徐上

【摘 要】我合成氨廠氣化采用的是水煤漿氣化工藝，這是國內(nèi)主流的、較為先進(jìn)的煤氣化工藝，此工藝穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)，我廠采用的多原料漿氣化就是其分支技術(shù)之一，多年來，運(yùn)行良好，但也有一些問題出現(xiàn)，有待改進(jìn)。本文針對多元料漿氣化裝置鎖斗排渣過程中管路振動這一普遍、多發(fā)問題，分析原因，并總結(jié)出切實(shí)可行的措施，從而有效控制鎖斗管線的振動。

【關(guān)鍵詞】鎖斗；振動；激勵；管路特性；措施

一、鎖斗簡介及振動原因

我合成氨廠使用的是西北院開發(fā)的多元料漿氣化工藝，煤漿和氧氣從工藝燒嘴噴出后進(jìn)入壓力6.0MPa、溫度1350℃的氣化爐燃燒室混合進(jìn)行不完全燃燒，生成以CO、H2、CO2為主的粗合成氣及熔融態(tài)灰渣進(jìn)入氣化爐下部激冷室冷卻。在燃燒室的高溫下，灰渣是以熔融態(tài)順爐壁向下流淌，經(jīng)下降管激冷，呈固態(tài)，再經(jīng)破渣機(jī)粉碎，沉積在氣化爐激冷室底部的粗渣及其它固體顆粒，通過循環(huán)水流的循環(huán)作用帶入鎖斗。大的渣塊經(jīng)破渣機(jī)進(jìn)行破碎。從氣化爐排出的大部分灰渣沉降在鎖渣罐底部。從鎖渣罐頂部抽出較清的水，經(jīng)鎖斗循環(huán)泵循環(huán)進(jìn)入氣化爐激冷室。上圖為鎖斗流程簡圖，由破渣機(jī)攪碎的灰渣，經(jīng)XV08、XV09進(jìn)入鎖斗（V1303）；鎖斗循環(huán)泵，由xv11抽取鎖斗上部水，沖洗破渣機(jī)上部，輔助下渣；集渣30min后進(jìn)入排渣程序，XV09關(guān)閉，XV15打開，將鎖斗泄至常壓，XV13打開，XV10打開，鎖斗沖洗水罐（V1304）的水對鎖斗進(jìn)行沖洗，置換，排出灰渣；完成后，XV10、XV13、XV15關(guān)閉；XV17對鎖斗沖壓至氣化爐壓力，XV09打開，繼續(xù)收渣程序。

由于鎖斗排放過程是間歇操過程，其沖洗水管線也是間歇振動。鎖斗排渣系統(tǒng)間歇操作時(shí)間為35min左右，鎖斗配備的沖洗水系統(tǒng)也為35min工作一次，開與關(guān)之間間隔時(shí)間很短。造成鎖斗沖洗水管線振動的原因主要是由于閥門迅速開關(guān)動作導(dǎo)致管道內(nèi)部介質(zhì)流速急劇變化，從而形成水錘造成管道振動，并且此管道由于并非單一水介質(zhì)，內(nèi)含少量固體雜質(zhì)，為防止管路堵塞管路彎頭較少管道直徑較大，從而無法有效地吸收管道振動。而管路上管件眾多，支吊架設(shè)置不當(dāng)使其振動頻率分布較廣，閥門振動極易引起管道的共振。每天概40余次的程序動作，振動主要集中在沖洗水閥所在管路，即鎖斗沖洗水罐出口至鎖斗入口段。由于管路管件眾多，閥門開關(guān)的振動極易與管道發(fā)生共振，從而產(chǎn)生更大的危害。

二、控制振動的主要措施

對于線性振動系統(tǒng)，其振動特性如下圖所示：

管道振動特性由三類參數(shù)組成，其相輔相成，互相確定，而解決管道振動的方法也是從前面兩個參數(shù)入手，從而改變管道振動響應(yīng)。

1、管道振動激勵的改變

管道振動的激勵即源頭就是閥門的間歇操作，短時(shí)間內(nèi)突然改變了管道之中介質(zhì)的流型、流速，引發(fā)振動。激勵的改變包括兩方面：其一，改變閥門的自身固有屬性（如閥芯、流道等），雖然這應(yīng)屬于管路特性范圍，但是其可以影響振動激勵，所以劃歸此類；通過改變閥門自身固有屬性來改變振動激勵可以從根本上防止振動地產(chǎn)生，其費(fèi)用巨大，更重要的是無法有效地預(yù)測效果，所以這種方法不宜采用。其二，改變閥門操作狀態(tài)。改管變閥門操作狀態(tài)就是通過修改閥門的開關(guān)時(shí)間，通過緩路開緩關(guān)的方式避免流突然急劇改變流動狀態(tài)，從而可以有效地減少振動。這種方法只需要改變閥門中控系統(tǒng)的時(shí)間參數(shù)，簡單無成本；但沖洗水閥門所在管路與整個鎖斗管路是一個系統(tǒng)，閥門的操作時(shí)間變化必然引起整個系統(tǒng)操作時(shí)間的變化，本方法需要從整體出發(fā)，統(tǒng)一安排，兼顧系統(tǒng)的條件下來改變沖洗閥門開關(guān)的時(shí)間參數(shù)。

2、管路特性的改變

管路自身特性包括各個管件的響應(yīng)頻率、響應(yīng)范圍以及系統(tǒng)總成振動頻率。改變管路特性就是通過改變管路的固有頻率，打斷管路系統(tǒng)與振動激勵之間的耦合，從而減小振動。這種方法并不能消除振動，而僅僅是減弱振動。較可行的方法有以下幾種：1、增加支吊架等約束結(jié)構(gòu)；2、安裝膨脹節(jié)軟管；3、改變管路長度。增加管道支架可以調(diào)整管道機(jī)械固有頻率，打斷管道頻率與激勵頻率之間的耦合，從而減弱振動；這種方法簡便易行，成本較低，但是必須在安裝管道之初對管道進(jìn)行分析，并且在裝置框架內(nèi)提供支撐支吊架的承重梁等結(jié)構(gòu)；可在支架與管道間加彈簧支架以進(jìn)一步減輕與管道的受力還有一種方法就是在沖洗水管線止逆閥前加一限流孔板，通過改變管道中流體流速來改變管道振動頻率從而達(dá)到減少振動的目的。相比較第1種方法，增加膨脹節(jié)更加簡單。由于膨脹節(jié)是柔性連接，不會傳遞振動，所以可以改變管道的自有振動頻率，從而達(dá)到減振的目的。但是膨脹節(jié)吸收的振動量有限必須事先計(jì)算好膨脹節(jié)的吸收量，并且膨脹節(jié)為軟性連接，在強(qiáng)振動狀態(tài)下易與管道脫開。必須注意的是，支架與膨脹節(jié)都應(yīng)設(shè)置于彎頭或者流型改變處，以求在振動產(chǎn)生之初就減弱振動，否則有可能產(chǎn)生更大的振幅。對于還有人提出的改變管道長度的方法，也就是改變管道出口設(shè)備與入口設(shè)備的相對距離，改變其間連接管道的長度，而達(dá)到減振的目的。這種方法需要在設(shè)計(jì)之初就要拉近兩設(shè)備的相對距離，既保證沖洗水罐的高度足夠低，同時(shí)還要保證沖洗水的自重壓力足夠大，這是一個兩難選擇，且這種辦法仍然治標(biāo)不治本。對比前兩種方法，這種方法周期長、成本高、不易更改。

三、結(jié)論

氣化裝置正常運(yùn)行中鎖斗沖洗水管道的振動是一個十分常見的問題，在嚴(yán)重情況下這種振動易損壞管道甚至影響到框架結(jié)構(gòu)，對其影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行的潛在危害其危害不容忽視。綜上分析幾種引起振動的原因以及解決方法，比較簡單易行且效果顯著的方法就是增加膨脹節(jié)并且外加支吊架，或者通過其與其他方式復(fù)合，各自夠揚(yáng)長避短，在避免振動的同時(shí)還能保護(hù)膨脹節(jié)不致?lián)p壞。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉化章.合成氨工業(yè)節(jié)能減排的分析【J】.化工進(jìn)展，2011，06：1147-1157.

[2]李建強(qiáng).合成氨工藝流程的系統(tǒng)分析與節(jié)能措施【J】.科技與企業(yè)，2012，08：302.