中壓鍋爐給水聯通管線在兩套大型硫黃制酸裝置中的應用

譚冬梅，劉祥蒽，李孝鴻

（威頓達州化工有限責任公司，四川達州 635000）

威頓達州化工有限責任公司（以下簡稱威頓達州）有一期800 kt/a和二期400 kt/a兩套硫黃制酸裝置。一期800 kt/a硫酸裝置于2011年建成投產，二期400 kt/a硫酸裝置于2014年建成投產，兩套硫酸裝置利用硫黃燃燒的余熱產生3.8 MPa的中壓蒸汽送至甕福達州化工有限責任公司熱力發電裝置發電。在整個裝置中鍋爐系統是控制的重點，鍋爐給水泵是鍋爐系統的“心臟”，是現代余熱鍋爐系統的重要輔機，對鍋爐系統的安全穩定運行有著重要的影響。汽包水位是鍋爐系統運行過程中關鍵的控制參數之一，保證鍋爐連續上水的可靠性將直接影響著鍋爐系統的安全性。

近年來由于鍋爐給水泵故障造成鍋爐系統停機的事故屢見不鮮。威頓達州的一期800 kt/a硫酸裝置中壓鍋爐給水泵是帶有軟啟動的高壓設備，軟啟動的時間至少需要40 s，軟啟動結束后才能打開出口閥，如果提前打開出口閥，給水泵帶負荷啟動就會導致泵跳停，因此成功啟動一期中壓鍋爐給水泵需要的時間比較長，風險也比較大。如果鍋爐給水泵出現故障停止運行，不能給鍋爐上水時，裝置只能停車進行處理。為保證一、二期硫酸裝置中壓鍋爐安全穩定運行，威頓達州為兩套中壓鍋爐給水系統增加連通管道和閥門，可避免因中壓鍋爐給水泵跳停而引起裝置停車，保障了硫酸裝置長周期穩定運行。

1 中壓鍋爐給水泵運行情況

1.1 中壓鍋爐給水泵的主要參數

中壓鍋爐給水泵的主要參數見表1。

表1 中壓鍋爐給水泵的主要參數

1.2 一期中壓鍋爐給水泵的運行情況

一期中壓鍋爐給水泵有2臺，一用一備。該鍋爐給水泵是帶有軟啟動的高壓設備，軟啟動時間較長，需要40 s左右，電機啟動后，泵的出口閥或者回流閥才能打開。從裝置投料開車至今，鍋爐給水泵出現過跳停、電機軸承燒壞、滑動軸承燒壞、出口閥閥芯脫落等情況導致鍋爐給水中斷，操作人員采取緊急停車措施。

1.3 二期中壓鍋爐給水泵的運行情況

二期中壓鍋爐給水泵有2臺，一用一備。為防止二期中壓鍋爐缺水，另外還配備1臺應急鍋爐給水泵，在市電停電時緊急啟動，可運行2 h。鍋爐給水泵的電機裝有變頻器，運行過程中由中控室調節變頻以控制給水泵的出口壓力。由于給水泵的電機與電機散熱風扇是獨立運行的，所以風扇跳停不會引起電機跳停，但是電機的溫度會快速上升。為了保護電機不會因風扇跳停導致電機溫度升高燒壞電機，技術人員將風扇和電機聯鎖，風扇停止運行，聯鎖電機停止運行，此時鍋爐給水中斷，需要立即到現場啟動備用泵向鍋爐上水，如果處理不及時，裝置必須緊急停車進行處理。

2 改造前鍋爐給水泵跳停的處理方法

一期中壓鍋爐汽包液位正常控制在50%，汽包液位從50%下降至0的緩沖水容量約為4.1 m3。裝置滿負荷運行時，鍋爐上水量為120 m3/h，出現給水泵跳停時，汽包液位一般在1 min內快速下降至12%，當液位低于12%時則為虛假液位，不再隨著液位的降低而變化。此時裝置會采取緊急停車措施，現場給汽包叫水后，若是輕微缺水，則立即啟動備用泵給鍋爐上水，并控制鍋爐上水的時間小于2 min，裝置恢復正常生產。

二期中壓鍋爐汽包液位正常控制在50%，汽包液位從50%下降至0的緩沖水容量約為3.1 m3。裝置滿負荷運行時，給水泵跳停2.5 min汽包液位從57%降至31%，較一期中壓鍋爐汽包液位下降較慢，可在中控室通過DCS顯示和現場雙色液位計的液位視頻監控判斷鍋爐的液位。此時降低生產負荷至45%，并立即啟動備用泵給鍋爐上水，鍋爐上水量控制在70 m3/h，控制鍋爐上水的時間小于3 min，裝置恢復正常生產。

若給水泵跳停處理不及時，可能導致汽包輕微缺水或嚴重缺水。通過“叫水”法判斷為汽包輕微缺水時，可立即向汽包上水，裝置恢復生產；若判斷為嚴重缺水時，則不能向汽包進水，裝置必須緊急停車，防止在汽包嚴重缺水時給鍋爐上水導致鍋爐炸裂甚至爆炸。

3 中壓鍋爐給水聯通管線的應用

3.1 聯通管線及閥門的設置

一期泵房與二期泵房位于一、二期透平風機房兩側，兩泵房間距約30 m。為解決鍋爐給水泵跳停給裝置帶來鍋爐缺水的影響，技術人員提出在一、二期泵房外的鍋爐給水管線上增加50 m的聯通管線、2個氣動切斷球閥和3個手動隔離閥，可確保在一、二期中壓鍋爐給水泵跳停時，在中控室遠程控制閥門開關進而控制鍋爐液位。

一、二期中壓鍋爐給水聯通管線設置示意見圖1，其中紅色標注的為新增管線和閥門。

圖1 一、二期中壓鍋爐給水聯通管線設置示意

新增的閥門XV0305為DN80的氣動切斷球閥，安裝在應急鍋爐給水泵P0503的出口，處于常關狀態，其手動隔離閥常開；新增的閥門XV0306為DN100的氣動閥，安裝在一、二期中壓鍋爐給水串通管上，處于常關狀態，其前后隔離閥常開。閥門XV0305和XV0306，在斷電時全開，在斷儀表空氣時保持在原位。

在兩套裝置突然停電而緊急停車后，立即啟動應急鍋爐給水泵P0503，打開閥門XV0305和XV0306，向一期和二期中壓鍋爐補水。在其中一套裝置的中壓鍋爐給水泵跳停后，打開閥門XV0306向鍋爐上水。

3.2 聯通管線在裝置上的應用情況

3.2.1 一期中壓鍋爐給水泵跳停時使用

當一期中壓鍋爐給水泵跳停時，分兩種情況進行處理：

1）裝置不停車進行處理。當一期中壓鍋爐給水泵P1424突然跳停使給水泵打不起水，或者給水泵出口閥故障關閉時，鍋爐給水中斷，此時立即將一期裝置的精硫泵變頻降至最低，并將透平風機轉速降至最低，打開風機出口放空閥，控制系統風量，同時降低二期裝置生產負荷，在中控室遠程打開一、二期給水聯通閥XV0306，用二期中壓鍋爐給水泵給一期鍋爐上水，并立即到現場啟動一期鍋爐給水泵備用泵，當一期鍋爐正常上水后，關閉聯通閥。

2）裝置緊急停車處理。現場人員給汽包叫水，判斷是輕微缺水時，啟動備用泵給鍋爐上水，備用泵在檢修或者啟動不成功時，打開一、二期聯通閥，給一期汽包上水至高液位，再關閉聯通閥。在使用時需要注意二期中壓鍋爐給水泵的電流變化，防止二期給水泵超負荷運行。

3.2.2 二期中壓鍋爐給水泵跳停時使用

二期中壓鍋爐給水泵運行不平穩，經常因為風扇跳停，引起給水泵電機跳停。當二期中壓鍋爐給水泵P0504突然跳停使給水泵打不起水，或者給水泵出口閥故障關閉時，鍋爐給水中斷，此時立即在中控室遠程打開聯通閥XV0306，用一期中壓給水泵向二期中壓鍋爐上水，同時降低一期和二期裝置的負荷至75%，立即到現場啟動二期備用給水泵，當二期中壓鍋爐能用備用泵正常上水后，關閉聯通閥XV0306。

3.2.3 一、二期中壓鍋爐給水泵同時跳停時使用

當兩套裝置突然停電，一、二期鍋爐給水泵停止運行時，鍋爐給水中斷，一期和二期裝置緊急停車，立即啟動應急鍋爐給水泵，打開應急鍋爐給水泵出口閥XV0305和XV0306，向一期和二期鍋爐補水。待鍋爐補水正常后，先關閉閥門XV0305和XV0306，再停應急鍋爐給水泵。

3.2.4 二期兩臺中壓鍋爐給水泵同時故障時使用

當二期兩臺給水泵同時出現故障時，需要降低一、二期裝置的生產負荷，同時打開聯通閥，待其中一臺給水泵故障排除能給鍋爐上水后再關閉聯通閥。

2017年5月，在二期中壓鍋爐的一臺給水泵檢修期間，另一臺給水泵的平衡盤出現問題，當上水量超過60 m3/h時，給水泵的電機溫度偏高，為防止給水泵因溫度過高燒壞電機，打開一、二期聯通閥，從一期裝置向二期裝置鍋爐串水20 m3/h左右，滿足生產負荷需要。

2021年9月，在二期中壓鍋爐給水泵備用泵的變頻器發生故障檢修過程中，運行泵的風扇跳停導致給水泵電機跳停，鍋爐上水中斷，中控室立即打開一、二期鍋爐給水聯通閥，將一期的除氧水打進二期中壓鍋爐，降低一期和二期裝置的負荷至75%，打開除氧器底部排水，控制好一、二期除氧器液位和鍋爐汽包液位，以及二期HRS預熱器出口水溫，在一期中壓鍋爐給水泵不超負荷運行的情況下，從一期裝置給二期裝置串水3 h，滿足二期裝置生產負荷的需要。更換好二期中壓鍋爐給水泵的風扇后，啟動給水泵給鍋爐上水，關閉聯通閥，成功地避免了裝置停車，保證了裝置的安全穩定運行。

3.2.5 一期裝置焚硫轉化升溫時使用

一期中壓鍋爐給水泵的出口壓力達到6.9 MPa，在一期裝置焚硫轉化升溫時，鍋爐汽包若未升壓或者壓力過低，鍋爐上水調節閥的壓差會很大，導致上水調節閥打開時，聲音和振動很大。二期中壓鍋爐給水泵和應急鍋爐給水泵是變頻泵，可以將給水泵的出口壓力控制到較低范圍，為保護一期中壓鍋爐的給水調節閥，在一期裝置焚硫轉化升溫時，啟動二期應急鍋爐給水泵，打開一、二期聯通閥給一期中壓鍋爐上水。

4 使用聯通閥串水時的工藝影響

二期中壓鍋爐給水備用泵也無法啟動時，需要長時間用一期中壓鍋爐給水泵向二期中壓鍋爐上水，一期中壓鍋爐給水泵供水量的增加，導致除氧器液位下降，脫鹽水泵的變頻增加，進入HRS預熱器的水量增加，將一期HRS預熱器的熱平衡打破，造成一期HRS預熱器出口的水溫和出口酸溫均降低，但不會影響工藝和設備的安全運行。

二期中壓鍋爐未采用二期中壓鍋爐給水泵上水，除氧器的液位會升高，導致進入HRS預熱器的水量減小，將二期HRS預熱器的熱平衡打破，引起二期HRS預熱器出口的水溫和出口酸溫均升高，致使HRS預熱器出口的水溫會超過100 ℃，這將會影響到工藝和設備的安全運行，若處理不當會損壞HRS預熱器。為防止二期HRS預熱器超溫，需要立即打開HRS預熱器的酸副線閥，使其開度大于50%以上，以減少HRS塔產酸進入HRS預熱器的酸量。若HRS預熱器出口的水溫還繼續升高，再打開除氧器底部的排水閥大量排水，以增大進入HRS預熱器的水量，控制除氧器液位和HRS預熱器出口的水溫在一定范圍內。

5 結語

威頓達州為一、二期硫酸裝置中壓鍋爐給水系統增加連通管道和閥門，生產實踐證明，該聯通管線的安裝成功地實現了兩套中壓鍋爐給水系統的串水，避免了多次因中壓鍋爐給水泵跳停或故障引起的裝置非計劃停車，保證了裝置的長周期安全穩定運行。同時，當出現鍋爐上水中斷時，可以在中控室遠程控制操作，保證了操作人員的人身安全。