粉煤氣化激冷環(huán)酸洗反沖洗技術(shù)應(yīng)用

劉 武,袁天嘯,梁海營,韓 闖

(昊華駿化集團(tuán)，河南駐馬店 463000)

河南駿化發(fā)展股份有限公司(簡稱駿化化工)原料路線改造項(xiàng)目300 kt/a合成氨裝置采用航天工程股份有限公司開發(fā)的粉煤加壓氣化技術(shù)，該項(xiàng)目自2018年2月27日開車以來多次出現(xiàn)激冷環(huán)水流量低減負(fù)荷事件，停車檢修發(fā)現(xiàn)激冷水調(diào)節(jié)閥前管道結(jié)垢堵塞、激冷水過濾器篩板堵塞、篩板間隙因壓差增大變形開裂等情況，減負(fù)荷及停車給企業(yè)造成極大的損失。筆者通過對航天粉煤氣化裝置激冷環(huán)及附屬管道進(jìn)行酸洗反沖洗，以期緩解激冷環(huán)結(jié)垢，使激冷調(diào)節(jié)閥可以正常發(fā)揮作用。

1 激冷環(huán)的結(jié)構(gòu)與作用

激冷環(huán)是氣化爐的核心部件，激冷水通過激冷環(huán)后分為兩路：一路通過激冷環(huán)內(nèi)側(cè)噴射口由四周向中心噴射，對出渣口的合成氣進(jìn)行第一次冷卻，同時(shí)參加制氫副反應(yīng)；另一路沿激冷環(huán)四周向下旋流形成旋流水膜，以保護(hù)下降管不被直接接觸的高溫氣體燒壞。激冷環(huán)隙及旋流擋板堵塞引起激冷環(huán)局部無水，將直接導(dǎo)致激冷環(huán)高溫撕裂，嚴(yán)重影響激冷環(huán)及系統(tǒng)運(yùn)行[1-2]。另外，下降管燒穿將直接威脅支撐板及氣化爐殼體安全。駿化公司B氣化爐激冷環(huán)堵塞缺水裂開見圖1，對損壞的激冷環(huán)進(jìn)行局部更換，效果見圖2。

圖1 激冷環(huán)堵塞損壞

圖2 激冷環(huán)局部更換

對局部更換后的激冷環(huán)進(jìn)行布水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：激冷水旋流出現(xiàn)空白區(qū)域，噴射口2個(gè)作用點(diǎn)間距不一致，不能恢復(fù)到原始效果。由此可見，后期維修更換是補(bǔ)救措施且效果不佳，還是要將重點(diǎn)放在日常運(yùn)行的預(yù)防上，防止堵塞及燒穿現(xiàn)象出現(xiàn)。

2 激冷環(huán)堵塞事故經(jīng)過及原因分析

2020年2月24日運(yùn)行中的B氣化爐液位出現(xiàn)低報(bào)警，主控顯示激冷水流量偏低，隨即氧體積流量降低至10 000 m3/h。全開激冷水調(diào)節(jié)閥后激冷水流量無變化，全開激冷水調(diào)節(jié)閥副線激冷水流量仍無變化。開啟激冷水備用泵后激冷水體積流量由180 m3/h增長至190 m3/h，開啟備用激冷水過濾器后激冷水流量無變化，初步判斷激冷環(huán)堵塞，為確保激冷環(huán)不被燒壞，隨即停車檢修。停車后對激冷水泵進(jìn)口過濾器檢查無堵塞；對激冷水過濾器篩板檢查有輕微堵塞但沒有縫隙；對備用激冷水過濾器檢查完好，進(jìn)一步證實(shí)了激冷環(huán)堵塞。對激冷水過濾器出口DN250管道進(jìn)行檢查，結(jié)垢7 mm；對激冷環(huán)分支進(jìn)口管道檢查，結(jié)垢6 mm。垢片分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 激冷水管道垢片分析數(shù)據(jù)

導(dǎo)致激冷環(huán)結(jié)垢的原因較多，主要表現(xiàn)：氣化爐灰水系統(tǒng)要求指標(biāo)(硬度+堿度)<1 400 mg/L、氨氮質(zhì)量濃度<200 mg/L，駿化化工前期水質(zhì)指標(biāo)(硬度+堿度)≥2 400 mg/L、氨氮質(zhì)量濃度≥300 mg/L，偏離指標(biāo)嚴(yán)重；系統(tǒng)頻繁開停車，開停車過程中溫度的突升突降加速了垢片的脫落堵塞，特別是全廠斷電停車(駿化化工2019年停車次數(shù)高達(dá)17次)，氣化爐與激冷環(huán)處于小循環(huán)狀態(tài)，激冷水流量低、停車后循環(huán)時(shí)間短；激冷水過濾器篩板強(qiáng)度不夠，發(fā)生變形后產(chǎn)生縫隙導(dǎo)致較大顆粒的灰垢進(jìn)入激冷環(huán)，顆粒的直徑大于激冷環(huán)環(huán)隙,因此無法從激冷環(huán)沖出，造成激冷環(huán)堵塞。

3 酸洗反沖洗

3.1 酸洗反沖洗方法

激冷水酸洗反沖洗流程圖見圖3。關(guān)閉破渣機(jī)下閥門(閥門5)、B激冷水過濾器排污閥(閥門2)、A激冷水過濾器出口閥(閥門4)，在緩沖罐內(nèi)配置好的酸洗液經(jīng)泵加壓后由激冷水進(jìn)口接入，流經(jīng)B激冷水過濾器及附屬管道后至激冷環(huán)酸洗，回液靠自重經(jīng)破渣機(jī)后進(jìn)入緩沖罐完成循環(huán)。根據(jù)回液檢測數(shù)據(jù)間歇更換酸洗液，酸洗時(shí)間控制在8～16 h為宜。關(guān)閉閥門5、閥門3、閥門4，開啟閥門1，氣化爐保持70%液位，氣化爐升壓至0.5 MPa，緩慢開啟閥門4開始反沖。依照上述方法依次提高壓力至1.0 MPa、1.5 MPa進(jìn)行3個(gè)壓力級(jí)的反沖洗。

圖3 激冷水酸洗及反沖洗流程圖

3.2 控制點(diǎn)

先進(jìn)行酸洗對管道內(nèi)結(jié)垢進(jìn)行初步浸泡，可以對后續(xù)反沖洗能起到促進(jìn)作用；受管道結(jié)垢厚度及垢片硬度影響，酸洗藥劑發(fā)揮出的效果受到削弱作用，藥劑的選擇范圍可以放寬，對管道本體腐蝕影響可以忽略，但仍要嚴(yán)格控制氯離子的含量；酸洗及反沖洗涉及腐蝕及高低壓轉(zhuǎn)換，操作過程中需要做好安全防護(hù)措施[3-4]。

3.3 沖洗效果

激冷環(huán)反向沖洗改變了正常的流動(dòng)方向，反沖洗過程中保證氣化爐液位，依靠較大的水動(dòng)量對管道進(jìn)行逆向沖刷，較單純的氮?dú)夥礇_效果更佳；激冷環(huán)利用水汽反沖洗是純物理作用，對激冷環(huán)本體及管道無腐蝕作用；反沖后系統(tǒng)恢復(fù)正常流程，激冷水調(diào)節(jié)閥開度由100%降低至64%，激冷水體積流量由167 m3/h上升至250 m3/h，滿足生產(chǎn)要求。原始開車期間，激冷水調(diào)節(jié)閥開度為45%即可達(dá)到250 m3/h，判斷激冷環(huán)仍有部分堵塞。

4 結(jié)語

激冷環(huán)酸洗反沖洗相互作用能夠?qū)⒐艿栏街岸氯墓钙糠智謇恚瑢τ诮Y(jié)垢度高的垢片效果不大；激冷環(huán)反沖洗方法主要適用于短期停車激冷水流量下降情況，能夠起到良好的效果；反沖洗能夠延緩結(jié)垢，延長激冷環(huán)及管道使用時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效果顯著。