煤氣預熱器管程阻力大的原因分析及改造

喬 飛

(湖北祥云集團云華安化工有限公司， 湖北武穴 435400)

1 變換工藝流程

變換工藝流程見圖1。來自煤氣化裝置的粗煤氣(6.25 MPa、236 ℃)先后經過煤氣水分離器(S04101)脫除水以及煤氣過濾器(S04102A/B)脫除飛灰等雜質。經過濾后的粗煤氣通過煤氣預熱器(E04101)預熱至265 ℃左右，進入第一變換爐(R04101)進行變換反應。出R04101的變換氣(436 ℃)先后經蒸汽過熱器 (E04102)、E04101以及中壓廢熱鍋爐(E04103)，回收熱量并副產中壓過熱蒸汽(4.00 MPa、400 ℃)，溫度降至260 ℃左右，進入第二變換爐(R04102)進行變換反應。出R04102的變換氣進入變換氣淬冷器(S04106)，在S04106內通過噴淋低溫冷凝液(原始開車無低溫冷凝液，使用鍋爐給水)增濕降溫后進入第三變換爐(R04103)進行最終的變換反應。通過三段絕熱變換將CO、H2O反應生成H2和CO2，為低溫甲醇洗提供CO質量分數≤0.7%的變換氣。

R04101—第一變換爐；R04102—第二變換爐；R04103—第三變換爐；S04101—煤氣水分離器；S04102—煤氣過濾器；S04106—變換氣淬冷器；E04101—煤氣預熱器；E04102—蒸汽過熱器；E04103—中壓廢鍋；E04104—低壓廢鍋；E04105—鍋爐水預熱器。

2 E04101堵塞原因分析

2.1 SiO2的來源

2021年9月開車起，E04101壓差(20 kPa)緩慢上漲；2022年1月15日，發生負荷波動后，E04101壓差由55 kPa上升到140 kPa；3月9日，E04101壓差上升到440 kPa，其間對過濾器進行一次切換(A 切至B)。拆檢E04101后，發現其中含有大量SiO2垢片(見圖2)，進而對其進行機械沖洗。但是，E04101管束窄，硅垢極難被徹底清除。

圖2 SiO2垢片

3月15日，投用滿負荷運行，E04101壓差為78 kPa，3月25日，E04101壓差上漲至104 kPa。進而分析工藝氣冷凝液，確定SiO2來自S04102(見表1)。

表1 SiO2來源排查分析數據

S04102瓷球主要成分為Al2O3和SiO2，對其進行檢查，出現少量粉化，但瓷球外觀完整干凈，無煤灰等雜物；用無硅水對瓷球進行蒸煮，發現有大量的SiO2產生，進而確定了SiO2的來源。

2.2 原因分析

(1) 分析工藝冷凝液，確定瓷球中的SiO2大量進入E04101后遇高溫形成硅垢，造成列管堵塞。

(2) S04101分離效果差。工藝設計S04102不需要經常排倒淋，實際每天需要排倒淋2～3次；同時S04101排液閥開度長期維持在1.5%，大量水汽經過S04102時被冷凝，瓷球中的SiO2被冷凝液帶走。

3 解決方案

更換含硅質量分數<1%的瓷球，裝填后對瓷球進行蒸汽沖洗，分析冷凝液的SiO2含量,發現其基本穩定。緩慢投用過濾器，同時對出口工藝冷凝液進行分析，嚴密監控E04101的壓差變化。

增強S04101高效分析，提高分離效果，減少冷凝液的產生，抑制瓷球中的SiO2被大量帶出。

4 改造效果

改造前，原料氣未分離的工藝冷凝液在S04102底部被冷凝，需要手動排液；冷凝液一旦被排空，大量的煤氣會直接排放到現場。改造后，S04102底部不再積存冷凝液。經過4個月滿負荷運行，E04101壓差未出現上漲，為系統連續、穩定、高效運行提供了有力保障。

5 結語

變換系統阻力增加，導致氣化操作壓力高、壓縮機負荷大、產量偏低。整個合成氨系統出現低產高耗現象，對變換系統本身的操作和設備都有危害。此次改造不僅解決了E04101結垢導致系統阻力增加的問題，同時也極大降低了作業風險。