航天爐高壓閃蒸系統的優化升級改造

張恩光， 孫流強

(新鄉中新化工有限責任公司， 河南新鄉 453800)

作為我國首個具有自主知識產權的潔凈煤氣化技術，航天粉煤加壓氣化技術具備生產穩定性好、操作安全性強、煤種適應性廣、運行指標優、綜合利用佳等優勢，受到越來越多煤氣化企業的關注。其中，高壓閃蒸系統是航天煤氣化渣水處理單元的關鍵，其系統運行好壞直接關乎氣化爐長周期運行。為解決渣水系統運行頑疾，現結合新鄉中新化工有限責任公司實際運行經驗，對常見的問題進行分析總結。

1 航天爐渣水流程簡介

氣化爐激冷室(溫度約為218 ℃)的外排黑水與合成氣洗滌塔(溫度約為211 ℃)的外排黑水，經減壓角閥減壓后進入高壓閃蒸罐(V-1401)，由壓力控制器(14PIC-0003)控制汽提塔(C-1401)頂部出口管線上的壓力調節閥(14PV-0003)的開度，V-1401在0.5 MPa壓力下進行閃蒸。在此壓力下，大量的水蒸氣和部分可溶性氣體從黑水中釋放出來[1]。

從V-1401頂部出來的混合閃蒸汽(溫度為157 ℃)經高壓閃蒸分離罐(V-1403)分離，分離出的冷凝液排至除氧器(V-1408)，閃蒸汽則進入C-1401與來自除氧水泵(P-1407)的除氧水逆流換熱后排放至火炬系統。V-1401底部的黑水(溫度為158 ℃)進入真空閃蒸罐(V-1404)，在-0.05 MPa下進一步被閃蒸，真空度由真空閃蒸泵提供。閃蒸后的黑水溫度為50～82 ℃送至沉降槽(S-1401)進行絮凝沉降處理。

2 常見問題及處理措施

2套航天爐系統對應1套渣水處理系統，隨氣化爐負荷提升，渣水系統循環水量逐步增加，出現熱負荷高及系統壓力波動。同時，高壓閃蒸系統出現液位計失靈、角閥堵塞、短節泄漏等問題，影響渣水單元的穩定運行。為此，針對高壓閃蒸系統出現的異常情況進行相應的優化措施。

2.1 液位計失靈

高壓閃蒸系統原設計中僅有遠傳液位計和就地液位計。由于水質較差，長周期運行后的就地液位計已完全堵塞，僅有遠傳液位計做參考。高壓閃蒸液位長期以往設定60%自動控制，在開車初期出現過高壓閃蒸液位失真(顯示值低于實際液位)。為維持高壓閃蒸液位正常，高壓閃蒸外送自控閥直接關閉，高壓閃蒸短期超壓，渣水系統工況全部異常。高壓閃蒸出現滿液位后溢流至V-1403，隨后溢流至C-1401系統。高壓閃蒸超壓后安全閥起跳，其內部黑水直接排放至火炬系統，造成火炬凝液罐長時間高液位。最終渣水系統水循環出現紊亂，V-1408液位較高，C-1401補水長期維持在小流量。隨后打開高壓灰水泵進口過濾器發現內部堵塞嚴重，葉輪存在輕微磨損。后聯系儀表查看液位計，儀表反饋取壓點根部已完全堵塞而無法疏通。中控崗位以日常操作閥位為參考，手動緩慢打開高壓閃蒸外送閥，同時觀察V-1403液位以及高壓閃蒸壓力，逐步恢復渣水單元水循環系統的穩定。通過此次事故后，工廠要求崗位操作工每班記錄日常自控閥的閥門開度，當偏離正常指標范圍時，及時分析原因并處理。

2.2 短節易磨損泄漏

2套氣化爐和合成氣洗滌塔去高壓閃蒸短節共有6個，前后短節各一處。氣化爐外排黑水顆粒物較多，均是氣化爐爐渣激冷后產生的碎渣，其對管道沖擊磨損較大。合成氣洗滌塔外排黑水均為細灰渣，磨損沖擊較小。高壓閃蒸短節磨損泄漏經常于開車1個月后出現在氣化爐外排黑水去高壓閃蒸短節處。嘗試短節填充水泥和在角閥后增加緩沖等措施，但效果均不理想。最后改為內襯30 mm陶瓷短節，使用近2a未出現泄漏。檢修期間拆檢短節發現有輕微裂紋，將前后短節進行了對調，繼續使用。當短節法蘭處出現泄漏時，切忌敲擊，短節內襯陶瓷極易破損。因高壓閃蒸壓力較低，推薦使用力矩扳手消漏[2]。

2.3 角閥堵塞

將流體達到氣化的設備是減壓角閥。閃蒸罐的作用是使流體迅速氣化以及提供氣液分離的空間，所以，高壓閃蒸角閥操作尤為重要。

高壓閃蒸角閥易堵塞的原因主要是：

(1) 正常運行期間，水系統中Ca2+含量較高，氣化爐和洗滌塔至高壓閃蒸管道內壁容易結垢。系統停車后溫度下降，再開車時溫度又升高，在溫度變化過程中，金屬容器、管道、垢片的熱膨脹系數不同，導致垢片與金屬分離后脫落進入水中，引起管道堵塞。

(2) 角閥調節開度小，導致疏通面積減小，容易積累較大垢片，堵塞調節閥前管線。出現此類問題時，采用反復開大、關小角閥就可處理。

正常使用時，氣化爐去高壓閃蒸系統角閥是2開1備，洗滌塔外排黑水去高壓閃蒸系統也同樣如此。當高壓閃蒸角閥出現問題時，為保證備閥及時投用，要求備閥正常有20%開度以確保暢通。備閥在倒換時，應先隔離再打開。

2.4 內部折流板沖刷

V-1401是將來自氣化爐和洗滌塔的黑水經過高壓角閥減壓至0.5 MPa,在其內部將大量不凝氣閃蒸出去，達到熱量回收、黑水濃縮的目的。在生產過程中由于角閥是平行安裝，黑水減壓后對折流板沖擊比較嚴重，對此，在檢修期間，針對內部折流板進行徹底檢查，沖刷嚴重部位使用不銹鋼鋼板修補。經觀察，角閥在小開度情況下，內部折流板沖刷嚴重。

2.5 壓力波動

高壓閃蒸壓力由C-1401閃蒸汽出口14PV-0003控制，正常生產時，V-1401閃蒸汽進入C-1401作為補水使用。當高壓閃蒸壓力出現波動且壓力較低時會造成C-1401壓力波動，高壓灰水泵吸入量不足造成泵氣蝕。在渣水系統熱負荷較高時，嚴格控制高壓閃蒸壓力大于0.45 MPa[3]。

2.6 內部清理

高壓閃蒸正常生產時，走中部出口去真空閃蒸罐，底部去S-1401排污導淋手閥關閉。底部空間為袋型容易積垢。停車檢修時打開人孔，高壓閃蒸折流板進口至中部出口形成了斜坡段積垢。檢修期間高壓閃蒸是必清理項目，考慮高壓閃蒸錐部即使清理后也會造成積泥結垢，所以每次均清理至距中部出口1 m以下位置。

3 改造措施

針對上述問題，結合實際運行經驗對高壓閃蒸系統進行技術改造。拆除高壓閃蒸底部出口短接，上移底部出口排污手閥，使用三通連接底部去S-1401出口管道與高壓閃蒸中部去真閃管道。正常開車生產時高壓閃蒸經底部出口去真閃，高壓閃蒸中部去真閃管道手閥隔離。另將原中部出口去真閃管道保留，當高壓閃蒸系統技改后管道故障堵塞時，可立即切斷新出口管道，恢復使用原管道，保障裝置的穩定運行。改造前后見圖1。

圖1 改造前后流程圖

此前因高壓閃蒸液位計失靈導致渣水系統串水事故，為此，在原有遠傳液位計的基礎上，將現場液位計拆除，新增差壓式液位計，同時增配遠傳液位計沖洗水，確保出現異常時可第一時間進行處理。將新表引入中控DCS操作畫面，為中控操作員提供額外參考值的同時，完成二選二控制。

此改造方法優化了高壓閃蒸系統閃蒸空間，杜絕了開車周期長引起高壓閃蒸系統內部結垢的問題，減少了停車檢修期間的工作量。同時也提高壓閃蒸效率，促進氣液和氣固分離，解決渣水系統水溫高、水質差的問題，進而防止高壓閃蒸空間小導致的高壓閃蒸液位波動及失靈[4]。

4 結語

目前，高壓閃蒸系統雖不是影響煤氣化裝置長周期運行的主要因素，但不容小覷。高壓閃蒸系統的穩定運行離不開氣化爐煤種穩定和渣水單元的水質管控，只有做到提早預防、及時判斷，高壓閃蒸系統乃至整個煤氣化裝置才能實現長周期穩定運行。