壓控閥PV- 1所在管線用途)的保壓及其他用途，因此，與原流程相比，高壓緩沖罐(V- 2)可能出現(xiàn)頻繁充壓情況，即空分裝置的液氮泵啟動會更頻繁。

原流程中2只氮氣罐間的連接線補氮用的雙電磁壓控閥(PV- 1)現(xiàn)改用在高壓冷凝液罐的保壓管線上；當用于煤漿系統(tǒng)吹掃的高壓氮氣緩沖罐(V- 2)壓力降至低設定值時，聯(lián)鎖動作雙電磁壓控閥(PV- 1)切斷用于冷凝液罐的保壓的高壓氮氣，以保證氣化爐安全停車的氮氣用量。

管線、儀表流程修改完成后，對氧氣系統(tǒng)和煤漿系統(tǒng)分別進行了吹掃測試，為2只氮氣罐的壓力設定、邏輯聯(lián)鎖提供了可靠數(shù)據(jù)，保證了氣化爐的安全聯(lián)鎖。