［摘 要］ Ｓｈｅｌｌ 粉煤氣化裝置生產(chǎn)／ 控制自動化程度高、 連續(xù)生產(chǎn)性較強(qiáng)， 對儀表使用的可靠性要求較高。 近年來， 云南天安化工有限公司 ５００ ｋｔ ／ ａ 合成氨項目 Ｓｈｅｌｌ 粉煤氣化裝置存在液氮洗尾氣至氣化裝置磨煤單元開關(guān)閥填料泄漏致電動頭損壞、 排渣罐液位計根部取壓口堵塞、 煤氣化倉泵平衡閥開關(guān)動作不到位及反饋指示不準(zhǔn)等儀表閥門故障率較高的一些問題， 進(jìn)行原因分析與探討， 采取一系列的優(yōu)化技改后， 解決了近年故障頻發(fā)的 ３ 個儀表閥門方面的問題。
引 言
云南天安化工有限公司 （簡稱云南天安）５００ ｋｔ ／ ａ 合成氨項目于 ２００７ 年底建成投產(chǎn)， 其氣化裝置采用當(dāng)時shijie上#先金、 #復(fù)雜的Ｓｈｅｌｌ 粉煤氣化技術(shù) （１ 臺 Ｓｈｅｌｌ 氣化爐）。 Ｓｈｅｌｌ粉煤氣化裝置生產(chǎn)／ 控制自動化程度高、 連續(xù)生產(chǎn)性較強(qiáng)， 儀表使用種類覆蓋面廣是整個系統(tǒng)的一大特點， 對儀表使用的可靠性要求較高。 近年來， 隨著自動化水平及管理水平的不斷提升， 云南天安要求儀表使用故障率逐年降低 ２０％ 。 以下主要就云南天安 Ｓｈｅｌｌ 氣化裝置儀表閥門故障率較高的一些問題———液氮洗尾氣至氣化裝置磨煤單元開關(guān)閥填料泄漏致電動頭損壞、 排渣罐液位計根部取壓口堵塞、 煤氣化倉泵平衡閥開關(guān)動作不到位及反饋指示不準(zhǔn)等進(jìn)行分析與探討。
１、液氮洗尾氣至氣化磨煤單元開關(guān)閥填料泄漏
１. １ 問題描述
云南天安低熱值液氮洗 （系統(tǒng)） 尾氣高效利用工業(yè)化裝置， 是將合成氨裝置液氮洗系統(tǒng)的尾氣預(yù)熱后， 通過添加空氣在催化燃燒爐內(nèi)催化氧化， 將 ＣＯ、 ＣＨ４ 、 Ｈ２ 轉(zhuǎn)化成 ＣＯ２ 和 Ｈ２Ｏ， #后得到 ＣＯ 含量 ＜ ２００ ｍｇ ／ ｍ３、 Ｏ２ 含量≤６％ 、溫度 ４４０ ℃以上的燃燒氣， 目前工藝上提高催化燃燒爐操作溫度 （ＴＥ１１００８） 至 ６００ ℃左右 （原操作溫度約 ４５０ ℃ ）， 將催化氧化后的尾氣送至氣化裝置磨煤單元用于煤粉的研磨與干燥———原設(shè)計磨煤單元煤粉干燥采用熱風(fēng)爐熱煙氣 （熱風(fēng)爐燃料原設(shè)計為凈化氣或新鮮氣， 后改為了粗煤氣）； 液氮洗尾氣催化燃燒爐投用后， 正常生產(chǎn)時催化燃燒爐尾氣即可滿足生產(chǎn)所需， 只有在液氮洗系統(tǒng)剛開車、 低負(fù)荷或故障情況下才會啟用熱風(fēng)爐 （輔助干燥煤粉）， 液氮洗系統(tǒng)低負(fù)荷運行時熱風(fēng)爐操作控制困難， 甚至出現(xiàn)熱風(fēng)爐熄火的情況， 燃?xì)饩奂跓犸L(fēng)爐爐膛內(nèi)存在爆炸風(fēng)險， 故工藝上需要提高催化燃燒爐操作溫度以利煤粉干燥。 當(dāng)前， 液氮洗尾氣至 Ｓｈｅｌｌ 氣化裝置磨煤單元有 Ａ 線、 Ｂ 線、 Ｃ 線 ３ 條管線 （平時一開兩備）， 管線上的電動開關(guān)閥采用石墨盤根填料， 填料使用溫度在 － ２００ ～ ６５０ ℃ （蒸汽） 或－ ２００ ～ ５６５ ℃ （大氣）， 不能滿足實際生產(chǎn)所需， 液氮洗尾氣至氣化裝置磨煤單元開關(guān)閥（ ＭＶ１１００１Ａ／ Ｂ、 ＭＶ１１００２Ａ／ Ｂ、 ＭＶ１１００３Ａ／ Ｂ，分別對應(yīng) Ａ 線、 Ｂ 線、 Ｃ 線， 每組閥門 Ａ／ Ｂ 串聯(lián)， Ａ 閥屬電動開關(guān)型、 Ｂ 閥屬電動調(diào)節(jié)型；ＭＶ１１００３Ａ／ Ｂ 對應(yīng) Ｃ 線， 為后來單好設(shè)計的）填料經(jīng)常工作在超溫條件下， 造成石墨盤根碳化， ２０２０ 年 ６ 月維修過程中還發(fā)現(xiàn) Ａ 線開關(guān)閥填料缺失造成介質(zhì)泄漏而損壞電動頭。
１. ２ 原因分析
（１） 液氮洗尾氣管線長期運行在高溫工況下， 原有的開關(guān)閥石墨填料長期處于溫度上限運行， 使用壽命縮短。
（２） 云南天安原料煤為集中采購 （掛網(wǎng)規(guī)范采購）， 供應(yīng)批次不同， 原料煤煤質(zhì)也不同，同批次原料煤庫存不充分， 需經(jīng)常調(diào)整磨煤線運行狀態(tài)， 開關(guān)閥工況經(jīng)常從冷態(tài)持續(xù)過渡到操作溫度 ６００ ℃左右， 溫升較快、 溫差跨度較大。
（３） 長期運行使得液氮洗系統(tǒng)尾氣換熱器存在泄漏， 尤其是在溫度較低的時候液氮洗尾氣管線內(nèi)存在滴水的現(xiàn)象 （尾氣與水共存）， 從運行狀態(tài) （高溫狀態(tài)） 停下來時， 較干燥的電動閥填料容易吸附水， 甚至停用時填料處漏水。
（４） 電動閥 （ＭＶ１１００１Ａ／ Ｂ、 ＭＶ１１００２Ａ／ Ｂ、ＭＶ１１００３Ａ／ Ｂ） 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計、 安裝不合理， 一旦填料發(fā)生泄漏， 高溫介質(zhì)流出就容易損壞其電動頭。
１. ３ 解決方案
（１） 方案一。 ６ 臺電動閥 （ ＭＶ１１００１Ａ／ Ｂ、ＭＶ１１００２Ａ／ Ｂ、 ＭＶ１１００３Ａ／ Ｂ） 全 部 重 新 選 型，更換為耐高溫材質(zhì)的閥體， 控制方式改為氣動控制， 并適當(dāng)延長執(zhí)行機(jī)構(gòu)與閥體的距離， 連接部分增設(shè)散熱片以隔絕管道高溫傳導(dǎo)， 避免缸體密封圈等執(zhí)行機(jī)構(gòu)附件損壞。 本方案需整體更換閥門， 投資較大， 預(yù)算投資約 ２００ 萬元。
（２） 方案二。 原有電動頭閥體改為分體式電動頭， 從而降低電氣部分、 電路控制板工作環(huán)境溫度， 保障其使用壽命， 在填料泄漏時保護(hù)電動頭不受高溫?fù)p壞。 本方案預(yù)算投資約 １５ 萬元。
（３） 方案三。 尋找可以替代膨脹石墨盤根填料 ［石墨盤根由各種增強(qiáng)纖維、 金屬絲 （鋼絲、 銅絲、 鎳絲、 碳纖維、 預(yù)氧絲、 玻璃紗）等增強(qiáng)的石墨線為原料精工編織而成， 使用溫度范圍 － １００ ～ ８００ ℃ ， 線速度 ０ ～ １５ ｍ ／ ｓ， 在線使用壓 力 旋 轉(zhuǎn) 泵 ２０ ＭＰａ ／ 往 復(fù) 泵 １０ ＭＰａ ／ 閥 門４０ ＭＰａ， ｐＨ ０ ～ １４］ 的填料。 本方案可操作性較強(qiáng)， 預(yù)算投資約 ０. ５ 萬元。
（４） 方案四。 解決原料煤供應(yīng)問題， 提高原料煤供應(yīng)的穩(wěn)定性， 但該措施不可控因素較多， 可操作性不太強(qiáng)， 需采購人員多方協(xié)調(diào)； 檢修、 修復(fù)泄漏的換熱器， 預(yù)算投資約 １０ 萬元。
綜合考量并根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況， 云南天安選擇了方案三， 即解決填料碳化問題———選擇陶瓷纖維盤根 （陶瓷纖維盤根由高品質(zhì)陶瓷纖維編織而成， 使用溫度范圍 － １４０ ～ １ ２６０ ℃ ， 線速度 １２ ｍ ／ ｓ， 使用壓力 ３ ～ １０ ＭＰａ， ｐＨ ３ ～ １４）替代原膨脹石墨盤根填料。 ２０２１ 年 ３ 月大修期間， 液氮洗尾氣至氣化裝置磨煤單元開關(guān)閥（ ＭＶ１１００１Ａ／ Ｂ、 ＭＶ１１００２Ａ／ Ｂ、 ＭＶ１１００３Ａ／ Ｂ ）更換為陶瓷纖維盤根， 系統(tǒng)重啟后至今 ６ 臺開關(guān)閥再未發(fā)生過填料泄漏。
２、排渣罐液位計變送器取壓口堵塞
２. １ 問題描述
Ｓｈｅｌｌ 氣 化 爐 排 渣 罐 （ Ｖ１４０３ ） 液 位 計（１４ＬＴ０００７Ａ／ Ｂ） 正端反吹沖洗水采用除渣單元的密封水———由高壓循環(huán)水泵 （Ｐ３３０５Ａ／ Ｂ） 將循環(huán)水緩沖槽 （ Ｔ３３０２） 來水提壓至 ５. ７１ ＭＰａ（ 壓 力 變 送 器 ３３ＰＴ３３０５ ）。 循 環(huán) 水 緩 沖 槽（Ｔ３３０２） 水源， 一部分為澄清槽 （Ｔ１７０１） 溢流泵 （Ｐ１７０５Ａ／ Ｂ） 輸送來的廢水 （澄清液）， 一部分為維持循環(huán)水緩沖罐 （Ｔ３３０２） 液位而補(bǔ)充的新 鮮 水， 還 有 一 部 分 為 低 壓 循 環(huán) 水 泵（Ｐ３３０６Ａ／ Ｂ） 加壓至 １. ２２ ＭＰａ 后用于渣脫水槽（Ｔ１４０１）、 排渣罐 （Ｖ１４０３） 的補(bǔ)充水及廢水處理單元 （Ｕ１７００） 的沖洗水。 由于現(xiàn)階段云南天安氣化爐燒煙煤 （原設(shè)計采用褐煤）， 氣化廢水（流量 ６５. ０ ｍ３／ ｈ） 水質(zhì)較差 （典型水質(zhì)分析數(shù)據(jù)為 ｐＨ ８. ３、 電導(dǎo)率 ３ ８２０. ０ μＳ ／ ｃｍ、 濁度 ６７. ５ＮＴＵ、 懸浮物 ７９. ０ ｍｇ ／ Ｌ、 鈣硬度 ２６９. ０ ｍｇ ／ Ｌ、總硬度３１１. ０ ｍｇ ／ Ｌ、 ＣＯＤ ４０１. ０ ｍｇ ／ Ｌ、 總磷０. ２ｍｇ ／ Ｌ、 氨氮 ４３８. ０ ｍｇ ／ Ｌ、 ＴＤＳ ６９７. ０ ｍｇ ／ Ｌ、 總鐵 １１. ７ ｍｇ ／ Ｌ、 總堿度 ８９. ９ ｍｇ ／ Ｌ、 氟化物 ５２. ２ｍｇ ／ Ｌ、 ＳＯ２４－１５３. ０ ｍｇ ／ Ｌ、 ＰＯ３４－０. ６ ｍｇ ／ Ｌ、 ＮＯ３－３８５. ０ ｍｇ ／ Ｌ、 ＮＯ－２ １７８. ０ ｍｇ ／ Ｌ、 ＳｉＯ２ ３３. ６ ｍｇ ／ Ｌ），結(jié)垢傾向較大， 易造成排渣罐 （Ｖ１４０３） 液位計（１４ＬＴ０００７Ａ／ Ｂ） 變送器取壓口堵塞———２０２１ 年３ 月就曾出現(xiàn)過因排渣罐液位計變送器取壓口堵塞而影響變送器正常使用的情況。
２. ２ 技改措施
經(jīng)分析與探討， ３０ 單元公用工程系統(tǒng)新鮮水 （即高壓工藝水） 壓力 ０. ３５ ＭＰａ、 ｐＨ ６. ５ ～８. ５、 濁度≤５ ＦＴＵ、 總硬度 ２ ～ ５ ｍｇ ／ Ｌ、 總堿度２ ～ ５ ｍｇ ／ Ｌ、 總鐵 ０. ５ ｍｇ ／ Ｌ、 Ａｌ３ ＋０. ５ ｍｇ ／ Ｌ， 此高壓工藝水水質(zhì)好， 供機(jī)泵機(jī)械密封使用， 不含雜質(zhì)， 用其替代 １４ＬＴ０００７Ａ／ Ｂ 原正端反吹沖洗水， 可解決 １４ＬＴ０００７Ａ／ Ｂ 變送器取壓口結(jié)垢堵塞問題。１４ＬＴ０００７Ａ／ Ｂ 正端反吹沖洗水采用工藝水緩沖槽 （Ｔ３３０１） 供應(yīng)的水。 Ｔ３３０１ 內(nèi)一部分水經(jīng)過高壓工藝水泵 （Ｐ３３０２Ａ／ Ｂ ／ Ｃ） 加壓至 ６. ５０ＭＰａ （壓力變送器 ３３ＰＴ０００２） 送高壓工藝水分配總管 （高壓工藝水流量大致為 ３０ ｍ３／ ｈ）， 地衣股用作高壓水泵 （ Ｐ１３０４Ａ／ Ｂ、 Ｐ１４０１Ａ／ Ｂ ／ Ｃ、Ｐ１４０２Ａ／ Ｂ、 Ｐ１６０１Ａ／ Ｂ） 及破渣機(jī) （Ｘ１４０１） 的密封水， 第二股用作 １４ＬＴ０００７Ａ／ Ｂ 正端反吹沖洗水———從煤氣化框架三樓的高壓工藝水分配總管配管引至二樓， 再利用部分舊管 （原取壓管線因取水不干凈易堵塞， 故用堵頭堵了停用）引至 １４ＬＴ０００７Ａ／ Ｂ 變送器正端用于反吹， 此股水流量很小 （大致為 ５ ｍ３／ ｈ）， 高壓工藝水 “實際用量” 不會增加， 不影響其作為機(jī)封水及工藝生產(chǎn)使用。 另外， 排渣罐 （ Ｖ１４０３ ） 液位計（１４ＬＴ０００７Ａ／ Ｂ） 正端反吹沖洗水采用工藝水緩沖槽 （Ｔ３３０１） 來的溫度為 ５０ ℃ 、 實際壓力為６. ０６ ＭＰａ 的高壓工藝水， 大于 Ｖ１４０３ 的實際工作壓力 （１４ＰＴ００１２） ４. ２７ ＭＰａ， 能很好地起到反吹沖洗 １４ＬＴ０００７Ａ／ Ｂ 變送器取壓管的作用，防止其堵塞。 ２０２２ 年 １０ 月氣化裝置大修期間，１４ＬＴ０００７Ａ／ Ｂ 變送器取壓管正端反吹沖洗水改用高壓工藝水技改完成后， 再未出現(xiàn)過排渣罐液位計變送器取壓口堵塞問題。
３ 煤氣化倉泵平衡閥卡澀
３. １ 問題描述
送倉泵是一種充氣罐式氣力輸送設(shè)備， 用于壓工式氣力輸送系統(tǒng)中， 可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離輸送粉料；充作時以壓縮空氣為動力， 泵體內(nèi)的粉狀物料與助入的壓縮空氣形成類流體狀的氣固混合物， 借輸泵體內(nèi)外的壓差實現(xiàn)混合物的流動， 經(jīng)輸料管壓送至儲料設(shè)備。 中間飛灰貯罐 （Ｖ１５０５） 泄完衡， Ｖ１５０５ 與吹灰器 （Ｖ１５０８） 連通管道上的平閥可保證此兩臺設(shè)備壓差平衡， 從而將 Ｖ１５０８中的灰順利通過下料閥送至倉泵輸送至原料灰?guī)臁?此平衡閥大約 ８ ｍｉｎ 動作 １ 次， 當(dāng)后續(xù)系統(tǒng)有故障需停止輸灰時， 由于伴熱效果有限、 灰里水分增加， 灰在設(shè)備內(nèi)停留時間越長， 結(jié)塊就越嚴(yán)重， 其后在輸灰過程中由于 “灰顆粒” 增大易造成平衡閥卡澀———２０２３ 年 １ 月就曾出現(xiàn)倉泵平衡閥卡澀， 導(dǎo)致其開關(guān)位置反饋不準(zhǔn)， ＰＬＣ運行程序因反饋未回， 停用 ＰＬＣ 系統(tǒng) （ ＰＬＣ 系統(tǒng)收不到反饋信號， 程序就認(rèn)為閥門是不動作的， 不平衡狀態(tài)下是不允許下料輸灰的， 因為若下面設(shè)備壓力高， 會出現(xiàn)一種 “ 浮騰” 現(xiàn)象，根本下不了料， 這也是出于安全方面的考慮），輸灰難度加大， 工藝人員操作不方便。
３. ２ 技改措施
① 將平衡閥由 “單閥雙盤” 改為 “單閥單盤”， 保留連接軸的彈簧， 保證平衡閥開關(guān)時的清潔度、 自潔功能； ② 開關(guān)位置反饋類型由磁感應(yīng)式改為接近開關(guān)式； ③ 倉泵平衡閥排污口加裝吹掃氮氣， 保證平衡閥在開關(guān)過程中整個閥腔處于 “擾動環(huán)境” 下， 閥腔附件上的 “灰顆粒” 通過吹掃不會附著在閥門開關(guān)運行軌跡范圍內(nèi)； ④ 吹掃氮氣取壓口開孔設(shè)在一次氮氣充壓閥 （針形閥） 后， 保證平衡閥在一次氮氣充壓閥動作時才進(jìn)行吹掃， 需注意一次氮氣充壓閥（針形閥） 開度不宜過大 （１ ／ ３ 開度即可）， 以免造成氮氣資源浪費。 ２０２３ 年 ２ 月上述技改措施落實后， 再未出現(xiàn)過煤氣化倉泵平衡閥卡澀問題。
４、結(jié)束語
通過一系列的優(yōu)化技改， 云南天安解決了Ｓｈｅｌｌ 粉煤氣化裝置近年故障頻發(fā)的 ３ 個儀表閥門方面的問題， 但還有一些潛在因素影響著裝置的穩(wěn)定運行。 現(xiàn)場儀表閥門出現(xiàn)問題時， shou先需結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)工藝、 介質(zhì)使用條件深入分析與研究， 找到故障的根源。 同時， 合理設(shè)計、 優(yōu)選測量方案、 應(yīng)用新產(chǎn)品等可明顯提升儀表的測量精度———隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展， 尤其是新產(chǎn)品的問世， 有些儀表方面的 “瓶頸” 問題將逐步解決。 總之， 儀表運行良好、 指示精準(zhǔn)是化工裝置穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)條件之一， 儀表管理方面竭盡所能、 夯實基礎(chǔ)， 方可助力裝置的安、 穩(wěn)、 長、滿、 優(yōu)運行。
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