粉煤加壓氣化工程施工、安裝及運行總結

高明林 張超

(安徽昊源化工集團有限公司安徽阜陽236000)

粉煤加壓氣化工程施工、安裝及運行總結

高明林 張超

(安徽昊源化工集團有限公司安徽阜陽236000)

安徽昊源化工集團有限公司(以下簡稱昊源化工公司)現有生產能力為1 500 kt/a總氨、1 200 kt/a尿素、400 kt/a碳酸氫銨、20 kt/a嗎啉、200 kt/a雙氧水、30 MW余熱發電、塑料編織袋、工業(醫用)氧氣、溶解乙炔等。其中，尿素生產能力居安徽省第一，為國家免檢產品。

近年新增了2臺航天粉煤加壓氣化爐(分2期進行)，一期工程為180 kt/a合成氨、300 kt/a尿素，于2013年3月22日點火投煤試運行24 h，產出合格煤氣，一次性開車成功;自2013年4月12日正式開車投產運行至今，運行狀況良好。

1 土建施工

2011年12月1日，土建開挖。因氣化框架土建施工的工程量較大，在樁基施工過程中，均由監理單位及建設單位安排專業人員進行24 h不間斷施工，保證了樁基施工的進度及質量。在進行筏板基礎及以上施工時，根據后澆帶的位置，確定分批量交叉施工，保證了人力及養護交叉時間，縮短了整個施工周期。2012年7月15日，具備施工安裝32 m以上鋼結構和32 m及以下的設備吊裝條件。

在框架施工過程中，為保證工程施工質量，昊源化工公司外聘工程監理公司進行監理，同時安排項目組土建專業人員全程跟蹤，從時間安排、原料質量、施工程序進行全過程控制，有效地控制了工程質量和工程進度，為后續鋼結構安裝及設備吊裝贏得了時間。

2 設備安裝

航天爐主要設備均為航天長征化學工程股份有限公司專有、專利設備，因系統框架較高(土建框架32 m，32 m以上均為鋼結構框架，總高為76 m)，在土建施工時，必須通盤考慮設備吊裝就位問題，以便系統交叉進行安裝，減少施工時間及施工費用。吊裝方案的選擇很關鍵，使用履帶吊裝設備施工方便，但費用較高;若選用履帶吊裝設備，則須在32 m土建施工結束后，經過混凝土養護期，具備設備承重條件下，先就位32 m以下的靜止設備，在設備承重前，將32 m以下的柱間支撐及設備承重支撐梁施工到位，32 m以下的設備吊裝必須在鋼結構施工前完成，因為履帶吊裝設備無法在鋼結構施工結束后進入。若選用卷揚機和滑輪進行吊裝就位，吊裝難度大，周期較長，但費用較低。昊源化工公司因施工周期要求較緊，選用了履帶吊裝設備，在鋼結構施工過程中，粉煤儲罐、氣化爐高壓汽包等需在承重層施工結束后立即就位，否則吊裝就位難度較大，所有設備吊裝就位耗時1個月時間完成。

2.1 靜止設備的檢查及就位注意事項

為保證設備加工質量及內件加工質量，在設備到廠前，組織專人對所有的設備進行了檢查，在檢查中發現如下問題:①換熱器列管防沖板焊接不牢固，且通量較小;②氧氣預熱器內部隔板及折流板毛刺棱角較多，焊縫焊瘤較多，未進行仔細打磨，被迫返廠重新加工;③高閃與真閃內件螺栓松動，進行重新緊固并點焊固定;④塔盤支撐圈水平度不夠，塔盤安裝后出現偏差較大。針對以上問題分別進行了整理、整改，達到安裝要求。

2.2 設備就位注意事項

(1)氣化裝置關鍵設備要保證2條線。一條線為粉煤儲罐過濾器、粉煤儲罐、粉煤鎖斗、粉煤給料罐4臺設備管口中心及垂直度一條線;另一條線為氣化爐、破渣機、渣鎖斗3臺設備管口中心及垂直度一條線。這2條線都是靠物料自身重力作用進行物料流動的，其垂直度的好壞會直接影響設備及工藝的正常運行。

(2)氣化爐找正方法的確定。氣化爐是粉煤加壓氣化的關鍵設備，如按普通工業爐的標準去精找，也可以運行，但運行的經濟性及周期性值得探究。根據粉煤加壓氣化的氣化運行機理，氣化爐盤管內表面涂有20 mm厚的碳化硅隔熱材料，同時利用熔融渣掛壁，采用以渣抗渣理論來降低爐膛傳熱效率，高溫熔融渣是在自身重力及氣流的作用下沿內壁下流，從渣口流出進入下降管，經激冷水激冷進入氣化爐下部破渣機內。如果按普通工業爐靠外壁垂直度來找正的方法找正氣化爐，不能保證氣化爐水冷壁及下渣口的垂直度，可能會造成爐膛掛渣偏，直接影響氣化爐運行工況。經過反復考慮及查閱相關資料，最終決定從爐膛內部開始尋找氣化爐垂直度參考點，法蘭口局部不水平通過墊環進行局部校驗。經最終找正調整，氣化爐的內側垂直度達到0.3‰(筆者認為小于1.0‰就可以滿足工藝要求)。

(3)粉煤鎖斗充氣笛管的安裝注意事項。粉煤鎖斗充氣笛管主要作用是通過給鎖斗沖壓將鎖斗內的粉煤蓬松，防止粉煤被氣壓實結塊。因存在壓差且為燒結金屬，易造成笛管振動，有時笛管可能會被振破，影響生產。為此，在安裝笛管時，墊片采用有內環無外環的金屬纏繞墊片，螺栓緊固，同時笛管就位時與原預留的預焊件之間有間隙，需用管托將笛管墊實，將管托焊牢，用管夾上緊螺栓焊死，上、下笛管各3個支撐點全部固定到位，最后將上、下笛管的連接螺栓點焊到位，防止松動退絲。

(4)粉煤鎖斗過濾器內件的安裝。粉煤鎖斗過濾器的內件過濾棒為燒結金屬，用螺母緊固在管板上，在過濾器底部錐體上增加1塊孔徑為15 mm的多孔板，多孔板厚度為15～20 mm，斷焊在錐體壁上，保證燒結金屬棒破碎脫落后不掉進鎖斗內，以免影響粉煤輸送。

2.3 運轉設備就位注意事項

(1)磨煤機的安裝

磨煤機是粉煤加壓氣化磨煤單元的主要運轉設備，其安裝質量好壞直接關系到磨煤機的長周期運行。磨煤機的主要安裝要點:①磨煤機底座鋼板水平與磨煤機減速機上平面水平，水平度均應＜3‰;②磨煤機安裝結束后，緊固并施焊磨煤機內緊固件，以保證在運轉過程不會因振動引起緊固件的脫落導致磨煤機異常或損壞。

(2)機泵的安裝

機泵安裝過程中對精度的控制要求直接影響機泵的安全運行，特別是洗滌塔給料泵和密封沖洗水泵的運轉速度較高(分別為8 000 r/min和13 000 r/min)，安裝時更應謹之又慎。不論多么精密的設備，只要按運轉設備的安裝規范及要求操作即可保證安裝質量，但過程控制是關鍵。過程控制主要有:①基礎處理按要求并保證處理到位，才能保證灌漿后的地腳螺栓處于安全固定狀態;②保證設備找正后軸向、徑向數據≤0.05 mm;③按高速泵潤滑油安裝使用說明書要求選擇合適的潤滑油，以保證有油膜產生。

3 工藝配管

北京航天設計院在系統工藝配管設計時就考慮了物料的均衡分布，如氣化爐盤管進水、出水，激冷水進水分布，充氣笛管的氣體管路等，均考慮了管道阻力對物料分布的影響，但在黑水處理及合成氣洗滌系統配管設計處仍存在一定的欠缺。

3.1 配管設計缺陷

(1)激冷水系統管線1開1備閥組設計不合理。因激冷水系統內含有一定量的細灰，若按常規設計，2臺激冷水泵進、出口閥門位置與管道匯合處三通之間的間距過大，會造成備用泵短節出積灰堵塞，備用泵無法開啟，影響生產。影響部位包括激冷水泵進、出口閥組，激冷水過濾器進、出口閥組，渣池泵進、出口閥組等。為此，在保證設備管道應力消除的前提下，將2臺設備的進口閥組放在一起，出口閥組放在一起，均在閥后管道匯合與總管連接，支管與總管匯合處與閥后法蘭間的管道短節越短越好，保證法蘭與閥門連接能拆卸螺栓即可，以消除局部積灰死區，保證備用泵起到備用作用。

(2)合成氣洗氣塔出口合成氣管線配管設置不合理。原合成氣管線以直接三通形式進入同徑管道，管道兩端均用管帽封堵，而后又分別在集氣管道上通過三通管件開支管，一路為合成氣出口閥組，另一路為合成氣放空到火炬閥組，增加了合成氣出口系統阻力，長周期運行不經濟。為此，在保證消除管道應力的前提下，將系統配管全以彎頭的形式配置，并縮短了配管長度。

(3)高壓閃蒸罐錐底工藝配管不合理。原高壓閃蒸罐錐底直接用法蘭連接150LB DN 250 mm閥門，閥后配Φ 273 mm×12 mm管道至真空閃蒸罐排液管，與真空閃蒸罐排液管焊接匯合，高壓閃蒸罐錐底排污水與真空閃蒸罐排液一起沿排液管進入灰水沉降槽。因高壓閃蒸罐液位控制靠高壓閃蒸罐到真空閃蒸罐之間的減壓調節閥調節，若要打開高壓閃蒸罐錐底球閥保證液體流動，則高壓閃蒸罐液位不易控制，且灰水不經真空閃蒸罐閃蒸處理，直接進入灰水沉降槽，加重灰水沉降槽的熱負荷，且易造成管道汽蝕磨損腐蝕;若不打開高壓閃蒸罐錐底球閥，易造成高壓閃蒸罐錐體沉積大量細灰，增加高壓閃蒸罐自重的同時，高壓閃蒸罐的灰水容積減少，灰水停留時間縮短，影響高壓閃蒸罐的閃蒸效果。為此，將高壓閃蒸罐錐體底部DN 250 mm球閥取消，在錐體底部法蘭上連接長300 mm的DN 250 mm短節，下部用盲板蓋封住，在短節上按DN 100 mm支管，并加2只球閥后配管至減壓緩沖組件，經減壓緩沖組件減壓后進入真空閃蒸罐，保證長期流動，徹底解決高壓閃蒸罐底部積灰問題。后經裝置系統停車檢查，高壓閃蒸罐錐體積灰很少，達到了預期目的。

3.2 工藝配管的質量控制

3.2.1 原材料的質量控制

根據設計要求采購各種規格和材質的材料，為方便確認材質，在項目開始時，就制訂了不同材質的色標及相同材質不同規范標準的序號標示，保證了所用材質的準確性。

3.2.2 焊接材料質量控制

施工安裝全部承包給安裝公司，要求焊材采用指定品牌焊條，并查看采購證件，特殊材質按特殊要求選用。安裝公司按使用要求統一保管、發放、記錄焊條，每位焊工均手持焊接工藝卡(工藝卡上列出不同材質對應使用不同的焊材)，以保證焊接材料的質量及焊接質量。

3.2.3 管道清潔度的控制

所有管道施焊前均由施工單位人員、建設單位人員、檢查、監理單位人員檢查并簽字確認，所有焊縫均需進行氬弧焊打底。

3.2.4 特殊材質關鍵點的控制

針對特殊材料(包括管道、管件、法蘭、閥門、墊片、螺栓)，在施工前將特殊管線列出，進行重點檢查;對于材質不清楚或模糊的，應立即用光譜儀測量，確保其本質安全。

3.2.5 焊縫探傷檢查

由于商業行為，曾經出現同一道焊縫，多張探傷片子的現象，違反了施工標準。因此，凡要求100%探傷的焊縫，其所有探傷片子均交由建設方專業人員審查，杜絕少探或不探現象的發生。

3.2.6 吹掃試壓試漏

對每道管線進行壓縮空氣吹掃，直至出氣管口涂白漆白板不變色為準，所有焊縫及法蘭均進行沖壓肥皂泡試驗，以保證系統裝置的氣密性。

4 運行總結

航天爐粉煤加壓氣化技術是具有中國自主知識產權的粉煤加壓氣化技術，因其技術的先進性、安全性、成熟性深受國內化工企業的青睞，并迅速得到了推廣。

4.1 運行周期

系統于2013年4月12日正式開車投產運行至今，航天爐共停爐5次，其中有2次為計劃性停車，3次因儀表故障停車;2014年5月2日，因合成氣壓縮機激振檢修停車;9月15日，因氣化爐爐膛頂部溫度過高，不能加負荷，停車更換燒嘴; 7月22日，粉煤管線三通閥閥檢失靈聯鎖停車; 9月5日，航天爐配套EPS電源控制器故障，燒嘴冷卻水泵失電聯鎖停車;12月28日，因空分裝置分子篩切換閥聯鎖失靈，致使空分裝置跳車。氣化爐運行最長時間為103 d，燒嘴運行最長時間為103 d。

4.2 產量與消耗

平均日產合成氨630 t，最高日產643 t;平均噸氨蒸汽消耗3 t，噸氨電耗600 kW·h，平均噸氨煤耗1.384 t。

4.3 運行管理

航天爐系統專利、專有設備多，工藝控制點多，安全聯鎖多，壓力高，溫度高，自動化程度高，同時具有DCS控制系統及ESD安全停車系統。因其系統復雜、控制點多，極易導致系統聯鎖跳車，難以保證長周期運行。因此，對系統工藝、運轉設備、電氣設備、儀表控制點的管理及控制是保證長周期運行的關鍵。

4.3.1 工藝管理

實際操控過程中，存在將工藝和設備分開管理、各自為政、相互推諉的情況，影響裝置的長周期運行。為此，要求工藝管理人員從工藝控制上提供保障設備長周期運行的工藝措施，針對工藝特性制訂了工藝指標，并嚴格執行。

落實系統工藝聯鎖，保證設備安全穩定運行，絕對不允許私自將聯鎖撤除，即使在特殊情況下撤除聯鎖后，也應在處理結束后立即恢復，保證裝置安全運行。例如，某單元氧煤比聯鎖因某種原因撤除，后沒有及時恢復，當粉煤管線斷流時誤判，致使系統氧含量超標，造成后工段碳洗塔塔盤損壞，變換催化劑超溫嚴重，系統裝置停車檢修，險些出現惡性事故。

渣水處理單元對系統灰水的管理顯得尤為重要，灰水質量的好壞直接影響系統泵、碳洗塔、高閃氣體塔、真閃塔等設備的安全運行。某部門為降低運行成本，以原水作為渣水處理單元的系統補水，開車運行不到1年，就出現機泵損壞、管道結垢嚴重、靜止設備積灰嚴重、閥門內漏現象嚴重，一旦停車必須立即組織大批人員清理系統裝置積灰。昊源化工公司渣水處理單元補水全部采用軟水，同時密切關注灰水成分，及時添加藥劑，保證沉降分離系統效率。裝置運行1年來，沒有出現管道結垢、裝置積灰的現象，且碳洗塔出口合成氣夾帶灰分較少，從變換前分離器分離出的灰水肉眼看不到灰。每次停車檢查，設備內都很干凈，保證了設備長周期運行。

4.3.2 設備管理

設備管理是工藝運行的基礎，一旦設備出現問題，工藝就無法保證。因此，對設備的監控及維護保養尤為重要，要求設備管理人員不僅應具有設備維修能力，還應具備維護長周期運行的管理能力。對運轉設備進行普查建檔，分析每臺設備的結構特性，并找出其易損部件、潤滑部位及設備運行工況下的壓力、溫度合理數值。建立設備運行檔案，定期進行檢查記錄，尋找設備運行規律。設備損壞檢修時，詳細分析設備損壞的原因、采取的處理措施及防范措施，并全部記入設備檔案。定期對檔案進行分析，尋找設備長周期運行的規律，定期檢修，提前消除設備隱患，為系統工藝設備長周期運行保駕護航。

4.3.3 電氣儀表設備的管理和控制

航天爐系統工藝復雜、系統控制點多，能否長周期運行，對電氣儀表設備的管理和控制也是一種長期的考驗。電氣儀表在設備安裝時，就要求對所有的控制節點都要進行檢查、標示、建檔、保護。對安裝過程中的每個線頭、每顆螺絲都應心細入微地接緊上牢，確保安裝過程中不出現差錯。在生產運行時，要做好對電氣儀表設備及線路的保護工作、定期巡檢，對于可以在線維修的應定期維護，對于不能夠在線維修的應進行監控，待系統停車進行全面檢查。長期堅持記錄建檔制度，才能保證電氣儀表設備運行正常。

4.4 原料入爐煤的控制和管理

針對航天爐內置水冷壁結構，煤的灰熔點及灰渣的流動性是保證氣化爐長周期滿負荷運行的關鍵。昊源化工公司選用陜西省檸條塔煤及石窯店煤2∶1摻燒，運行負荷較為穩定，氣化效率高，灰渣流動性好。原料煤送廠后，應分類堆放、掛牌標示。摻燒新煤種前，應先對煤質進行分析，若符合摻燒條件，則在不違背工藝的條件下，摻燒需從小比例逐步提高，摻燒過程中密切關注工藝變化，同時現場查看灰渣的狀態、數量及比例，并進行記錄和總結，為下一步提高摻燒比例作準備，直至達到合理的經濟利益為準。氣化原料煤的管理直接決定著氣化爐工藝運行狀態，是系統長周期運行的關鍵之一，生產管理人員應高度重視。

2015-03-25)