馬振明，耿文杰，李 贊

(東華工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024)

0 引 言

我國(guó)“富煤少油缺氣”的化石能源資源稟賦決定了自身特有的能源利用政策和發(fā)展方式。為了資源的合理高效利用及國(guó)家的能源安全，以煤為原料生產(chǎn)合成氣，進(jìn)而生產(chǎn)各種下游產(chǎn)品的生產(chǎn)方式還將存在較長(zhǎng)一段時(shí)期。近年來(lái)，以干煤粉加壓氣化、水煤漿加壓氣化為代表的氣流床氣化技術(shù)在新興大型煤化工項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。干煤粉氣化裝置包括氧氣系統(tǒng)、煤粉進(jìn)料系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)、黑水/灰水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)等，實(shí)際生產(chǎn)管理中蒸汽系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)往往不被重視，但干粉煤氣化裝置蒸汽系統(tǒng)除了必須遵循常規(guī)的要求與原則外，還需考慮應(yīng)用于干煤粉氣化裝置的特殊性。以下就國(guó)內(nèi)某企業(yè)干粉煤氣化裝置原始開(kāi)車調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)的蒸汽系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題及其解決辦法作一總結(jié)，以期為業(yè)內(nèi)提供一點(diǎn)參考與借鑒。

1 干粉煤氣化裝置蒸汽系統(tǒng)簡(jiǎn)介

(1)高壓蒸汽管網(wǎng)。來(lái)自界區(qū)外的535 ℃、8.8 MPa高壓蒸汽經(jīng)減溫減壓器(減溫水采用7.3 MPa中壓鍋爐給水)減至350 ℃、5.5 MPa后，高壓蒸汽經(jīng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入氣化爐爐頭氧氣管線內(nèi)；其中，減溫器后2 m直管段采用高等級(jí)材料，變等級(jí)后管線上設(shè)壓力和溫度測(cè)點(diǎn)，且減壓后管線上設(shè)安全閥。

(2)中壓蒸汽管網(wǎng)。來(lái)自界區(qū)外的250 ℃、3.82 MPa中壓蒸汽進(jìn)入氣化裝置界區(qū)內(nèi)，此等級(jí)的蒸汽用戶為氧氣預(yù)熱器，氧氣由40 ℃預(yù)熱至175 ℃后進(jìn)入后續(xù)流程，出氧氣預(yù)熱器的蒸汽冷凝液經(jīng)雙疏水閥組進(jìn)入中壓蒸汽冷凝液管網(wǎng)。

(3)低壓蒸汽管網(wǎng)。來(lái)自界區(qū)外的158 ℃、0.5 MPa低壓蒸汽進(jìn)入氣化裝置界區(qū)內(nèi)，此等級(jí)的蒸汽用戶較多，包括儀表點(diǎn)伴熱、管線伴熱、設(shè)備伴熱、公用工程站等，主要是煤粉介質(zhì)、水介質(zhì)的用戶伴熱；低壓蒸汽冷凝液經(jīng)疏水閥后進(jìn)入低壓蒸汽冷凝液管網(wǎng)。

(4)冷凝液回收系統(tǒng)。中壓蒸汽和低壓蒸汽用戶的蒸汽冷凝液分別匯合至各自等級(jí)冷凝液母管后，分別送入冷凝液回收槽予以回收利用。

2 蒸汽系統(tǒng)試車過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及優(yōu)化改進(jìn)

2.1 高壓蒸汽管線脫脂問(wèn)題

蒸汽管線一般需要經(jīng)過(guò)打靶試驗(yàn)，達(dá)標(biāo)后即可投入使用；但匯入氧氣管線的高壓蒸汽(即高壓蒸汽匯入氧氣中作為氣化劑)管線，在管道施工完成后需進(jìn)行脫脂處理。在高壓蒸汽管線脫脂完成后，對(duì)管線脫脂效果進(jìn)行檢查，打開(kāi)部分法蘭口，目測(cè)管線內(nèi)殘存有固體顆粒物，采用波長(zhǎng)320～380 nm的紫外光檢測(cè)被清洗管道內(nèi)壁，發(fā)現(xiàn)有油脂熒光，用清潔干燥的白色濾紙擦拭清洗后的管道內(nèi)壁，發(fā)現(xiàn)濾紙上有點(diǎn)狀油脂痕跡。據(jù)此，判定高壓蒸汽管線脫脂不合格。

2.1.1 脫脂失敗原因分析及處理

參照《石油化工設(shè)備、管道化學(xué)清洗施工及驗(yàn)收規(guī)范》(SH/T 3547—2011)中相關(guān)要求，分析高壓蒸汽管線脫脂失敗的原因，可能包含如下幾個(gè)方面。

(1)高壓蒸汽管線脫脂未完全按照化學(xué)清洗流程進(jìn)行。管線在吹掃后未進(jìn)行水沖洗，致使管線內(nèi)部殘留固體顆粒。

(2)化學(xué)清洗采用循環(huán)清洗的方案，循環(huán)泵流量選擇錯(cuò)誤。按照有關(guān)要求，清洗液的流速宜在0.2～0.5 m/s，而施工單位所用循環(huán)泵流量偏小，清洗液在高壓蒸汽管線內(nèi)流速偏低，不僅易造成固體沉積，而且清洗效果也會(huì)打折扣。

(3)化學(xué)清洗藥劑選擇可能存在問(wèn)題。經(jīng)檢查，高壓蒸汽管線內(nèi)部有油污，初步判斷化學(xué)清洗藥劑選擇或配比可能存在問(wèn)題，建議施工單位確認(rèn)化學(xué)清洗藥劑的選用情況。

針對(duì)上述可能的原因，施工單位使用更大流量的循環(huán)泵，并對(duì)化學(xué)清洗藥劑配方重新進(jìn)行了調(diào)整，然后對(duì)高壓蒸汽管線進(jìn)行二次化學(xué)清洗，最終檢查合格。

2.1.2 化學(xué)清洗注意事項(xiàng)

因高壓蒸汽管線脫脂進(jìn)行了二次作業(yè)，對(duì)項(xiàng)目開(kāi)車進(jìn)度造成了一定的延誤。為避免出現(xiàn)類似問(wèn)題，高壓蒸汽管線化學(xué)清洗時(shí)需注意如下事項(xiàng)。

(1)化學(xué)清洗之前，需明確化學(xué)清洗的范圍，干粉煤氣化裝置化學(xué)清洗的范圍一般包括氧氣管線、氮?dú)夤芫€、蒸汽管線和與之相連接的設(shè)備、閥門等，為了與整體進(jìn)度相協(xié)調(diào)，施工過(guò)程中需統(tǒng)籌考慮化學(xué)清洗范圍內(nèi)的管線和設(shè)備的同步交出，以供化學(xué)清洗單位作業(yè)，即需統(tǒng)籌協(xié)調(diào)管線施工、設(shè)備安裝和水壓試驗(yàn)等進(jìn)度，避免因施工工序安排不合理而造成返工或誤工。

(2)化學(xué)清洗單位編制化學(xué)清洗方案需認(rèn)真審核，重點(diǎn)關(guān)注化學(xué)清洗的步驟、化學(xué)清洗藥劑的選擇、循環(huán)泵的流量與揚(yáng)程、清洗污水的排放、化學(xué)清洗合格的標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)設(shè)備等，建議按照SH/T 3547—2011中相關(guān)要求執(zhí)行。

(3)化學(xué)清洗步驟多、操作過(guò)程較為復(fù)雜，一般采用循環(huán)清洗的方法，合理的管線回路，不僅可提高清洗效率，而且利于提升化學(xué)清洗效果，故選取合適的管線回路很重要——應(yīng)盡量選取管徑相似、分支管路較少的管路形成一個(gè)閉環(huán)，以有效保證化學(xué)清洗效果并節(jié)約清洗時(shí)間。

2.2 氧氣預(yù)熱器疏水閥安裝問(wèn)題

干粉煤氣化裝置中，氧氣預(yù)熱器、低壓氮?dú)忸A(yù)熱器熱源分別為中壓蒸汽、低壓蒸汽。本項(xiàng)目開(kāi)車過(guò)程中，打開(kāi)氧氣預(yù)熱器蒸汽閥門，發(fā)現(xiàn)氧氣溫度上升很慢，蒸汽流量也很小。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，氧氣預(yù)熱器蒸汽冷凝液出口管線積液嚴(yán)重，蒸汽無(wú)法流動(dòng)，氧氣就無(wú)法有效升溫；進(jìn)一步檢查管路，發(fā)現(xiàn)蒸汽疏水閥安裝在垂直管線上，且閥前無(wú)導(dǎo)淋，導(dǎo)致試車過(guò)程中無(wú)法排凈疏水閥前管路積水，由此阻礙了蒸汽的流動(dòng)。

試車過(guò)程中，當(dāng)時(shí)考慮到時(shí)間進(jìn)度要求，未立即停車整改此管路，而是緩慢增加蒸汽量，緩慢加熱疏水閥前冷凝液，耗費(fèi)了較長(zhǎng)的時(shí)間打通了冷凝液后續(xù)管路，蒸汽流量逐漸增大，最終氧氣被加熱至正常溫度。為更好地解決這個(gè)問(wèn)題，計(jì)劃后續(xù)進(jìn)行整改，包括如下幾點(diǎn)。

(1)按規(guī)定在疏水閥前管路設(shè)排凈閥，疏水閥水平安裝，如此一來(lái)，裝置停車時(shí)可以排凈前端的冷凝液，防止冬季管線內(nèi)存有未排凈的水而發(fā)生管線凍裂問(wèn)題；開(kāi)車階段引蒸汽至設(shè)備時(shí)，通過(guò)小開(kāi)排凈閥可以查看是否有蒸汽通過(guò)，且可以對(duì)蒸汽管線進(jìn)行暖管。

(2)疏水閥后和后續(xù)冷凝液管線間設(shè)切斷閥，且切斷閥前設(shè)導(dǎo)淋，以便檢查疏水閥的疏水性能，判斷冷凝液的通過(guò)性及疏水閥是否漏氣等。

(3)重要的蒸汽加熱設(shè)備建議設(shè)置雙疏水閥，并聯(lián)配置，若其中一個(gè)疏水閥損壞，另一個(gè)疏水閥可用，從而可保證系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

2.3 氧氣預(yù)熱器出口氧氣溫度控制問(wèn)題

氧氣預(yù)熱器出口氧氣溫度采用氧氣出口溫度和蒸汽流量串級(jí)調(diào)節(jié)，一般氧氣溫度控制在170～180 ℃。本項(xiàng)目開(kāi)車過(guò)程中，按照程序打開(kāi)氧氣預(yù)熱器蒸汽流量調(diào)節(jié)閥，因氧氣初始溫度與設(shè)定值之間相差較大，流量調(diào)節(jié)閥迅速開(kāi)大，蒸汽流量增大，大大超出了蒸汽的正常流量值；因氧氣預(yù)熱器為冷態(tài)，需要較長(zhǎng)的時(shí)間氧氣溫度才會(huì)有明顯的提升；隨著氧氣溫度逐漸接近設(shè)定值，蒸汽流量并未有明顯減少；當(dāng)氧氣溫度超過(guò)設(shè)計(jì)值后，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥才緩慢關(guān)閉，但此時(shí)氧氣溫度還在繼續(xù)快速升高，為避免氧氣超溫，操作工快速手動(dòng)關(guān)小蒸汽流量調(diào)節(jié)閥，直至關(guān)閉，此時(shí)氧氣溫度才緩緩達(dá)到高值并下降。

按理說(shuō)，氧氣預(yù)熱器用蒸汽量較小，正常生產(chǎn)時(shí)氧氣流量相對(duì)穩(wěn)定，控制較為平穩(wěn)，但在系統(tǒng)開(kāi)車初期，因氧氣溫度低，此時(shí)氧氣溫度如果投自動(dòng)控制，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度就會(huì)越開(kāi)越大，導(dǎo)致蒸汽流量很大，較正常操作時(shí)偏大很多，氧氣溫度會(huì)急速升高，當(dāng)氧氣預(yù)熱器出口氧氣溫度接近或者到達(dá)設(shè)定值時(shí)，蒸汽流量調(diào)節(jié)閥才會(huì)慢慢關(guān)小，但此時(shí)因閥門調(diào)節(jié)反應(yīng)過(guò)慢，氧氣預(yù)熱器出口氧氣很容易超溫，造成很大的安全隱患。為使系統(tǒng)開(kāi)車初期氧氣溫度控制平穩(wěn)，建議按如下方式進(jìn)行操作。

(1)蒸汽引入氧氣預(yù)熱器前，因設(shè)備為冷態(tài)，設(shè)備預(yù)熱需要一定時(shí)間，會(huì)造成氧氣到達(dá)預(yù)設(shè)溫度的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使得氧氣放空時(shí)間長(zhǎng)。因此，建議在引氧氣前對(duì)氧氣預(yù)熱器先用蒸汽預(yù)熱，但需注意不能超過(guò)氧氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)溫度，避免因蒸汽溫度過(guò)高而帶來(lái)氧氣預(yù)熱器超溫隱患。

(2)在氧氣預(yù)熱器引蒸汽預(yù)熱前，需檢查疏水閥前管路是否有冷凝凝積聚，若有，需要先排凈，以免產(chǎn)生水擊現(xiàn)象。

(3)引氧氣入氧氣預(yù)熱器階段，建議采用手動(dòng)方式控制蒸汽流量——氧氣溫度較低時(shí)，操作工手動(dòng)控制蒸汽流量調(diào)節(jié)閥，此時(shí)的流量可以比正常操作工況下大，保持閥門較大的開(kāi)度；在氧氣溫度達(dá)到設(shè)定值前還有一段距離時(shí)，據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，可逐步減小蒸汽流量，盡量使氧氣升溫平緩；氧氣溫度接近設(shè)定值時(shí)，逐步將蒸汽流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度調(diào)整至預(yù)定的開(kāi)度，同時(shí)可考慮將氧氣溫度控制投自動(dòng)。

2.4 蒸汽伴熱站管理問(wèn)題

干粉煤氣化裝置需要蒸汽伴熱的用戶較多，如煤粉管線、水系統(tǒng)的儀表點(diǎn)、部分設(shè)備等，伴熱點(diǎn)種類多、總數(shù)也多，且分布于氣化框架各層中。本項(xiàng)目開(kāi)車過(guò)程中，部分伴熱管線泄漏，部分伴熱點(diǎn)需要整改，且發(fā)現(xiàn)伴熱站和冷凝液收集站未對(duì)伴熱點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，無(wú)法及時(shí)快速找到用汽點(diǎn)對(duì)應(yīng)的蒸汽伴熱管線并關(guān)閉發(fā)生泄漏支線上的閥門，對(duì)生產(chǎn)造成了很大的影響，當(dāng)時(shí)只能對(duì)照原設(shè)計(jì)圖紙逐個(gè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，一對(duì)一試驗(yàn)，整改伴熱點(diǎn)標(biāo)記。因此，建議在伴熱管線施工完成以后、保溫施工之前，逐個(gè)對(duì)伴熱管線和伴熱用戶進(jìn)行核對(duì)，并在蒸汽伴熱站和冷凝液收集站每個(gè)點(diǎn)掛牌，標(biāo)記出用戶名稱或者位號(hào)，做到一一對(duì)應(yīng)，為后期蒸汽伴熱站管理和檢修帶來(lái)便利。

伴熱管線口徑較小，施工時(shí)若吹掃不凈，很容易發(fā)生管線堵塞，致蒸汽和冷凝液流通不暢，系統(tǒng)投運(yùn)后冬季極易發(fā)生管線凍裂，繼而導(dǎo)致伴熱用戶發(fā)生損壞。因此，為避免上述情況發(fā)生，建議施工時(shí)重點(diǎn)關(guān)注蒸汽伴熱管線吹掃作業(yè)。

項(xiàng)目正式投產(chǎn)后，也需定期對(duì)蒸汽伴熱站和冷凝液收集站伴熱點(diǎn)掛牌完整度進(jìn)行檢查與維護(hù)，這樣就可以在發(fā)現(xiàn)伴熱用戶因無(wú)伴熱蒸汽而出現(xiàn)故障時(shí)快速、準(zhǔn)確地找到伴熱點(diǎn)，利于及時(shí)查明原因并解決。同時(shí)，建議蒸汽用戶分區(qū)管理、設(shè)置支線總閥，并在用汽量需精確控制的用汽點(diǎn)增設(shè)支線流量計(jì)，以減少現(xiàn)場(chǎng)冬季操作強(qiáng)度。

2.5 蒸汽系統(tǒng)儀表閥門吹掃投用問(wèn)題

加入氧氣中的高壓蒸汽自上游減溫減壓而來(lái)，減溫減壓器與管線之間為焊接連接，本項(xiàng)目在管線完成脫脂以后，因現(xiàn)場(chǎng)暫時(shí)不具備吹掃條件，蒸汽管線在未吹掃的情況下，施工單位將減溫減壓器與管線進(jìn)行了焊接，造成后續(xù)無(wú)法直接進(jìn)行蒸汽吹掃(儀表方面要求蒸汽管線吹掃時(shí)，需拆除儀表調(diào)節(jié)閥，以免對(duì)閥門造成損壞)，現(xiàn)場(chǎng)只能割開(kāi)減溫減壓器與管線之間的焊縫進(jìn)行吹掃，吹掃完成后再重新進(jìn)行焊接。蒸汽管線吹掃要求高、吹掃時(shí)間長(zhǎng)，因此對(duì)待高壓焊接儀表閥門，在吹掃前需要格外重視，應(yīng)按照施工順序依次進(jìn)行，避免后期返工。

2.6 蒸汽管線運(yùn)行情況定期檢查問(wèn)題

蒸汽系統(tǒng)因其重要性和特殊性，運(yùn)行期間需進(jìn)行常規(guī)的檢查與評(píng)估，建議關(guān)注如下事項(xiàng)。

(1)開(kāi)車初期，密切關(guān)注蒸汽管線熱脹冷縮情況，關(guān)注蒸汽管線和冷凝液管線是否有水擊及支架是否完好；蒸汽管線投用初期，嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行，盡量做到緩慢平穩(wěn)。

(2)查看各疏水閥的運(yùn)行情況，如疏水閥運(yùn)行是否正常、是否有漏氣情況等。

(3)蒸汽管線在裝置投運(yùn)初期往往會(huì)產(chǎn)生較大的位移量，因此需重點(diǎn)檢查高溫高壓蒸汽管線支架有無(wú)滑脫現(xiàn)象，固定架、滑動(dòng)架有無(wú)異常，管線是否有較大的變形等。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)處于快速發(fā)展期，但隨著能源發(fā)展戰(zhàn)略的變化和“雙碳”目標(biāo)的提出，產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐步降溫。近期，隨著世界格局的變動(dòng)，尤其是俄烏沖突對(duì)世界能源格局等的影響，各國(guó)對(duì)能源的態(tài)度又在發(fā)生著變化。但作為煤炭清潔高效綜合利用的前端技術(shù)，煤氣化技術(shù)在我國(guó)能源利用產(chǎn)業(yè)鏈中始終占有重要的地位。

對(duì)于干煤粉氣化裝置而言，其氧氣系統(tǒng)、煤粉進(jìn)料系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)、黑水/灰水系統(tǒng)常常是企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，而蒸汽系統(tǒng)往往并未得到足夠的重視。上述關(guān)于某企業(yè)干粉煤氣化裝置蒸汽系統(tǒng)開(kāi)車調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及其整改(或建議)的總結(jié)，希望能對(duì)蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工、運(yùn)行維護(hù)等有一定的指導(dǎo)作用，從而助力氣化裝置的安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。