德士古水煤漿氣化裝置高壓閃蒸系統工藝流程的優化

張成閣，常 亮，李新才

(兗礦國宏化工有限責任公司 山東鄒城 273500)

德士古水煤漿氣化裝置高壓閃蒸系統工藝流程的優化

張成閣，常 亮，李新才

(兗礦國宏化工有限責任公司 山東鄒城 273500)

為確保德士古水煤漿氣化裝置的穩定運行，增大了黑水排放量，導致高壓閃蒸系統負荷增大，使汽提塔出現了超溫和超壓、脫氧水槽水不平衡等問題。通過系統性分析并結合生產實際情況，采取了相應的改造措施，解決了存在的問題，取得了預期效果。

德士古水煤漿氣化；閃蒸系統；工藝流程；優化

兗礦國宏化工有限責任公司500 kt/a甲醇項目于2007年投產，氣化裝置采用德士古水煤漿氣化技術。在實際運行過程中，德士古水煤漿氣化裝置曾因高壓閃蒸系統換熱器換熱面積不足、黑水負荷過大等問題而導致變換工段汽提塔出現超溫和超壓現象，嚴重影響全系統的穩定運行。

1 工藝流程

來自氣化爐和碳洗塔的黑水(6.4 MPa，240 ℃)經各自的減壓閥減壓后進入高壓閃蒸器(操作壓力0.8 MPa)，產生的高壓閃蒸氣經灰水加熱器與來自除氧水泵的灰水換熱降溫后進入高壓閃蒸分離器進行氣液分離，分離出的氣相作為變換工段汽提塔的汽提氣，汽提后的水經汽提塔底料泵送往脫氧水槽，高壓閃蒸分離器內的冷凝液經自調閥去脫氧水槽。脫氧水槽相關工藝流程見圖1。

圖1 脫氧水槽相關工藝流程

由圖1可看出：①汽提塔的溫度和壓力受高壓閃蒸分離器內氣體的影響；②去脫氧水槽的各路補水會因相互間的流量匹配問題而對脫氧槽的水平衡造成影響。

2 存在的問題及原因分析

在實際運行過程中，為確保氣化裝置穩定運行，從氣化爐和碳洗塔送往高壓閃蒸器的黑水量遠大于設計值，閃蒸氣量也遠大于設計值，此時高壓閃蒸系統的熱負荷增大。灰水加熱器由于換熱面積不足和結垢等原因，對系統的運行帶來了不同程度的影響。

2.1 汽提塔超溫和超壓

導致汽提塔超溫和超壓的主要原因是送往汽提塔的閃蒸氣氣量大、熱負荷高。灰水加熱器工藝參數見表1，其主要功能是利用高壓閃蒸氣加熱來自除氧水泵的灰水以回收熱量，確保碳洗塔熱量平衡，同時減少送往變換工段汽提塔氣體的熱量。但由于灰水加熱器換熱面積不足，無法滿足工藝要求。

表1 灰水加熱器工藝參數

由表1可看出，出灰水加熱器的灰水溫度由109.3 ℃提高至169.5 ℃。根據設計時的物料平衡數據，在正常負荷下，高壓閃蒸分離器出口不凝氣氣量≤3 678.17 kg/h，進灰水加熱器的灰水量為190 m3/h，由此可得出：①如果出灰水加熱器的灰水溫度<169.5 ℃，說明通過灰水加熱器的灰水量過大、閃蒸氣量過小或灰水加熱器換熱面積不足；②出高壓閃蒸分離器的氣相量過大，說明通過灰水加熱器的灰水量過小、閃蒸氣量過大或灰水加熱器換熱面積不足。不同工況下灰水加熱器運行數據見表2。

表2 不同工況下灰水加熱器運行數據

由表2可得出：①工況1，在原設計黑水正常流量下，灰水加熱器管程與殼程進出口溫度均能達到設計值；②工況2，由于換熱器結垢，導致出灰水加熱器的灰水溫度低于設計值，僅在121 ℃左右，而出高壓閃蒸分離器的氣量較大，達到滿量程(5 000 kg/h)；③工況3，在保證灰水加熱器進口灰水流量及氣化系統黑水排放量不變的情況下，灰水溫度未能提高至設計值，且高壓閃蒸分離器出口閃蒸氣量達到流量計的上限值(超量程)，說明灰水加熱器換熱面積偏小。

2.2 脫氧水槽物料平衡的分配

當出現表2中工況2和工況3時，高壓閃蒸分離器內的冷凝量減少，導致進脫氧水槽的冷凝液減少；大部分高壓閃蒸氣及熱量被帶入汽提塔而出現超溫和超壓現象，汽提塔內大部分的冷凝液被加熱后轉化為氣態進入后工序，從而使汽提塔送往脫氧水槽的冷凝液量減少。

由圖1可看出，在真空冷凝液送往脫氧水槽的冷凝液量不變、高壓閃蒸分離器及汽提塔送往脫氧水槽的冷凝液量均減少的情況下，為保持脫氧水槽的水平衡，必然需要增大送往脫氧水槽的低壓灰水量，從而增大了低壓灰水泵的負荷。

2.3 其他方面存在的問題

(1)在正常狀態下，低壓灰水泵設計外送鎖斗沖洗水罐補水40 m3/h、渣池補水60 m3/h、脫氧水槽補水150 m3/h及污水90 m3/h。根據低壓灰水泵性能參數(Q=340 m3/h，Qmax=380 m3/h，H=67 m)，若在此基礎上再增加低壓灰水泵的負荷，該泵將處于最大流量和最小揚程下運行，會對其他用水單元產生不利的影響。

(2)汽提塔超溫和超壓運行，易造成汽提塔底料泵出現汽蝕現象，影響泵的打量；汽提塔嚴重超壓時，安全閥始終處于起跳狀態，對安全閥及設備的運行帶來安全隱患。

(3)從汽提塔頂部出來的汽提氣經脫鹽水預熱器冷凝后，在變換工段的5#氣液分離器內進行氣液分離，分離出的冷凝液送往磨煤系統，不凝氣則送至火炬高點燃燒后放空。若汽提塔出現超溫和超壓現象，還會帶來以下幾個方面的影響：①增大脫鹽水預熱器的熱負荷，從而使該換熱器出口的脫鹽水溫度升高，進而影響除氧器的正常運行和變換氣溫度；②汽提塔汽提氣經脫鹽水預熱器冷凝后的冷凝液量遠大于設計值，導致磨煤工段的水平衡被破壞。

3 優化措施

現場情況分析：①為保證烘爐的預熱水水質，將預熱水泵的吸入點由渣池改至灰水槽。在正常烘爐期間，烘爐用水量140 m3/h，根據預熱水泵的設計(1開1備，Q=300 m3/h，H=128 m)，在1臺氣化爐烘爐時，該泵還有160 m3/h的余量。②灰水加熱器為體型較大的列管式換熱器，管程為高壓，且現場空間布置緊湊。③高壓閃蒸分離器的高度滿足改造要求，且有1個預留口。

根據上述分析，最終確定如下改造方案：對高壓閃蒸分離器內部進行改造，增加2層固閥塔塔盤，并在上部空間增設除沫器；從預熱水泵出口總管引1路分支，由高壓閃蒸分離器的預留口進入上塔盤。改造后流程示意見圖2。

操作原理：來至預熱水泵的水經流量調節閥控制流量(根據烘爐情況及其他各指標的情況調整流量，水溫為45 ℃)后進入高壓閃蒸分離器的上塔盤，塔盤下方的閃蒸氣經過塔盤時，與預熱水泵送來的涼灰水在塔盤上進行直接接觸換熱，使閃蒸氣再次降溫，確保送往汽提塔的閃蒸氣量在正常的控制指標范圍內。

圖2 改造后流程示意

4 結語

(1)改造后，在氣化裝置高負荷運行的情況下，出高壓閃蒸分離器的氣量均在控制范圍內，汽提塔再未出現超溫和超壓現象，也未對后系統帶來任何影響。

(2)預熱水泵投入運行后，從高壓閃蒸分離器送入脫氧水槽的水量增加，大大降低了低壓灰水泵的供水負荷，從而滿足了其他低壓灰水用戶的正常需求，保證了系統運行的穩定。

(3)該技術改造項目的實施有效解決了因設備換熱面積不足而對生產系統帶來的影響，但仍應加強水質管理，杜絕灰水加熱器出現結垢堵塞的現象，并做好詳細的檢修計劃，發現該換熱器存在結垢現象時，應及時利用系統檢修時間進行機械清洗。

OptimizationofHighPressureFlashSystemProcessFlowforTexacoCoal-WaterSlurryGasifier

ZHANG Chengge, CHANG Liang, LI Xincai

(Yankuang Guohong Chemical Co., Ltd., Zoucheng 273500, China)

In order to guarantee stable operation of Texaco coal-water slurry gasifier, the discharge volume of black water has been increased. It causes the increase of high pressure flash system load, and problems in stripper such as over temperature and over pressure, water imbalance in deaerated water tank, etc. Through systematic analytical and based on actual production condition, relevant revamp measures are taken, problems existed are solved and expected effect is achieved.

Texaco coal- water slurry gasification; flash system; process flow; optimization

張成閣(1989—)，男，助理工程師，從事煤化工甲醇生產裝置方面的研究；18253773608@163.com

TQ053

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1006- 7779(2017)02- 0046- 03

2016- 02- 25)