氣化爐鎖斗系統(tǒng)常見問(wèn)題及優(yōu)化改造措施

李水龍，溫彥博，王興盛，劉健童，杜小剛

（甘肅華亭煤電股份有限公司煤制甲醇分公司，甘肅 華亭744100）

在煤氣化工藝中，鎖斗系統(tǒng)被普遍應(yīng)用，是確保氣化爐正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。氣化爐內(nèi)反應(yīng)后剩余的灰渣以粗渣形態(tài)進(jìn)入鎖斗系統(tǒng)，被收集后排至界外。因鎖斗系統(tǒng)運(yùn)行介質(zhì)主要為粗渣含量較大的黑水，加之鎖斗系統(tǒng)相關(guān)閥門管件每半小時(shí)要承受一次高低壓變化，因此鎖斗系統(tǒng)故障率較高[1]。本文以某甲醇生產(chǎn)企業(yè)鎖斗系統(tǒng)為例，研究分析了鎖斗系統(tǒng)常見問(wèn)題，并提出優(yōu)化改造措施，以實(shí)現(xiàn)鎖斗系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，保證煤氣化裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

1 鎖斗系統(tǒng)流程

鎖斗系統(tǒng)流程示意圖見圖1。煤漿進(jìn)入氣化爐，經(jīng)反應(yīng)后剩余的灰渣以及未完全反應(yīng)的殘?zhí)颗c激冷水熱質(zhì)交換后，沉降至氣化爐激冷室底部，經(jīng)破渣機(jī)破碎后，粗渣進(jìn)入鎖斗系統(tǒng)。

圖1 鎖斗系統(tǒng)流程示意圖

鎖斗循環(huán)大致分為泄壓、沖洗、加壓、排渣及收渣5 個(gè)階段。鎖斗在收渣狀態(tài)時(shí)，鎖斗安全閥、收渣閥打開，經(jīng)破渣機(jī)破碎后的粗渣依靠鎖斗循環(huán)泵提供的流動(dòng)動(dòng)力，由激冷室底部沉降至鎖斗內(nèi)，當(dāng)收渣時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)時(shí)間(28 min）后，收渣閥關(guān)閉，鎖斗循環(huán)泵入口閥關(guān)閉，循環(huán)閥打開，通過(guò)鎖斗循環(huán)泵進(jìn)行自回流。鎖斗系統(tǒng)進(jìn)入泄壓步驟，即泄壓閥打開，待鎖斗系統(tǒng)壓力降至接近常壓（≤0.28 MPa）時(shí)，鎖斗系統(tǒng)泄壓完畢，泄壓清洗閥打開，低壓灰水被用于清洗鎖斗泄壓管線。清洗完成后，泄壓清洗閥關(guān)閉。鎖斗沖洗水閥、排渣閥依次打開，利用鎖斗沖洗水罐灰水將鎖斗內(nèi)積渣沖洗置換至渣池渣水側(cè)，當(dāng)鎖斗沖洗水罐液位低報(bào)警時(shí)，排渣閥、鎖斗沖洗水閥依次關(guān)閉。隨后鎖斗加壓閥打開，來(lái)自灰水處理工段的高壓灰水（7.8 MPa）為鎖斗系統(tǒng)加壓，至鎖斗系統(tǒng)與氣化爐系統(tǒng)壓差低低報(bào)警（≤0.26 MPa）時(shí)，鎖斗加壓閥關(guān)閉。待鎖斗加壓完成后，收渣閥打開，鎖斗循環(huán)泵入口閥打開，循環(huán)閥關(guān)閉，鎖斗重新進(jìn)入收渣狀態(tài)。渣池渣水側(cè)內(nèi)的粗渣經(jīng)靜置沉降一段時(shí)間（12 min）后，渣池溢流閥打開，渣池上部的澄清液溢流至渣池清水側(cè)。通過(guò)鎖斗系統(tǒng)5 個(gè)階段的連續(xù)循環(huán)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了氣化爐與鎖斗系統(tǒng)的定時(shí)連通及隔離，達(dá)到了收集、排放氣化爐粗渣的目的。

2 鎖斗系統(tǒng)存在的問(wèn)題及優(yōu)化改造措施

2.1 泄壓管線振動(dòng)問(wèn)題及優(yōu)化改造措施

在鎖斗系統(tǒng)泄壓過(guò)程中，因泄壓閥至鎖斗沖洗水罐為低壓區(qū)（0.2 MPa），而鎖斗系統(tǒng)為高壓區(qū)（6.9 MPa），泄壓閥在打開時(shí)，鎖斗系統(tǒng)內(nèi)高壓水瞬時(shí)向低壓區(qū)泄放，形成了較大沖擊力，引起鎖斗泄壓管線劇烈振動(dòng)，管道管件移位，甚至發(fā)生管道焊縫撕裂等問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某甲醇生產(chǎn)企業(yè)在開車初期，鎖斗泄壓管線安全閥和導(dǎo)淋閥根部焊縫補(bǔ)焊40 余次，泄壓閥故障近10 次，并造成生產(chǎn)減負(fù)荷2 次、氣化爐停車1次[3]。為此，提出了鎖斗系統(tǒng)泄壓管線優(yōu)化改造方案，具體改造流程如圖2 所示（圖中虛線部分為此次改造部分，云線內(nèi)為2.3 節(jié)新增并聯(lián)鎖斗循環(huán)泵改造）。

圖2 鎖斗泄壓管線改造流程示意圖

鎖斗泄壓清洗管線是鎖斗系統(tǒng)高壓區(qū)和低壓區(qū)的連接通道，主要作用是為鎖斗系統(tǒng)泄壓和泄壓管線的清洗，而鎖斗沖洗水管線也具有連接鎖斗系統(tǒng)高壓區(qū)和低壓區(qū)的作用。因此，將鎖斗泄壓清洗管線管件取消，在鎖斗沖洗水閥及止逆閥處新增泄壓閥組（見圖2 虛線處），并對(duì)鎖斗程序進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的主要鎖斗程序步驟如下：

（1）泄壓步驟：泄壓閥組打開；

（2）排渣步驟：沖洗水閥打開，排渣閥打開；當(dāng)鎖斗沖洗水罐液位低報(bào)警后，排渣閥關(guān)閉，沖洗水閥、泄壓閥組關(guān)閉；

（3）加壓步驟：加壓閥打開，氣化爐與鎖斗系統(tǒng)壓差低低報(bào)警后，加壓閥關(guān)閉；

（4）收渣步驟：收渣閥打開，鎖斗循環(huán)泵入口閥打開，循環(huán)閥關(guān)閉。

因取消了鎖斗泄壓清洗管道管件，并將鎖斗泄壓管件移至沖洗水管件旁路處，故而在鎖斗泄壓閥系列管件實(shí)際配管以及鎖斗程序改進(jìn)過(guò)程中，要將鎖斗排渣步驟中利用鎖斗沖洗水罐灰水沖洗鎖斗泄壓管線作為重點(diǎn)。在實(shí)際配管中，泄壓閥系列管件標(biāo)高要低于沖洗水閥系列管件，同時(shí)在排渣步驟中，鎖斗泄壓閥要先于沖洗水閥打開，后于沖洗水閥關(guān)閉，以此提高鎖斗沖洗水罐灰水沖洗泄壓管線的效果。

2.2 鎖斗循環(huán)泵進(jìn)出口閥門管件泄漏問(wèn)題及優(yōu)化改造措施

該甲醇生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)初期，鎖斗循環(huán)泵進(jìn)出口閥門管件頻繁發(fā)生刺漏，僅2015 年因鎖斗循環(huán)泵進(jìn)出口閥門管件刺漏，導(dǎo)致氣化爐停車2 次，減負(fù)荷3次，全年總計(jì)影響甲醇產(chǎn)量約1 333 t。

針對(duì)該問(wèn)題，企業(yè)進(jìn)行了專題分析。煤氣化工藝包中鎖斗循環(huán)泵出口流量設(shè)計(jì)為63.49 m3/h，但該泵在實(shí)際選型過(guò)程中，泵選型額定流量為100 m3/h，鎖斗循環(huán)泵出口管線最小管徑為100 mm，最大管徑為150 mm，根據(jù)核算，原設(shè)計(jì)鎖斗循環(huán)泵出口流速為2.25 m/s，實(shí)際出口流速為3.53 m/s，實(shí)際流速為設(shè)計(jì)流速的1.57 倍。因此，引起鎖斗循環(huán)泵進(jìn)出口閥門管件頻繁刺漏的主要原因?yàn)殒i斗循環(huán)泵選型過(guò)大。

為了充分利用已有設(shè)備，最大程度減少改造投入，企業(yè)根據(jù)原設(shè)計(jì)出口流量數(shù)據(jù)，重新核算鎖斗循環(huán)泵葉輪尺寸，將原鎖斗循環(huán)泵葉輪外徑縮小，并將葉輪形式由閉式改為了半開式。改造后，從根本上解決了鎖斗循環(huán)泵進(jìn)出口管件泄漏問(wèn)題。

2.3 鎖斗循環(huán)泵機(jī)械密封故障及優(yōu)化改造措施

鎖斗循環(huán)泵在運(yùn)行初期，機(jī)械密封頻繁出現(xiàn)過(guò)熱燒毀或泄漏問(wèn)題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)研究分析，主要原因?yàn)闄C(jī)泵密封水投用量不連續(xù)，針對(duì)該設(shè)計(jì)缺陷，該甲醇生產(chǎn)企業(yè)實(shí)施了提高密封水總管壓力、改造密封水管道管徑、新增鎖斗循環(huán)泵的優(yōu)化改造措施。

氣化工段密封水換熱器原設(shè)計(jì)壓力為8.3 MPa，實(shí)際工作壓力為8.0 MPa，鎖斗循環(huán)泵出口壓力最高能夠達(dá)到7.5 MPa，除去管道阻力損失，鎖斗循環(huán)泵密封水很難有效保障密封效果。因此將密封水換熱器設(shè)計(jì)壓力由原8.3 MPa 提高至9.0 MPa，同時(shí)核算鎖斗循環(huán)泵密封水管線實(shí)際配管以及密封水管線實(shí)際管徑，對(duì)鎖斗循環(huán)泵密封水管線進(jìn)行改造：將冷密封水至鎖斗循環(huán)泵總管由原DN20 改至DN40，密封水支管由原DN15 改為DN20。經(jīng)過(guò)上述兩項(xiàng)優(yōu)化改造，從根本上解決了鎖斗循環(huán)泵機(jī)械密封故障問(wèn)題。

另外，為了降低鎖斗循環(huán)泵故障對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的影響，在原工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上新增并聯(lián)了1 臺(tái)鎖斗循環(huán)泵（圖2 云線部分），當(dāng)運(yùn)行鎖斗循環(huán)泵機(jī)械密封故障后，能夠?qū)崿F(xiàn)鎖斗循環(huán)泵的在線切換，有效避免了生產(chǎn)系統(tǒng)減負(fù)荷甚至氣化爐停車事故發(fā)生。

2.4 鎖斗排渣系統(tǒng)問(wèn)題及優(yōu)化改造措施

按照原設(shè)計(jì)，每套鎖斗系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一套渣池/ 撈渣機(jī)，當(dāng)渣池或撈渣機(jī)故障后，鎖斗系統(tǒng)將停止收渣，導(dǎo)致氣化爐系統(tǒng)經(jīng)常因積渣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而被迫停車。針對(duì)該問(wèn)題，提出在鎖斗排渣管道增加排渣旁路管線的優(yōu)化改造措施，具體改造流程如圖3 所示（虛線部分為新增管線）。因氣化爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩開一備，在正常生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，一套鎖斗排渣系統(tǒng)長(zhǎng)期處于備用狀態(tài)。因此，在鎖斗排渣管道上增加排渣旁路管線，考慮到鎖斗排出的灰渣極易沉積堵塞管道，新增旁路管道在實(shí)際配管中必須保證足夠的下傾角度，同時(shí)增設(shè)管道沖洗水。當(dāng)鎖斗排渣系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題后，能夠通過(guò)排渣旁路管線借用備用鎖斗排渣系統(tǒng)進(jìn)行排渣，鎖斗完成排渣后，利用沖洗水對(duì)排渣旁路管線進(jìn)行沖洗，避免灰渣沉積。

圖3 鎖斗排渣管線改造流程圖

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鎖斗系統(tǒng)常見問(wèn)題的分析討論，有針對(duì)性地提出了相應(yīng)優(yōu)化改造措施，完善了鎖斗系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，基本解決了鎖斗系統(tǒng)常見問(wèn)題。經(jīng)優(yōu)化改造后，生產(chǎn)裝置未因鎖斗系統(tǒng)故障出現(xiàn)減產(chǎn)停產(chǎn)事故。