德士古煤氣化生產(chǎn)故障分析

1、上海焦化有限公司三聯(lián)供工程主要有二個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，一是生產(chǎn)低熱值煤氣的U-GAS裝 置，另一個(gè)是德士古煤氣化生產(chǎn)甲醇裝置，對(duì)后一系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，德士古煤氣化的長(zhǎng)周期、高負(fù) 荷、穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)關(guān)鍵，本文就此問題進(jìn)行探討。表1 1996年停車原因匯總德士古煤氣化裝置運(yùn)行問題探討摘 要 本文介紹了上海焦化有限公司德士古煤氣化裝置1996年1998年的運(yùn)行情況， 并就德士古煤氣化裝置的長(zhǎng)周期、高負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行問題進(jìn)行了分析和探討。關(guān)鍵詞德士古氣化爐煤氣化穩(wěn)定運(yùn)行1裝置運(yùn)行概況德士古煤氣化裝置于1995年5月22日第一次化工投料試車，經(jīng)過不斷地改造和完善， 裝置運(yùn)行越來(lái)越趨于穩(wěn)定，1996年、1997年、1998

2、年運(yùn)行情況分別列于表1、表2、表3, 單爐運(yùn)行情況列于表4,兄弟廠家運(yùn)行情況列于表5。停車原因計(jì)劃停車工藝設(shè)備儀表電器空分電網(wǎng)誤操 作其他總計(jì)停車次數(shù)78264141134所占百分?jǐn)?shù)/%20.5923.545.8817.6511.762.9411.82.942.94100表2 1997年停車原因匯總停車原因計(jì)劃停車工藝設(shè)備儀表電器空分電網(wǎng)誤操 作總計(jì)停車次數(shù)5138581012364所占百分?jǐn)?shù)/%7.8120.3112.57.8112.515.618.84.69100表3 1998年停車原因匯總停車原因計(jì)劃停車工藝設(shè)備儀表電器空分電網(wǎng)誤操 作其他總計(jì)停車次數(shù)744514102340所占百分?jǐn)?shù)/

3、%17.5101012.52.5102557.5100表4單爐運(yùn)行情況時(shí)間1996 年1997 年1998 年?duì)t號(hào)1#2#3#1#2#3#4#1#2#3#4#開停車次數(shù)1571291814235121013開停一次平均壽命/h354.8255.7383.4363.3323.2 :?80.8 -08.5 791.1 3157.9 478.9 304.2開停一次平均壽命/d14.7910.6615.9815.1413.4711.74.53314.919.9612.7表5兄弟廠家運(yùn)行情況1)時(shí)間1996 年1997 年1998 年上海山東陜西上海山東陜西上海山東陜西廠家焦八、化魯南渭 河隹八、化魯

4、南渭 河隹八、化魯 南渭 河開停車次數(shù)343159642540402441開停一次平均壽命/d14.2510.63.3910.413.49.731714.510.87注：1)德士古氣化爐數(shù)量情況如下：上海焦化有限公司二開二備，山東魯南化肥廠一開一備， 陜西渭河化肥廠二開一備；山東魯南單爐連續(xù)運(yùn)行最高紀(jì)錄為77天，上海焦化為67天，陜 西渭河為49天。2運(yùn)行情況的分析2.1長(zhǎng)周期運(yùn)行的情況在1996年1998年三年中，工藝造成停車的原因主要是煤漿泵進(jìn)口堵塞、大顆粒卡住 高壓煤漿泵活門造成高壓煤漿泵不打量、渣排不出、黑水管線堵等；儀表造成停車的原因主 要是PLC及閥門問題；電器造成停車的主要原因是

5、高壓煤漿泵變頻器故障；電網(wǎng)造成停車的 原因是外電網(wǎng)影響；空分造成停車的原因主要是4#空分處于試生產(chǎn)階段，4#空分分子篩閥門 故障及4#空分空透吸風(fēng)口大氣中CO2超標(biāo)等。美國(guó)伊斯曼金石堡化工廠德士古煤氣化爐開 停一次平均壽命在25天左右，雖然我廠單爐連續(xù)運(yùn)行時(shí)間已達(dá)到了 67天，達(dá)到了較好水平， 但開停一次平均運(yùn)行時(shí)間還不夠長(zhǎng)。經(jīng)過這幾年的實(shí)踐，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到不必追求單爐連續(xù) 運(yùn)行紀(jì)錄，運(yùn)行一個(gè)月至45天左右就應(yīng)計(jì)劃停車，主動(dòng)切換爐子，做好檢修工作。2.2穩(wěn)定運(yùn)行的情況與穩(wěn)定運(yùn)行相關(guān)的是可靠性，因?yàn)榭疾斓氖巧a(chǎn)的整體水平，而不僅僅是看高峰值，對(duì) 于煤化工裝置，穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)是開車率。就德士古

6、氣化爐而言，計(jì)劃停車占的比例還是比較小，大部分停車都是處于比較被動(dòng)的 狀態(tài)，即使美國(guó)伊斯曼目前仍有許多變化莫測(cè)的問題造成停車，關(guān)于穩(wěn)定運(yùn)行我們所追求的 應(yīng)是開車率，目前而言，特別是二臺(tái)德士古同開的運(yùn)行率。2.3高負(fù)荷運(yùn)行的情況高負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)對(duì)降低生產(chǎn)成本來(lái)說(shuō)是很明顯的。因?yàn)檎叟f費(fèi)、勞務(wù)費(fèi)、維修費(fèi)和管理費(fèi) 等基本上是固定的，裝置運(yùn)行起來(lái)這些費(fèi)用也是必不可少的，但是在設(shè)計(jì)負(fù)荷的基礎(chǔ)上再進(jìn) 一步提高單臺(tái)德士古氣化爐的負(fù)荷，則所增產(chǎn)的合成氣單位成本總比設(shè)計(jì)指標(biāo)要低的多。經(jīng) 過試運(yùn)行，高負(fù)荷生產(chǎn)也是完全可行的，山東魯南化肥廠曾超過設(shè)計(jì)負(fù)荷的10%左右，美國(guó) 伊斯曼在解決了瓶頸問題以后，生產(chǎn)負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)值的

7、140%，我廠也曾達(dá)到超過設(shè)計(jì)負(fù)荷的 7%。表6合成氣中H2+CO和CO2含量變化情況（1#爐）3長(zhǎng)周期、高負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行問題的 探討3.1原料水煤漿氣化是連續(xù)化工藝，煤質(zhì)的變化將對(duì)制漿、氣化、排渣等產(chǎn)生影響。煤中的灰分雖不直接參加氣化反應(yīng)，但要消耗煤在氧化反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱，用于灰分的 融化，因此氧氣消耗與煤耗均要增加，一般情況下灰分應(yīng)小于15%，越低越好。水煤漿加純氧高溫氣化時(shí)灰分呈熔融狀態(tài)，以利碳轉(zhuǎn)化和排渣。提高操作溫度有利于碳 轉(zhuǎn)化和排渣順利，但操作溫度不宜過高，否則會(huì)影響耐火磚的使用壽命，一般以灰熔點(diǎn)小于1 300C為宜。1996年下半年有一段時(shí)間因煤的灰熔點(diǎn)高，造成氣爐壓差升高，激冷

8、室中心下 降管掛渣嚴(yán)重，最嚴(yán)重的一次將中心管從上到下全部掛滿，中間只剩下200mm300mm不 規(guī)則的彎曲通道，為清渣花費(fèi)了近20天時(shí)間，增加了維修費(fèi)用，影響了備爐工作，嚴(yán)重地影 響了生產(chǎn)。氣化爐壓差升高以后，操作上一般適當(dāng)加大燒嘴的中心氧量，延長(zhǎng)火焰長(zhǎng)度，使高溫區(qū) 下移。同時(shí)合成氣組成也會(huì)發(fā)生變化，氣體中CO不斷提高，CO2和H2含量不斷降低，實(shí) 際有效成分H2+CO有所升高，詳見表6。時(shí)間壓 差/MPaH2 量/%CO 量/%CO2 量/%H2+CO 量/%備注1996-09-0635.92生產(chǎn)正常時(shí)1996-09-0.02 0.0336.245.1318.4481.05生產(chǎn)正060.02

9、 0 03844.6718.5680.95常時(shí)1996-09050.0534.6548.1516.6782.0渣口堵 時(shí)1996-09-0.1533.550.1115.7583.69渣口堵068時(shí)煤的水分分外水和內(nèi)水二種，內(nèi)在水分高的煤，其成漿性不好，流動(dòng)性差，進(jìn)一步提高 煤漿濃度有困難。今年1月就出現(xiàn)過這種情況，由于內(nèi)在水分比正常值高，因此煤漿系統(tǒng)發(fā) 生問題，煤漿濃度偏低，添加劑用量大幅度增加，同時(shí)煤氣組分發(fā)生了變化，煤氣中CO降 低，CO2升高，實(shí)際有效氣體成分下降，同時(shí)氧氣消耗也相應(yīng)增加，詳見表7。表7 煤漿濃度與氣體成分的變化情況時(shí)間煤漿濃度/%氣體成分/%CO2H2CO1999-01

10、-2260.018.835.645.81998-12-31 10 : 0056.221.033.943.21998-01-01 20 : 0056.820.735.142.21998-01-10 5 : 0055.621.035.741.61998-01-12 7 : 0054.022.435.340.83.2氣化爐耐火磚德士古氣化爐耐火磚的價(jià)格是非常昂貴的，換一次向火面磚，拆卸、筑爐、烘爐、檢查、 試壓就得花費(fèi)一個(gè)半月到二個(gè)月時(shí)間，嚴(yán)重影響了備爐工作，所以必須選用質(zhì)量較好的耐火 磚，筑爐時(shí)嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，在使用過程中嚴(yán)格控制氣化爐操作溫度，盡量延長(zhǎng)耐火磚的使 用壽命。根據(jù)美國(guó)伊斯曼的經(jīng)驗(yàn)，每

11、套耐火磚生產(chǎn)合成氣的總量基本上是一個(gè)常量。生產(chǎn)負(fù) 荷低些，耐火磚的壽命相對(duì)就長(zhǎng)些，生產(chǎn)負(fù)荷高些，耐火磚的壽命相對(duì)就短些。影響氣化爐耐火襯里壽命的因素很多，就使用而言，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：3.2.1操作溫度爐內(nèi)溫度對(duì)耐火襯里的壽命是非常重要的，所以要嚴(yán)格控制不要超溫。 在正常生產(chǎn)條件下，耐火磚表面有一層煤渣層，實(shí)際上渣層是動(dòng)態(tài)的，溫度低渣層較厚，溫 度高渣層較薄，適當(dāng)厚的渣層可以減緩高溫氣體和熔渣的沖刷。水煤漿德士古氣化爐對(duì)耐火磚的要求比以重油為原料的爐子對(duì)耐火磚的要求要高得多， 其主要原因是熔渣對(duì)耐火材料的滲透和腐蝕。更換耐火磚時(shí)發(fā)現(xiàn)滲透厚度達(dá)10mm20mm, 熔渣滲透后，其強(qiáng)度明顯下降。溫度高

12、則浸蝕加劇。據(jù)有關(guān)資料介紹，特別是操作溫度超過1 400C時(shí)浸蝕作用成倍地增加。在運(yùn)行過程中還曾發(fā)生過氧氣負(fù)荷波動(dòng)的情況，有時(shí)氧氣調(diào)節(jié) 閥會(huì)造成氧氣負(fù)荷變動(dòng)，有時(shí)大顆粒會(huì)突然卡住高壓煤漿泵活門，煤漿流量突然下降造成氧 氣量相對(duì)過量。氧氣波動(dòng)后直接造成爐溫的波動(dòng)，氧氣波動(dòng)范圍有時(shí)為500m3600m3，最 大達(dá)到過1 000m3左右。氧氣突然升高后，造成爐溫突然升高，會(huì)突然燒壞高溫?zé)犭娕?，這 種情況對(duì)耐火磚的影響是很大的，應(yīng)盡量避免。綜合考慮各種因素，一般氣化爐的操作溫度應(yīng)控制在1 350C以下。當(dāng)高溫?zé)犭娕紦p壞或 指示不準(zhǔn)時(shí)，因?yàn)楹铣蓺庵屑淄楹颗c爐內(nèi)溫度有一定的關(guān)系，一般可根據(jù)出口氣中甲烷含

13、 量來(lái)進(jìn)行控制。遇到這種情況，在實(shí)際操作中，為了避免CH4含量分析結(jié)果的偏差，不但要 觀察甲烷含量，而且還要觀察H2、CO、CO2等成分的變化，以及其他生產(chǎn)條件如煤漿濃度、 流量、氧氣流量、出渣情況等的變化來(lái)進(jìn)行綜合判斷，使操作溫度與理論控制溫度不要偏離 太大。3.2.2減少開停車次數(shù)在開停車的過程中由于更換燒嘴，會(huì)使冷空氣進(jìn)入爐內(nèi)，造成爐 內(nèi)溫度的急驟變化，在投料過程的短時(shí)間內(nèi)，爐內(nèi)溫度升得比較快，這也是難以控制的。這 些情況對(duì)耐火襯里是非常有害的，甚至?xí)?dǎo)致耐火襯里出現(xiàn)開裂損壞，所以在生產(chǎn)過程中應(yīng) 盡量做到穩(wěn)定生產(chǎn)，減少開停車次數(shù)。3.3完善化工作德士古氣化裝置自投產(chǎn)以來(lái)，已經(jīng)進(jìn)行了大小幾

14、十項(xiàng)改造，才達(dá)到目前的運(yùn)行水平，但 是距長(zhǎng)周期、高負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行的要求還有相當(dāng)大的差距。目前對(duì)制約德士古氣化裝置長(zhǎng)周 期、高負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行的問題需要進(jìn)一步完善，例如電網(wǎng)波動(dòng)引起高壓煤漿泵跳車，氣化爐 激冷環(huán)堵塞，閃蒸系統(tǒng)管道、閥門磨損，氣化爐帶水，高負(fù)荷時(shí)激冷室液位難以控制等問題。 下面就這些問題作一探討。3.3.1電網(wǎng)波動(dòng)引起高壓煤漿泵跳車1996年1998年期間因電的問題引起德士古跳車 就達(dá)26次之多。僅1998年就有10次，占全年停車次數(shù)的1/4。因電的問題引起德士古跳車 其實(shí)質(zhì)是電壓波動(dòng)引起高壓煤漿泵變頻器跳車而迫使德士古氣化爐停車。電壓波動(dòng)是瞬時(shí)的， 曾經(jīng)出現(xiàn)過高壓煤漿泵停1s或2s

15、，然后又開起來(lái)，德士古氣化爐并沒有跳車。目前初步設(shè)想， 一是改造變頻器，由單電源改為雙電源，當(dāng)一路電源影響時(shí)，能夠自動(dòng)切換；二是進(jìn)一步完 善變頻器的功能，提高變頻器抗波動(dòng)的能力。3.3.2激冷環(huán)堵塞 對(duì)德士古水煤漿氣化而言，對(duì)原料煤的選擇，在可能的條件下，一般 均選用灰熔點(diǎn)低的煤作原料，灰溶點(diǎn)低的煤中含CaO量就高些，若煤的灰熔點(diǎn)較高時(shí)，一般 都必須向煤中加助熔劑(石灰石)，所以灰水系統(tǒng)結(jié)垢問題是必然的。渭河化肥廠投產(chǎn)初期，使 用黃陵煤，灰水呈酸性，所以激冷環(huán)堵塞的現(xiàn)象并不明顯，以后改為華亭煤，灰水呈堿性， 激冷環(huán)堵塞的現(xiàn)象逐漸明顯起來(lái)，魯南化肥廠和我廠灰水呈堿性，也經(jīng)常發(fā)生激冷環(huán)堵塞的 現(xiàn)象

16、。發(fā)生激冷環(huán)堵塞，大多發(fā)生在停車過程中，在停車過程中激冷水由洗滌塔循環(huán)泵切換至 預(yù)熱水泵后，激冷水流量會(huì)有明顯下降。目前處理激冷環(huán)堵塞問題大多采用如下方法：加阻垢劑如能在氣化爐激冷水中投加某些藥劑，破壞垢層結(jié)晶增長(zhǎng)，使CaCO3懸浮于水中，就可 達(dá)到控制水垢形成的目的。我公司使用TL-1102D阻垢劑，投加量為50mg/L60mg/L，加阻垢劑后灰水泵從未發(fā)生 過結(jié)垢，阻垢效果較好，但激冷環(huán)的結(jié)垢情況并未有太大的改善。魯南化肥廠使用TS-1213 阻垢分散劑，投加量為50mg/L。陜西渭河化肥廠使用NKC-920阻垢分散劑，投加量為 50mg/L80mg/L。添加阻垢分散劑并不能徹底解決結(jié)垢問

17、題，只能緩解結(jié)垢狀況，幾個(gè)廠也 都在尋求試驗(yàn)效果更好的阻垢分散劑。酸洗我廠和山東魯南化肥廠也都進(jìn)行過酸洗，定期酸洗也是解決激冷環(huán)結(jié)垢的有效辦法。高壓清洗泵清洗我廠經(jīng)常使用高壓清洗泵用高壓水進(jìn)行清洗，清洗時(shí)要用特殊的高壓軟管，清洗壓力 一般達(dá)8.0MPa，但在清洗過程中要將爐溫降下來(lái)，拆裝的工作量也較大。使用管路處理器我廠曾使用過美格潔管路處理器，它應(yīng)用法拉弟電磁感應(yīng)原理(永久磁鐵20 000高斯)使 水離子化，可改變管內(nèi)流體中固體物和懸浮物的晶格結(jié)構(gòu)，使其變?yōu)槭杷山Y(jié)構(gòu)。進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng) 勁的防垢、除垢功效。開始使用時(shí)似乎有些效果，但后來(lái)效果也不明顯。3.3.3氣化爐激冷室?guī)畣栴}我廠在試車過程中就遇

18、到了氣化爐激冷室?guī)畣栴}，加入 的激冷水遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于合成氣帶出的水量和排出黑水總量，但是激冷室液位仍維持不住。我廠對(duì) 上升管作了改造，在設(shè)計(jì)負(fù)荷條件下比過去情況稍有好轉(zhuǎn)，基本能適應(yīng)生產(chǎn)。激冷室內(nèi)的氣 液平衡如遭到破壞，要使其恢復(fù)到正常狀況需要的時(shí)間也比較長(zhǎng)。當(dāng)生產(chǎn)負(fù)荷超過設(shè)計(jì)負(fù)荷 后，這個(gè)問題又逐漸表現(xiàn)出來(lái)。山東魯南化肥廠和陜西渭河化肥廠也出現(xiàn)過這種“帶水”現(xiàn)象。 國(guó)內(nèi)已在運(yùn)行的三套德士古水煤漿氣化裝置的氣化爐激冷室結(jié)構(gòu)、尺寸基本上是一樣的，不 同的只是燒嘴、壓力、投煤量。壓力越高，此帶水”現(xiàn)象就越明顯，一種理論認(rèn)為隨著壓力與 負(fù)荷的增加，激冷室內(nèi)熱流強(qiáng)度增加，當(dāng)其達(dá)到一臨界值時(shí)，傳熱方式轉(zhuǎn)為低效的膜狀沸騰 傳熱，爐內(nèi)氣體隨之帶走大量水至后系統(tǒng)。筆者認(rèn)為當(dāng)高溫合成氣經(jīng)下降管時(shí)，由于激冷水 的激冷，氣體和熔渣溫度很快下降，渣繼續(xù)下降，氣體并夾帶少量水沿下降管與上升管間的 環(huán)隙繼續(xù)上升，從合成氣出口排出，若氣體不是沿環(huán)隙上升，而是有氣體沖出鐘罩，這樣氣 體通過液封繼續(xù)向上，必定會(huì)夾帶大量水，激冷室示于圖1。圖1激冷室示意圖設(shè)氣體通過環(huán)隙的阻力為h(m液柱)下降管內(nèi)壓力為P1上升管外壓力為P2上升管內(nèi)外液位差為H(m)工況正常時(shí)：h=P1-P2=H帶水時(shí)：h(P1-P2)H1山東魯南