王子修

(河南能源化工集團鶴壁煤化工有限公司，河南 鶴壁 458000)

0 引 言

河南能源化工集團鶴壁煤化工有限公司(簡稱鶴壁煤化)600 kt/a甲醇項目氣化裝置采用殼牌粉煤加壓氣化工藝(SCGP)，設置1臺Shell氣化爐，設計投煤量2 850 t/d，配套65 000 m3/h(制氧量)空分裝置。氣化裝置簡要工藝流程為，原料煤經(jīng)磨煤單元磨制成粒徑、水分合格的煤粉進入氣化爐內反應生成粗合成氣，粗合成氣經(jīng)干法除灰、濕洗單元洗滌后送往變換系統(tǒng)，爐渣、飛灰經(jīng)除渣、飛灰脫除單元后裝車送走，產(chǎn)生的廢水經(jīng)初步水處理后大部分循環(huán)利用，少部分送污水處理站深度處理。其中，干煤粉加壓輸送系統(tǒng)主要工藝流程為，來自制粉單元的煤粉先進入常壓煤粉貯倉，后進入變壓煤粉貯倉粉煤鎖斗，經(jīng)加壓后送入煤粉給料倉(開車初期載氣為氮氣，二氧化碳壓縮機啟用后，載氣切換為二氧化碳)，粉煤鎖斗和煤粉給料倉的排放氣進入煤粉倉裝料袋濾器，收集的煤粉向下排入煤粉貯倉。

鶴壁煤化甲醇裝置經(jīng)過不斷的運行總結與改造，2016年6月2日實現(xiàn)滿負荷生產(chǎn)(日產(chǎn)甲醇1 800 t)，之后通過充分挖掘甲醇裝置的潛能，逐漸增產(chǎn)至1 900 t/d，其后通過產(chǎn)能提升改造，甲醇產(chǎn)量突破2 200 t/d。在實現(xiàn)高產(chǎn)的過程中，干煤粉加壓輸送系統(tǒng)出現(xiàn)了一系列的問題，如堵料導致跳燒嘴事故、鎖斗泄壓閥故障導致停2個燒嘴(鶴壁煤化Shell氣化爐設2組共4個對噴式燒嘴，緊急情況下可短時間停運1組燒嘴)、煤粉給料倉內件磨損等，后經(jīng)過不斷地總結、研究及優(yōu)化，干煤粉加壓輸送系統(tǒng)的性能得到了較大提升，保障了氣化裝置的長周期穩(wěn)定運行。以下對有關情況作一總結。

1 煤粉倉裝料袋濾器的優(yōu)化改進

煤粉倉裝料袋濾器(S1201A/B)通過帶有反吹(反吹氣為0.3 MPa氮氣)的濾袋(V1201/V1204/V1205)收集放空氣攜帶的煤粉，收集到的煤粉通過其底錐下面不間斷運行的旋轉給料閥及螺旋輸送機送往常壓煤粉貯倉，過濾后的放空氣(主要成分為氮氣或二氧化碳)通過煤粉倉裝料袋濾器頂部放空口排入大氣，粉塵收集系統(tǒng)間歇運行。

1.1 煤粉倉裝料袋濾器濾袋漏粉問題及改進

煤粉倉裝料袋濾器濾袋漏粉(使用壽命短)是干煤粉加壓輸送系統(tǒng)的一個主要問題。鶴壁煤化氣化裝置長時間運行后，煤粉倉裝料袋濾器濾袋會發(fā)生破損漏粉，直接造成放空口排放氣帶粉，出現(xiàn)黑煙現(xiàn)象，在環(huán)保形勢日益嚴峻的背景下，影響極其惡劣；如果泄漏時間長，濾袋內積存的煤粉過多，會導致濾袋脫落，此種情況下需要氣化爐降負荷進行在線處理，處理過程耗時較長且危險性大。

通過對漏粉的濾袋及現(xiàn)場實際情況進行研究，發(fā)現(xiàn)主要問題為，袋口位置出現(xiàn)磨損，濾袋粘貼在龍骨上，袋底上方20 cm處出現(xiàn)磨損，龍骨存在腐蝕磨損問題。針對這些問題，經(jīng)研究并與濾袋廠家進行交流，對濾袋質量進行提升，在口部位置增設百葉窗對袋口進行保護，對龍骨進行重新設計并更換為不銹鋼材質。2018年9月本項技改完成后，濾袋損耗明顯減輕，龍骨銹蝕問題得到徹底解決。

1.2 煤粉倉裝料袋濾器反吹管脫落問題及改進

原始設計中，煤粉倉裝料袋濾器的反吹管一端直接與反吹箱體的分布管相連(承插式連接)，另一端反吹管上的固定鐵片與槽鋼用螺絲相連，但槽鋼與箱體壁間隙較大，且中間焊的支撐較少，系統(tǒng)長時間運行后，每次檢修均發(fā)現(xiàn)反吹管有脫落現(xiàn)象，起不到良好的反吹作用,缺乏反吹的濾袋長時間粘粉后煤粉很容易脫落而釀成事故。經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)主要問題是槽鋼與箱體壁固定不牢，反吹管吹掃時的反作用力作用在相連的槽鋼上，固定不牢的槽鋼發(fā)生形變且來回晃動，導致反吹管承插式連接一側脫落；此外，反吹管固定方式不佳也易導致脫落。

鶴壁煤化氣化分廠結合現(xiàn)場的實際情況，利用檢修機會對槽鋼與箱體壁固定部位進行加固，同時改進反吹管固定方式——在反吹管與反吹分布管連接處分別焊1根螺栓，反吹管與總管對接好后，再加1個金屬連接片，并用螺母+彈性墊片擰緊。2018年10月本項技改完成后，再未出現(xiàn)過反吹管脫落的現(xiàn)象。

1.3 煤粉倉裝料袋濾器放空口進水問題及解決

鶴壁煤化氣化裝置位于海拔較高山區(qū)的半山腰，同時煤粉倉裝料袋濾器(S1201)放空口位置較高，大概在地面以上120 m處，放空口的上面及周圍沒有遮擋物，在粉煤鎖斗及煤粉給料倉放空時有大量氣體流出，其他時間則幾乎沒有正壓氣體流出，當夏天雷暴大風天氣時，水汽很容易通過放空口進入S1201，造成S1201濾袋通透性變差、壓差報警，影響煤粉加壓輸送單元的正常下料。

經(jīng)研究，結合現(xiàn)場實際，鶴壁煤化氣化分廠在S1201A/B放空口上下左右位置增設了擋板，迫使放空口方向向下偏，以防雨水通過放空口進入而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。2018年11月本項技改完成后，從系統(tǒng)運行情況來看，主控室再也沒有出現(xiàn)過S1201A/B壓差報警，表明雨水不再進入放空口，保證了濾袋的通透性良好。

1.4 煤粉倉裝料袋濾器底錐堵料問題及改進

煤粉倉裝料袋濾器(S1201)作為氣化爐磨煤單元重要的泄壓設備，其穩(wěn)定運行對于氣化爐的長周期運行有著至關重要的作用。若S1201內煤粉架橋或底錐煤粉板結，會導致煤粉無法進入濾袋(V1201)，S1201料位越來越高，不得不打開S1201底部捅煤閥或底錐法蘭處理，如此一來會有大量煤粉流出，且煤粉很細溫度又高，存在很大的安全環(huán)保隱患。河南龍宇煤化工有限公司Shell氣化裝置運行中曾多次發(fā)生S1201底錐堵料的情況，嚴重影響系統(tǒng)的安全運行[1]。

通過研究及現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)S1201底錐的空氣炮出口位置較高，在底錐積料時，空氣炮瞬時噴出的氮氣難以到達底部，不能起到良好的疏通效果。2018年11月利用檢修機會，鶴壁煤化氣化分廠對S1201底錐的空氣炮氮氣管線進行改造——向下延伸40 cm，如此一來，可保證氮氣能夠吹到S1201底錐最底部，有效減少底錐煤粉板結，減少因檢修造成的煤粉外漏，保障系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

2 煤粉貯倉的優(yōu)化改進

2.1 煤粉貯倉悶燃問題及改進

氣化裝置常壓煤粉貯倉(V1201)在非計劃停車狀態(tài)下有時會存有大量煤粉，在長時間無氮氣保護的情況下極易發(fā)生悶燃現(xiàn)象。鶴壁煤化氣化分廠于2016年11月在V1201底錐增設一路臨時氮氣，用于停車后對煤粉貯倉進行氮氣保護——臨時氮氣分為界區(qū)外0.4 MPa低壓氮氣管網(wǎng)氣源和界區(qū)外6.1 MPa液氮泵管網(wǎng)氣源，分別設有雙截止閥，閥后共用1根管線，據(jù)界區(qū)外管網(wǎng)情況選擇使用不同的氣源；煤粉貯倉為低壓設備，去其底錐的臨時管線上設有限流孔板，用來保護底錐內件。經(jīng)過幾次使用后，在無6.1 MPa氮氣而選擇使用0.4 MPa氮氣作為氣源時，受限流孔板的影響，氮氣氣量不足，V1201溫度上漲明顯，不能有效地對V1201內煤粉進行惰性保護。

針對上述情況，2020年4月鶴壁煤化在V1201臨時氮氣管線限流孔板處增設旁路，在非計劃停車狀態(tài)下，使用雙管線控制氮氣流量：當氣源為6.1 MPa氮氣時，使用有限流孔板的一路；當氣源為0.4 MPa氮氣時，使用無限流孔板的一路。實際使用情況表明，在非計劃停車狀態(tài)下，雙管線氮氣流量控制能夠有效保證常壓煤粉貯倉的安全。

2.2 煤粉貯倉防爆板起爆問題及解決

煤粉貯倉作為常壓儲罐，防爆板設計壓力為40 kPa，正常運行期間出現(xiàn)過防爆板爆破的問題。事后經(jīng)分析與研究，發(fā)現(xiàn)導致防爆板爆破的原因主要有：煤粉含水量偏高，使得防爆板使用時間較長后邊緣存在腐蝕現(xiàn)象，腐蝕后的防爆板起爆壓力降低；煤粉貯倉至煤粉倉裝料袋濾器平衡管線存在局部堵塞，過氣不暢而存在憋壓；實驗測得煤粉貯倉內煤粉密度約550～700 kg/m3，明顯低于理論值，主控的料位是依據(jù)煤粉重量控制的，導致實際控制的料位偏高，在粉煤鎖斗泄壓時，大量氣體不能及時排出，導致超壓；底錐流化氮氣孔板磨損，氣量變大，儀表導壓管堵塞等問題導致壓力儀表示數(shù)失準，均會造成鎖斗泄壓時煤粉貯倉超壓。

為解決防爆板起爆壓力低的問題，鶴壁煤化氣化分廠要求及時檢查防爆板的使用情況，并利用檢修機會每年更換1次；每次檢修時需檢查氮氣孔板，有問題則及時更換，并聯(lián)系儀表人員及時疏通導壓管，確保儀表工作正常；原料煤煤種不同，磨制而得的煤粉密度有差別，平時多檢測煤粉的密度，及時依據(jù)煤粉密度確定合適的煤粉貯倉煤粉重量控制范圍，以控制煤粉貯倉料位在適宜范圍。

3 粉煤鎖斗的優(yōu)化改進

粉煤鎖斗是一種變壓設備，其作用是將常壓的煤粉加壓至正常操作壓力再輸送到煤粉給料倉。經(jīng)過長時間的運行后，粉煤鎖斗出現(xiàn)過笛管磨損、脫落、斷裂以及鎖斗閥內漏、卡澀等問題，嚴重影響氣化裝置的穩(wěn)定運行，導致需要停掉2個燒嘴進行處理。

笛管為粉煤鎖斗充壓的主要管線，氮氣流量達3 000 m3/h，在大流量氣流的沖刷及振動下，笛管會出現(xiàn)磨損斷裂等問題[2]。為此，對粉煤鎖斗充壓笛管進行改造，由一體式改為分段式，兩頭用卡子進行固定，中間用方法蘭進行固定、連接，固定點直接用滿焊的方式予以固定，每次檢修均進行檢查消缺。2015年7月本項改造完成后，再未出現(xiàn)過笛管脫落的情況，每次檢修只需對磨損部位進行補焊即可。

鎖斗閥內漏是Shell氣化裝置的共性問題。粉煤鎖斗泄壓設計上分為三路三次泄壓，前兩次泄壓將壓力泄至低壓，最后一次泄至常壓，正常生產(chǎn)時1 h進行1次泄壓操作。由于泄壓氣體中帶有煤粉，在煤粉的沖刷及經(jīng)常性開關操作下，前兩路泄壓鎖斗閥經(jīng)常出現(xiàn)內漏的情況，內漏量大時會導致粉煤鎖斗充壓困難，嚴重影響程序的正常運行。為此，2018年11月利用氣化裝置停車檢修機會，對粉煤鎖斗前兩次泄壓進行合并，泄壓全程改為兩次——對前兩路泄壓管線進行改造，孔板改為同樣大小，在每一路鎖斗閥前增設1個現(xiàn)場閥，兩路互為備用，即在一路鎖斗閥出現(xiàn)內漏等問題時，可以交付檢修，由另一路進行泄壓，此舉雖會使泄壓時間延長4 min左右，但不影響系統(tǒng)的正常運行，并徹底解決了鎖斗閥出現(xiàn)問題時需降負荷運行乃至停用該系列對應2個燒嘴的問題。

對于鎖斗閥卡澀問題，經(jīng)分析，其原因在于：鎖斗閥伴熱效果達不到要求，鎖斗閥本體與閥球膨脹系數(shù)相差太大，尤其是冬季；鎖斗閥本體吹掃長時間不開，有異物卡澀；鎖斗閥所在管線振動大，導致閥門受損。因此，冬季要及時排查閥門的伴熱情況，確保伴熱達標；儀表人員需定期打開吹掃閥對鎖斗閥閥體進行吹掃，確保無異物卡澀；對鎖斗閥所在管線支撐加強固定，減少管線振動，同時在鎖斗閥檢修下線時做好固定，防止錯位。

4 煤粉給料倉的優(yōu)化改進

煤粉給料倉(V1205)是給煤燒嘴穩(wěn)定供料的高壓設備，正常情況下，V1205內部的導向梭將從罐頂部下來的煤粉均勻地分散到2個錐體內，而導向梭與罐體之間的空間是充滿氮氣的，通過平衡管與罐頂部連通，用于平衡導向梭內外的壓力。但由于煤粉沖刷等，V1205長時間運行后逐漸出現(xiàn)了破損，導致錐部內側以及導向梭開裂。鶴壁煤化在一次檢修時，利用1周時間把導向梭體底部的煤粉清理干凈，之后對破損、開裂的部位進行了補焊，但經(jīng)過1個運行周期后，發(fā)現(xiàn)補焊的地方又出現(xiàn)開裂、脫落，有明顯的沖刷磨損痕跡。經(jīng)與業(yè)內多家企業(yè)檢修人員交流，同行一致認為，這種情況沒有補焊的必要。鶴壁煤化氣化分廠利用檢修機會對V1205錐體進行加固，停車時注意檢查消缺。

V1205內部的導向梭發(fā)生破損，煤粉會進入導向梭與罐體之間的氣體空間繼而積存，且在粉煤鎖斗向煤粉給料倉下料時，V1205罐內氣體流量的變化會通過導向梭的漏洞對底錐的煤流產(chǎn)生較大的影響，直接影響煤燒嘴的穩(wěn)定運行。2019年12月，在平衡管上增設平衡閥，當導向梭存在破損而影響粉煤輸送管線穩(wěn)定運行時，關閉平衡閥，保障粉煤輸送管線的穩(wěn)定運行；在導向梭未發(fā)生破損或平衡管存在堵塞的情況下，打開平衡閥，可以穩(wěn)定導向梭內外壓力及疏通平衡管。

5 結束語

干煤粉加壓輸送系統(tǒng)為Shell氣化爐的煤燒嘴提供穩(wěn)定合格的煤粉，鶴壁煤化針對干煤粉加壓輸送系統(tǒng)生產(chǎn)運行中出現(xiàn)的一系列的問題，采取改進煤粉倉裝料袋濾器濾袋、改進煤粉倉裝料袋濾器反吹管固定方式、煤粉倉裝料袋濾器放空口增設擋板、改造煤粉倉裝料袋濾器底錐空氣炮氮氣管線、煤粉貯倉臨時氮氣管線限流孔板處增設旁路、煤粉貯倉防爆板改為不銹鋼材質、粉煤鎖斗充壓笛管改為分段式、改進粉煤鎖斗泄壓管線、加固煤粉給料倉錐體、煤粉給料倉平衡管上增設平衡閥等優(yōu)化技改措施后，實現(xiàn)了干煤粉加壓輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為Shell氣化裝置的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行奠定了基礎。