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对置式四喷嘴气化炉锁斗系统问题及处理

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对置式四喷嘴气化炉锁斗系统问题及处理

                   作者系兖矿新疆煤化工公司林航

新型四喷嘴对置式气化炉装置是具有自主知识产权的水煤浆气化技术,为了维护其长周期运行,不仅要克服其自身存在的缺陷外,其辅助系统—锁斗系统的正常运行也是一个重要条件。锁斗系统是处于气化炉下部用于处理气化反应中产生的熔渣的装置。

锁斗排渣系统由逻辑联锁自动控制系统控制。每个循环周期为 30 min,其中集渣时间为28min,排放时间为2min。气化炉洗涤冷却室底部的渣及少量未燃烧的残炭颗粒通过锁斗入口阀收集到锁斗内。为了有利于渣的收集,在锁斗顶部设置 1条管线, 通过锁斗循环泵, 将锁斗上部的黑水加压循环送回气化炉洗涤冷却室, 作为锁斗循环水,使洗涤冷却室中的黑水在向下流动的过程中将渣带出。

灰渣灰熔点突变煤的灰熔点直接影响气化炉的操作温度。煤种的变化及煤的配比变化都直接影响到灰熔点变化。所以, 炉温控制时要考虑到灰熔点变化, 及时调整气化炉操作温度, 操作温度要高于灰熔点 50 e , 避免气化炉低于熔点温

度, 造成灰黏度急剧增大,流动性变差,出现下渣结块,形成架桥,导致锁斗安全阀上部堵塞和锁斗排渣阀上部堵塞。

我车间锁斗系统运行期间,频繁出现故障,导致系统无法正常运行,影响公司整体效益,因此,我们决定对锁斗系统运行时出现的问题进行总结及寻找解决方案来实现系统长周期运行。

在此期间我们翻阅大量资料及文献来寻找各地出现的问题及处理方案。

锁斗系统介绍

1.1锁斗系统介绍

新型四喷嘴对置式气化炉装置是具有自主知识产权的水煤浆气化技术,为了维护其长周期运行,不仅要克服其自身存在的缺陷外,其辅助系统—锁斗系统的正常运行也是一个重要条件。锁斗系统是处于气化炉下部用于处理气化反应中产生的熔渣的装置。

新型四喷嘴气化炉是由两台煤浆泵将煤浆加压后送至气化炉的四个工艺喷嘴与空分系统来的高压氧气在气化炉燃烧室内进行部分氧化反应,生成的粗合成气与熔渣及未完全反应的碳通过燃烧室下部的渣口进入气化炉洗涤冷却室,与洗涤冷却水沿洗涤冷却管并流向下,粗合成气被冷却后在洗涤冷却室的液位以下以鼓泡的形式进行洗涤和进一步冷却,由洗涤冷却室上部空间出气化炉。

反应中产生的熔渣在洗涤冷却时的水浴冷却、固化,固态渣通过静态破渣器破碎,然后被锁斗循环水夹带进入锁斗。锁斗排渣系统是由一套逻辑联锁自动控制系统控制,每个周期约为30min。洗涤冷却时底部的渣及少量未燃烧的残炭通过锁斗入口阀收集在锁斗内。为了有利于渣的收集,锁斗顶部有一个管线,通过锁斗循环泵将锁斗上部的黑水加压循环回气化炉洗涤冷却室,作为锁斗循环水,是洗涤冷却室中的黑水在向下流动的过程中将渣夹带进入锁斗。

锁斗具体排渣过程:渣收集结束后,锁斗泵自循环阀(kv1206)打开,锁斗泵入口阀(kv1205)关闭,锁斗入口阀(kv1202)关闭,接着锁斗泄压阀(kv1207)打开泄压,当锁斗压力指示小于0.18Mpa时锁斗泄压管线冲洗阀(kv1209)打开,30s后其关闭,锁斗冲洗阀(kv1204)打开,然后锁斗开始往捞渣机内排渣(kv1203)打开,大约30s后(kv1203)关闭,然后(kv1204、kv1207)同时关闭,锁斗继续开充压阀(kv1208)对锁斗进行充压,当锁斗和气化炉压差小于0.18Mpa时,锁斗入口阀打开,充压阀关闭。锁斗继续下一个循环。收集在渣池的渣经刮板捞渣机捞出后,装入渣车运到储存界区。较清的渣水通过渣池泵送往真空闪蒸罐,与闪蒸黑水一同进行处理,后经沉降槽、灰水槽,再到系统中循环利用。(在下文叙述中为方便起见将以阀门位号的形式介绍)

1.2锁斗开车流程

1.2.1按单体设备操作法启动捞渣机(可在气化炉投料后)。

1.2.2按单体设备操作法启动渣池搅拌器。

1.2.3仪表确认锁斗逻辑系统调试合格。

1.2.4锁斗冲洗水罐建立液位。

锁斗冲洗灌建立液位步骤如下:

1)打开锁斗冲洗水换热器灰水进、出口阀,关闭旁路阀及导淋阀。打开循环冷却水进、出口阀。打开换热器排气阀,排气后关闭。

2)确认去本系统锁斗冲洗水罐管线上阀门全开,灰水流量调节阀FV1211前后阀全开,旁路阀、导淋阀关闭。去KV1209管线阀门开,KV1207阀后管线手动冲洗水球阀关闭。关闭锁斗循环泵入口阀KV1205前排气阀。

3)控制室手动打开FV1211,调节灰水流量为60m3/h,建立锁斗冲洗水罐液位。

4)按动ESD画面上锁斗安全阀开关按钮,确认KV1202动作正常。

5)控制室确认锁斗冲洗水罐液位LIC1208≥93%时,控制室按下“锁斗开车”按钮,确认锁斗开始周期循环。

6)确认各阀门的动作及指示正常。

7)稍开高温热水泵至KV1208前阀(此步气化炉投料后进行)。 

8)确认锁斗循环泵至气化炉管线阀门开(总阀一只、支阀二只,共三只)。

9)在锁斗泵入口阀KV1205开位时,按单体设备操作法启动锁斗循环泵。控制室确认锁斗循环流量正常。

第二章锁斗系统的重要性

2.1锁斗系统的重要性

在气化反应中,不仅生成了我们所需产物合成气,伴随之,也产生了大量的固态熔渣。如果不及时将其排出,它将会堆积,占据洗涤冷却室内有效容积,被黑水带入后系统,堵塞管道、设备等。当其堆积至一定程度时,便会堵塞黑水出口,可以想象,水循环将无法进行,最终气化炉无法运行。

由此可见,锁斗系统虽为一辅助系统,但其扮演着及其重要的角色。当由于某种原因,锁斗无法正常运行,超过一定时间,气化炉就有可能被迫停车。

第三章锁斗系统常见故障及分析

3.1锁斗集渣过程中温度过高

我车间锁斗冲洗水换热器列管为碳钢材质,易发生腐蚀、堵塞,检修工作量较大,车间决定停用两台换热器,70℃的低压灰水经换热器旁路阀,直接为锁斗冲洗水罐补水,自2013年5月份运行以来,锁斗系统未发现异常。正常情况下,在30分钟的集渣过程中,锁斗温度只上涨10℃左右,而在异常情况下,锁斗温度能达到120℃。

3.1.2锁斗集渣过程中,温度过高的原因及分析处理

气化炉燃烧室与合成气出口管线的压差只有0.02MPa,这其中包括了渣口、激冷室水封和破泡条的阻力,而气化炉下降管口距锁斗循环水入气化炉管口约2.0米,据锁斗入口阀7.9米,所以合成气对激冷室下部的搅动作用很小,锁斗上部约10立方米的积水处于相对平静区,正常时,气化炉激冷室下部短节处只有75℃左右。导致锁斗温度升高的原因,我们认为主要有以下三点:

1、气化炉激冷室积渣,导致气化炉下部短节处温度升高。如果气化煤种出现大的波动,操作炉温过低,生成的大块渣易在激冷室静态破渣器处架桥,大量的积渣相当于延长了气化炉的下降管的长度,加剧了合成气对气化炉下部积水的搅动,经过锁斗循环泵的置换,使得锁斗温度逐渐升高。

2、锁斗系统阀门内漏,水系统置换量大,使得锁斗温度升高。在运行过程中,我车间出现过锁斗出口阀、冲洗水阀及泄压阀内漏的现象,出现该情况,当关闭锁斗高压系统阀门,泄压阀未打开时,锁斗压力就会出现大幅下降,我们可以根据情况排查泄漏位置,更换阀门。

3、锁斗出口阀开启时间设定过长,此时会造成锁斗未充满水,将延长锁斗充压时间,150℃的高温热水将明显提高锁斗温度。

3.1.3锁斗温度过高的危害

1、在锁斗排渣过程中,锁斗要泄至常压,以降低对排渣管线的冲击力,而过高的锁斗温度,使得锁斗泄压时间由原来的几秒钟延长到了十几分钟,大幅缩短了锁斗的集渣时间,将造成气化炉积渣和堵渣的隐患。

2、锁斗排渣过程中,高温的黑水将迅速气化,产生的大量蒸汽将冲击排渣管线,由于锁斗下部的排渣管线经长时间的冲刷磨损,管壁较薄,如果震动过大,有可能造成管线的破裂,而至使黑水外泄,给现场造成很大的安全隐患。

3、锁斗内温度过高,泄压后会产生大量蒸汽量,在锁斗排渣冲洗过程中,易造成冲洗水阀前管线的水击,我车间在2013年10月份,出现了两次冲洗水阀前软管损坏的现象。

3.2锁斗渣堵

影响锁斗正常运行的常见问题,一是锁斗阀门故障,如阀门动作不到位、阀门内漏等,由仪表维护人员修理或更换阀门即可,但一定要抓紧时间,避免长时间影响锁斗排渣。第二便是锁斗渣堵,即本文介绍的重点。新型四喷嘴气化炉适于低温操作,炉温太高影响耐火砖与烧嘴的使用寿命,而炉温太低或由于煤种原因则可能导致气化炉渣口与锁斗系统渣堵。锁斗渣堵常见部位为锁斗上部和锁斗下部,下面便是渣堵的常见现象与解决方法。

3.2.1锁斗上部堵渣

在系统正常运行中,锁斗压差表指示值一般为0.55Mpa左右,指示稳定、波动幅度较小,一旦其有上涨趋势,且有明显波动,则锁斗上部有可能轻微渣堵。此时将锁斗打成手动操作,关闭kv1201、kv1202,将kv1208打开充压,直至锁斗充压至最高,打开kv1201、kv1202,关闭kv1205,锁斗打自循环后,若锁斗压差下降至正常值,并稳定,则说明已反冲好,若未好,则重复多次,直至疏通。为了使反冲时,锁斗内压力升至较高,可将高温热水泵(为锁斗充压的泵)去水洗塔补水阀门关小,以提高高温热水泵出口压力。

疏通后,锁斗应尽快排渣,观察排渣时,锁斗冲洗水罐液位下降速度以防锁斗下部渣堵,未见异常后,锁斗恢复正常。排渣后,应现场察看渣样,看是否有大块,综合判断,若因炉温太低导致渣堵,应适当提高炉温,现场察看渣样,控制室密切注意各项工艺指标的运行情况。

当锁斗上部渣堵较为严重时,锁斗内压差大于0.18Mpa,kv1202自动关闭(但信号仍未开),锁斗仍处于集渣状态,未有停车报警,控制室若不认真巡检,锁斗很可能会长时间处于这种异常状态,使渣堵恶化。若出现此类状况,立即将锁斗打手动,利用上述方法反冲,若重复多次,未见好转,经应抓紧时间采取其它方法。比如,锁斗处有高压氮气阀门,可以按上述方法反冲锁斗1、2阀。

 3.2.2锁斗下部堵渣

锁斗下部渣堵是较为常见的渣堵现象,多为kv1203上部。当控制室发现排渣时锁斗冲洗水罐液位下降较正常慢,应立即将锁斗打手动,将锁斗冲洗水罐尽快充满水,打开kv1204、kv1207、kv1203,带压排渣,若速度仍慢,则可判断锁斗下部渣堵,可让现场察看渣堵具体部位,若kv1203开时,其阀门下部管道是凉的,则可判断是kv1203上部渣堵,反之则为kv1203下部渣堵

当kv1203上部渣堵时,控制室将锁斗打手动与气化炉保持隔离状态,冲洗水罐加水做好下次排渣的准备。现场将kv1203下部管道上的预留孔打开,将耐压胶皮管的一头连在冲洗水接头上,一头从预留孔伸到kv1203阀球下部,并固定好,现场启动冲洗水泵,冲洗水送至气化二楼冲洗水阀前,所有人员远离预留孔,联系控制室手动打开kv1204、kv1203,当kv1203打开时,现场迅速打开冲洗水阀,利用高速水流将卡住的渣冲开,确认通后,关闭冲洗水阀,停供冲洗水。控制室尽快再排一次渣,确认一切正常后,恢复预留孔。

当现场确认为kv1203下部堵时,打开预留孔挖渣,注意观察渣样是否异常有大块。若渣样正常无大块,要考虑是否因锁斗下部三通阀挡板脱落等原因造成管路堵塞,若确为渣堵,则也可连胶皮管利用高速水流疏通。

3.3锁斗排渣时,管线振动过大

3.3.1管线的支撑松动

DN300的锁斗冲洗水管线,从七楼至一楼,有35米的位差,排渣时对管线产生很大的冲击力,所以管线要有良好的支撑。

3.3.2锁斗内温度过高

过高的锁斗温度,容易在锁斗泄压时,产生大量蒸汽,这时当锁斗冲洗水阀打开时,容易发生水击,造成管线剧烈振动。

3.3.3锁斗内排渣管线相对冲洗管线口径过大

我车间锁斗系统冲洗水管线为DN350,锁斗出口管线DN400,根据我们的分析,锁斗出口管线口径过大,会导致锁斗液位下降过快,在锁斗内形成低压区,这样加大了冲洗水的流速,在锁斗满液位后,过量的补水会反向冲击冲洗水管线,类似水击现象。

3.4锁斗仪表系统出现故障

锁斗采用的顺序控制系统比较复杂,其中既有电信号的联锁,又有气信号的联锁,由于备件质量和运行周期等原因,锁斗系统会出现仪表方面的一些问题,现简单罗列一下常见故障:

1、锁斗入口阀内漏。短时间内无法更换,在不影响运行的情况下,可以用安全阀替代,作为入口阀使用。

2、锁斗阀门无法打开。在排除电磁阀及气控阀原因以后,有可能因为阀芯积灰,造成开关阻力过大。出现这种情况,更换新阀,或在阀杆处增加辅助力量,以增大阀轴力矩。

3、锁斗阀位显示故障。:在DCS监控画面上,显示锁斗阀阀位黄色故障,这时可以联系仪表人员确认阀门开关位置,检查阀位开关信号及阀门定位器是否正常。

3.4锁斗系统泄压操作的必要性

锁斗与气化炉隔离后,其内部仍然保持着与气化炉底部一样的高温高压环境,如果此时打开排渣阀(图2-2 3阀)排渣,排渣管线直径大都在 500 mm 以上,那么高温高压热水必将夹杂着炉渣喷涌而出,造成可怕的后果。所以在排渣前一定要对锁斗进行缓慢泄压,用一根较细的管线先将锁斗压力降至常压附近,再打开排渣阀进行排渣。

3.4.2锁斗系统泄压缓慢的原因及分析

锁斗系统泄压前应处于隔离状态,与气化炉、充压水、冲洗水罐和外界的连接都被阻断。锁斗正常泄压时间应在一分钟以内,如果锁斗系统进入泄压程序后出现泄压缓慢的情况(情况严重时泄压时间甚至超过十五分钟),肯定是锁斗与气化炉、充压水或者冲洗水罐之间的联系没有被完全阻隔,有阀漏现象产生。结合上述锁斗系统的流程图(图 2-1),具体分析有如下几种情况

1、1 阀、2 阀同时出现泄露

这种情况出现的几率比较小,如遇这种情况,只有系统停车,再更换阀门。

2、8阀出现泄露

判定方法:泄压时现场人员关闭 8 阀前后截止阀,看泄压缓慢现象是否还存在,如果现象不在,则可确定是 8 阀出现了泄露。

排除方法:更换 8 阀。

3、7 阀出现泄露

判定方法:泄压前现场人员关闭 7 阀前后截止阀,看泄压缓慢现象是否还存在,如果现象不在,则可确定是 7 阀出现了泄露。

排除方法:更换 7 阀。

4、4 阀出现泄露

判定方法:泄压时现场人员切断锁斗冲洗水罐补水阀,控制室注视冲洗水罐液位是否下降,同时现场人员监听 4 阀内是否有节流的声音,如果冲洗水罐液位出现了下降,同时 4 阀内有节流的声音,则可判定是 4 阀出现了泄露。

排除方法:更换 4 阀。

5、5 阀及其出口管线出现堵塞

判定方法:泄压过程中现场人员到渣池上方 5 阀出口处观察泄压流量,如果流量明显偏小,则说明 5 阀或其出口管线出现了堵塞现象。

排除方法:拆下 5 阀清理并疏通管线。

第四章锁斗系统锁斗操作注意事项

4.1锁斗操作注意事项

上面简要介绍了几种锁斗常见故障以及解决方法,但等渣堵再处理毕竟不是根本,特别是新疆的冬季比较寒冷,如果来不及处理,管道内不流动的水就会被冻住,更是增加了疏通管道的难度,所以,一切事故,重在预防。在平时的操作中应注意总结经验,熟悉正常状态时锁斗各工艺指标的数值以及趋势,并常调趋势以观察,一旦有异常便可及早发现避免延误处理最佳时机。

渣堵的根本原因是气化炉操作炉温太低或由于煤种灰熔点高、热值低等原因造成熔渣中出现大块,从而堵塞锁斗管路。因此在平时操作中,控制室应注意高温热偶以及气体成分变化,现场注意勤看渣样,综合判断炉温以作适当调整,严禁无故大幅度调整炉温。当煤种更换或灰熔点增高时,应视情况及时调整炉温。

当然,凡事没有必然,即使如上述操作,我们也不能说就能完全杜绝渣堵等一系列问题。因此还有两个数值及其趋势是控制室人员应密切注意的:锁斗内压差、锁斗冲洗水罐液位。上文已经提过,这两个数值是锁斗上部渣堵和下部渣堵最先有感应的两个数值,尤其锁斗压差,一旦其有异常,锁斗上部很可能存在轻微渣堵,一般反冲几次便可恢复,然后炉温做出适宜调整。否则一旦渣堵严重再处理,就耗时耗力了。

第五章总结

锁斗系统一旦出现故障,往往会造成紧急情况,这就要求技术人员具备清晰的思路和冷静的心理,这两方面能力都要以过硬的理论知识作为前提。本文比较全面的介绍了可能引起锁斗泄压故障的几种诱因,希望对气化同仁熟练掌握锁斗故障的排除技巧能有所帮助。总结如下:

1.维护锁斗正常运行的目的便是维护气化炉长周期稳定运行,且锁斗也像一杆标尺在度量着气化炉的操作。

2. 平时的操作中应注意总结经验,熟悉正常状态时锁斗各工艺指标的数值以及趋势,并常调趋势以观察,一旦有异常便可及早发现避免延误处理最佳时机

3. 控制室应注意高温热偶以及气体成分变化,现场注意勤看渣样,综合判断炉温以作适当调整,严禁无故大幅度调整炉温。当煤种更换或灰熔点增高时,应视情况及时调整炉温

4. 控制室人员在生产运行过程中要注意加强监控锁斗内压差、锁斗冲洗水罐液位。

5.兖矿新疆新型气化炉装置自投料运行后,经过近两年的运行优化,特别是对于新疆特殊天气的冬季优化,运行过程中已达到了各项工艺指标合格、系统状态稳定,操作方便易控制的状态。

6.随着对整个气化装置的认识进一步加深,操作人员水平的提升,锁斗系统日趋完善,锁斗渣堵现象已明显减少,保障了气化装置的安全、高效、长周期的稳定运行。

 

 



悬赏分:5 提问时间:2016-01-27 13:34:17回答数: 7 收藏 QQ微博   
最佳答案

受教了,学习。


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回答时间:2016-01-27收藏
提问者admin的感言:

admin这家伙很懒,什么评价也没留下!

气化网友的其他回答
6
2F

受教了,学习。


参考资料:
回答时间:2016-01-27
3F

佩服,高手在民间!!!


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回答时间:2016-01-27
4F

确实是高手


参考资料:
回答时间:2016-01-27
5F

高手在民间!!!


参考资料:
回答时间:2016-01-30
6F

受教了!


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回答时间:2016-10-22
7F

受教了,学习了。


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回答时间:2017-01-14
 
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