壳牌气化炉水汽系统内件更换后的在线煮炉探讨_尹招进.pdf

氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月作者简介：尹招进（），男，高级工程师，主要从事化工工艺技术管理工作；壳牌气化炉水汽系统内件更换后的在线煮炉探讨尹招进（云南天安化工有限公司，云南安宁）摘 要：云南天安化工有限公司年产 万 合成氨装置，配套的煤气化装置以煤为原料，采用壳牌粉煤气化技术。气化炉水汽系统随着运行时间的增长，频繁出现合成气冷却器蒸发器、蒸发器 水冷盘管磨损、减薄、泄漏等故障，严重影响了装置的安全、稳定、长周期运行。为了从根本上杜绝因设备泄漏造成生产不稳定的情况，年 月，对蒸发器进行了整体更换。为保证更换后水汽系统的正常运行，在投用过程中对水汽系统进行了在线煮炉，并结合合成气冷却器设备更换后的水汽系统清洁情况进行了系统探索，保证装置安全、稳定、长周期运行。关键词：煤气化；蒸发器；改造；煮炉 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：云南天安化工有限公司（简称天安化工）年产 万 合成氨项目煤气化装置采用壳牌煤气化技术，设计生产的有效气（）体积流量为 ，投煤质量流量为 。煤气化装置于 年 月建成投产。壳牌粉煤气化工艺技术先进、应用广泛，但在引进之初，国内使用该技术的公司较少，运行维护经验不足。天安化工壳牌煤气化装置自投产以来，在运行过程中多次出现气化系统合成气冷却器入口（十字架）堵灰、烧嘴罩烧坏、激冷气压缩机能力不足等问题，特别是十字架积灰频繁（多达 余次），且堵塞面积大（堵塞面积达 以上有 次），造成气体流通面积减小，局部流速增加，气体偏流冲刷，在合成气冷却器蒸发器、蒸发器 的部分区域出现泄漏，造成多次装置停车，对公司生产经营状况产生较大的影响。煤气化装置工艺流程天安化工煤气化装置采用壳牌粉煤气化技术，主要原料为原煤和空分装置送来的、。煤气化装置主要包括：磨煤及煤粉干燥系统、粉煤加压及输送系统、气化系统（包括煤烧嘴系统、点火 开工烧嘴系统、气化及合成气冷却系统、气化炉水汽系统）、除渣系统、除灰系统、合成气湿洗系统、初步水处理（废水汽提及澄清系统）及公用工程系统。原料煤经给煤机送入磨煤和干燥系统进行研磨和干燥，并加入少量助熔剂石灰石粉，制成粒度为 、含水质量分数小于 的煤粉，送至煤粉贮仓，经 加压输送至气化炉内气化。在气化炉内煤粉和 蒸汽混合气化剂在 的温度下发生反应，生成以 和 为主要成分的合成气，合成气中还含有，以及少量的、和 等组分。含碳质量分数小于 的煤渣通过气化炉底锥排放到除渣系统。合成气通过气化炉顶锥进入到激冷区，被来自激冷气压缩机的温度为 的合成气激冷到 以下，通过输气管进入合成气冷却器中，被冷却到 后送往飞灰脱除系统。气化产生的合成气经冷却、除灰、湿洗后，送合成变换工序。生产过程中产生的废水经初步水处理装置处理后，大部分返回装置利用，小部分到污水处理装置经处理合格后排放。煤气化装置工艺流程见图。蒸发器更换情况该煤气化装置自 年 月建成投产以来，气化炉出现 次较严重的水冷壁管泄漏事故，其中 以上事故集中在合成气冷却器蒸发器、蒸发器 的位置（见图）。氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月图 煤气化装置工艺流程（）气化炉三维图（）蒸发器位置图 气化炉内件更换位置 为提高气化炉运行维护及管控能力，解决气化炉内件易磨损、易腐蚀、难监测等困扰合成氨“安、稳、长、满、优”运行的难题，制定气化炉运维方案，探讨气化炉存在的问题，提出建设性的维修、改进思路等。根据蒸发器、蒸发器 盘管壁厚数据对比，磨蚀速率约为 ，评估使用寿命约 。年 月对设备运行情况进行专家评审，确定对蒸发器、蒸发器 整体更换的改造思路，并于 年大修期间完成改造。蒸发器、蒸发器 内件见图。改造将气体回流室（）封头从原焊缝割除，再依次割除蒸发器、蒸发器 穿过水冷壁与环形空间集箱连接进出口管，利用 吊车把图 蒸发器、蒸发器 内件 封头、水冷壁筒体顶盖、旧蒸发器、旧蒸发器 吊出，再依次把新蒸发器、新蒸发器、水冷壁顶盖吊入、安装恢复，最后吊装复位 封头全过程。蒸发器更换后煮炉.煮炉前的准备为保证蒸发器、蒸发器 更换的洁净度，在更换前对设备管件进行了通水，逐根吹扫，并对内件进行了化学清洗和清洗后的吹干作业（见图）。蒸发器、蒸发器 安装完成后进行水冲洗及水流量测试。壳牌气化炉水汽系统经多年使用后，气化炉氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月图 蒸发器、蒸发器 化学清洗及吹扫盘管出现不同程度的磨损通洞，对其蒸发器、蒸发器 进行了更换。在设备安装或检修期间，虽然采取了适当的预防措施，但是污垢仍会以沙子、细灰、焊渣、废弃物等形式残留在设备的角落中，为保证安装后气化炉水汽系统正常运行，需要在水汽系统设备安装、检修完毕后进行冲洗。本次水冲洗进行了正、反 次冲洗，在冲洗过程中，在汽包及管线中清理了大量的结垢（见图）。图 水汽系统清理的结垢 在对水汽系统进行正反冲洗后，为保证水汽系统管线的畅通，对整个水汽系统进行了水流量测试。从测试情况来看，因过程控制较好，未发现有水冷管堵塞的情况。.在线煮炉气化炉 年 月投运至今历经 ，因经历多次检维修，气化炉水汽系统较脏，年大修更换蒸发器、蒸发器，更换面积较大，更换件本身未形成有效的保护层，原管道内结垢出现部分脱落。为有效清除在安装和修理过程中带入系统的杂质、油污和附着在汽包金属内壁上的未完全清除的金属腐蚀物及垢层，促进生成磁性氧化铁保护层，并在保护层表面形成多胺保护膜，阻止垢盐在表面生成。在设备更换后，投加海兰明药剂进行了在线煮炉。与开车前提前煮炉不同，此次煮炉经多次技术分析，为减少煮炉对生产的影响，决定使用海兰明药剂进行在线煮炉，即正常生产期间对水汽系统进行煮炉。煮炉分为 个阶段：第 阶段去除油污及杂质；第 阶段预膜及去除杂质；第 阶段预膜及去除杂质；第 阶段预膜。各阶段的用时及加药量见表。煮炉期间给水 变化见图。此次在线煮炉过程，为使海兰明药剂充分惠及整个系统，海兰明药剂由最前端的原氨水加药点加入，后经过液相及气相惠及加药管线、气化炉内件、整个水汽系统管线、汽包的排污管线、取样管线，以及后端蒸汽管线等，故最前端的给水管线的给水 为系统内最高值。表 蒸发器更换后煮炉水质分析阶段作用起始时刻结束时刻加药质量分数加药质量 排污率 除油污及杂质：预膜：预膜：预膜：不同于采用氨水提升给水 的方式（氨水加药量过大时会造成铜腐蚀，故国标要求使用氨水控制 时，在有铜给水系统中给水 控制范围为.，无铜给水系统的给水 控制范围为.），使用海兰明药剂时，药剂量对金属腐蚀性无影响，且由于海兰明药剂有更佳的气相液相分配，在给水管线添加时，能同时对全系统起到 的调节作用，如给水、炉水、蒸汽冷凝水等。煮炉期间炉水 变化见图。得益于海兰明药剂的全系统调节能力，仅从原氨水加药点单点加入药剂，也能同时保持整个氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月图 煮炉期间给水 变化图 煮炉期间炉水 变化系统的 均处于国标范围以上。煮炉期间炉水电导率变化情况见图。图 煮炉期间炉水电导率变化 气化炉的排污操作会直接影响炉水的电导率。通常情况下，较小的炉水排污率会提升炉水电导率；较大的炉水电导率会降低蒸汽品质，并使得锅炉存在结垢的风险。投加海兰明药剂后，虽然大幅减小了锅炉排污率，但炉水电导率的上升幅度却变缓了，在整个煮炉期间，炉水电导率大幅度低于企业标准上限。图 为煮炉期间的集散控制系统（）中连续排污口流量计的流量变化统计情况。煮炉期间汽包的连续排污阀开度由原 左右下调至，连续排污水的排污质量流量由原.下降至.左右，即每小时减少排污.。图 煮炉期间 截图 此次煮炉共采集 个不同时间点的炉水水样，集中送到中国特种设备检测研究院进行水样分析，结果见图。、号水样采集时间为气化炉点炉后的前 天，号水样的采集时间为 年 月 日，号水样的采集时间为 年 月 日，号水样的采集时间为 年 月 日，号水样的采集时间为 年 月 日，号水样的采集时间为 年 月 日。检测结果见表。图 炉水水样检测结果表 蒸发器更换后煮炉水质分析序号日期含铁质量浓度（）含铜质量浓度（）含钠质量浓度（）.未检出.未检出 .未检出 未检出 未检出 未检出 未检出未检出 未检出未检出 加药初期的铁含量较高，说明系统内有较严重的金属腐蚀现象，海兰明药剂的清洗作用剥离下这部分物质，溶于炉水中后表现为铁含量较高（从水样的颜色变化可以看出）。经过一段时间后，清洗和成膜逐步完成，给水管线及汽包内壁的金属腐蚀被极大程度地抑制，铁含量大幅降低，金属管壁得到有效保护。由于海兰明药剂对铜无腐氮肥与合成气 第 卷 第 期 年 月蚀性，尽管在线煮炉初期加药量较大，给水 仍维持在较高水平，炉水中未检测出铜的成分。海兰明药剂是全挥发的有机产品，其成分不含钠；添加海兰明药剂后钠的检测数值持续下降。钠浓度的大幅下降有利于降低汽水对钠盐的携带，有效保护后端汽轮机叶片的清洁。为进一步验证在线煮炉的效果，取此次割除的原气化炉水汽系统水冷壁管切割片，经专业人员焊接安装于炉水取样口处，使得炉水水样持续冲刷该水冷壁管切割片。通过安装前与 个月冲刷后的结果对比（见图），验证煮炉的效用。（）现场挂片安装情况（）使用海兰明前的挂片（）使用海兰明后的挂片图 挂片试验结果 自 年 月 日：安装挂片，至 年 月 日：取出挂片，共计试验时间为 ，挂片上原有的金属氧化物（四氧化三铁、氢氧化铁等）被完全清洗干净，取而代之的是由海兰明药剂促进生成的磁性氧化物保护层和位于磁性氧化物保护层表面的多胺保护膜。在磁性氧化物保护层和多胺保护膜的双重作用下，有效保护金属表面不发生锈蚀，并防止垢的生成，有助于提高传热效率。结语蒸发器、蒸发器 更换在安装前对设备的每根水管进行了确认通水、吹扫、化学清洗、再吹扫；安装后进行了水压试验、反冲洗、水流量测试及煮炉等相关工作，有效保证了气化炉水汽系统的正常投用，自投用后水汽系统运行正常。在启炉运行阶段，得益于煮炉的清洗和成膜作用，系统内的杂质、油污、金属氧化物等大部分被清洗、剥离、分散，系统内压力保持平稳，未出现压力骤升、炉管堵塞、爆管等异常情况。在常规运行阶段系统运行保持平稳。气化炉水质各项数据均良好，特别是与气化炉排污密切相关的炉水电导率在大幅减小炉水排污后仍维持低位（排污阀开度由常规运行时的 降至投加海兰明时的）。挂片试验真实反映出海兰明药剂煮炉对金属氧化物的清洗作用，并有效促进磁性氧化铁保护层的生成，提升了系统内金属表面的抗腐蚀能力和防垢能力。在设计、施工、检维修、工艺等相关专业人员的密切配合下，壳牌气化炉蒸发器、蒸发器 更换工作顺利进行，开车过程顺利，未出现管道堵塞、泄漏等异常情况，更换后气化炉运行周期大幅提升，有效提升了装置的可靠性，为壳牌气化炉开展同类型工作提供参考。参考文献 杨加国，霍进忠，严生 转炉余热锅炉在线煮炉的应用技术 冶金动力，（）：张如庆 硫黄制硫酸装置焚硫炉烘炉及锅炉煮炉过程分析 磷肥与复肥，（）：王英 甲烷化工段废热锅炉开工煮炉防锈技术 化工设计通讯，（）：，梁勇 温度的巧用提升煮炉（工艺）效果 化工设计通讯，（）：（收稿日期）勘误声明氮肥与合成气 年第 卷第 期文章勘误如下：第 页，论文煤气预热器管程阻力大的原因分析及改造，作者乔飞。文章 改为 ，特此声明。氮肥与合成气编辑部