水煤浆气化装置工程设计中的改进

第8期曲友方:水煤浆气化装置工程设计中的改进169化工设计水煤浆气化装置工程设计中的改进曲友方(中石化南京工程有限公司,江苏南京2100摘要:本文从工程设计角度对某水煤浆气化装置在工程设计过程中的有关改进进行了探讨,为从事煤气化行业的相关人员提供定的借鉴作用。关键词:改进;水煤浆;气化;工程设计中图分类号:TQ545文献标识码:A文章编号:1008-02X(2013)08-0169-04Improvement on Coal Water Slurry Gasification During Detailed EngineeringQU You-fang(SINOPEC Nanjing Engineering Construction Inc, Nanjing 211100,ChinaAbstract: Improvement on coal water slurry gasification was made during detailed engineering, which maybe helpful to personnel working in the field of coal gasificationKey words: improvement; coal water slurry; gasification; detailed engineering水煤浆加压气化技术已广泛应用于在煤化工领的四级闪蒸系统;灰水处理系统全装置共用一套。域。自从80年代末中国引进第一套GE水煤浆加2工艺安全方面的改进压气化装置以来,已有多达44套的GE水煤浆气化水煤浆气化装置的安全性一直都是人们关注的装置落户于中国。另外,国内自行开发的、具有自主重点。本煤气化装置的设计,广泛吸收了煤气化工知识产权的四喷嘴水煤浆加压气化技术,也有多套厂的实际运行经验和成熟的改进措施,努力提高水大规模的商业装置投入运行。经过30多年的工厂煤浆气化装置的系统安全性,主要包括以下几个方实际运行,水煤浆加压气化装置在国内积累了大量面。的操作、运行和管理经验。2.1超高压氮气系统设计本文就某水煤浆气化装置从工艺安全、工艺设超高压氮气用于开停车及发生故障时对气化备、黑水管道材料和环境保护等方面,对工程设计中炉和炉头的氧气管线、水煤浆管线进行吹扫和氮气所做的一些改进进行探讨,希望这些探讨对从事煤保护。本气化装置在设计中采用了工艺商对超高压化工行业,尤其是从事水煤浆气化装置的操作人员氮气系统的最新改进,新、老超高压系统的流程对比和设计人员,有所借鉴和帮助。如下图1,图2所示。装置概述从图1、图2的流程对比来看新、老超高压系本水煤浆气化装置,由磨煤、气化、灰水处理三统的最大区别在于:新的超高压氮气系统为每套气部分组成。磨煤系统为两套,同时在线运行;气化炉化炉增加了一台专用于形成"氮塞"的氮气缓冲罐,系统三套,两开一备,为激冷流程。气化炉黑水闪蒸同时增加了从专用氮气缓冲罐到中心氧管的氮气吹系统为三套,与三套气化炉一一对应两开一备。黑扫管线。水闪蒸为高压闪蒸低压闪蒸和两级真空闪蒸组成V凵中国煤化工收稿日期:2013-07-30CNMHG作者简介曲友方(1979-),女,辽宁东港人,工程师从事天然气蒸汽转化和煤化设计工作。山东化工170SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2013年第42卷装置在设计中分别增加了气化室与煤浆管线之间的中心氧去烧嘴压差联锁、气化室和激冷室之间的压差联锁以及进气化炉的激冷水与气化室合成气之间的压差联锁等外环氧去烧嘴氧气管线一多个联锁报警和跳车功能。新增的这些联锁措施,增强了对气化炉的安全保护,提高了气化炉的本质氮气去其他系列安全性。2.3烧嘴冷却水系统改进高压氮气本装置设计中,为烧嘴冷却水系统设置了氮封;并在烧嘴冷却水分液罐上设置了爆破片。高压氮气吹扫罐在之前建成的很多水煤浆气化装置中,烧嘴冷图1CE以前高压氮气系统的设计却水贮槽和烧嘴冷却水分液罐都是直通大气的常压容器。曾经有气化装置发生过工艺烧嘴冷却水盘管中心氧去烧嘴由于煤浆磨损而发生穿孔泄漏的事故,气化炉中的高温工艺气体通过穿孔窜入烧嘴冷却水系统,通过氧气管线外环氧去烧嘴烧嘴冷却水分液罐的放空管直排大气,同时来不及排放的工艺气体又沿烧嘴冷却水回水管线窜人烧嘴氮气吹扫去冷却水贮槽,并从贮槽顶部放空管直排大气,幸好当其他系列时没有火花或静电才免于重大事故发生。后来针对这个问题,该气化装置专门请有资质的专业安全评估机构进行了 HAZOP分析,增设了氮封。因此本去其他系列高压氮气工程设计中,增加氮封这一安保措施。另外,在烧嘴冷却水分液罐上设置了爆破片,是专用高压气气共用高压氮气吹扫罐缓冲罐考虑了气化炉烧嘴磨穿,工艺气泄漏到烧嘴冷却水图2CE最新高压氦气系统改进系统这一工况。由于气化炉泄漏的工艺气体流量可新的超高压氮气系统的操作程序是:一旦气化能较大,如果采用安全阀,其选型尺寸较大在投资、炉停车首先关闭氧气管线上游切断阀然后打开专布置及以后的检维修上均会比较麻烦因此本设计用氮气缓冲罐氮气吹扫氧气管线上游切断阀至下中选用了爆破片。游烧嘴之间的氧气管线;吹扫一段时间后氧气管线3工艺设备的改进上的下游切断阀关闭,在上、下游氧气切断阀之间形3.1磨煤系统成“氮塞”,并关闭由专用氮气缓冲罐去中心氧管的本装置采用两套磨煤系统,同时在线运行。由氮气。同时共用氮气吹扫罐上的阀门打开,由它接于三套气化炉两开一备,实际上每套磨煤系统对应替专用氮气缓冲罐继续对氧气管线进行吹扫;此时一套气化炉。一般来讲,每套磨煤系统的能力只要专用氮气缓冲罐不再提供连续的氮气流量,而专用满足50%装置负荷就够了,这样投资也是最省的。于保证"氮塞"用气。即使共用氮气吹扫罐由于连但是考虑到装置10%负荷运行时,一旦有一套磨续吹扫大量用气等原因出现压力降低情况,也不会煤系统发生故障停车,将出现另一套磨煤系统单独影响到专用氮气缓冲罐的压力,从而保证了"氮塞”同时向两套气化炉供煤的局面这样气化装置总体的压力不会降低。因此,新的超高压氮气系统明显负荷将被迫降至50%,相应的会导致下游装置负荷提高了"氮塞"的可靠性和气化炉的安全性。的大幅调整,引起全厂操作工况的波动。同时,50%22气化炉安全联锁的改进负荷也是气化装置设计运行的最低负荷,在经济性、根据某公司气化装置曾经发生过的煤浆管线阀稳定性和可操作性上都会带来一定问题。在工程设门误操作,导致气化炉过氧,高温气体回窜至煤浆管计中,经调研和讨论决定,将每套磨煤系统的最大能线引起爆炸事故的教训;同时为能及时发现气化炉力调整为气化rV中国煤化工一旦一套磨渣口堵渣现象以及激冷环喷嘴堵塞引起激冷水流量煤系统发生故CNMH大能力下单不足等引起的安全问题保证气化炉的安全运行,本独运行,能够保证气化装置在75%的负荷下运行,第8期曲友方:水煤浆气化装置工程设计中的改进171避免了负荷的大幅波动引起的各种问题。虽然增加因有很多,比如设计不佳,操作不当,以及工艺技术了一定的投资但提高了磨煤系统的可用性和供煤本身的限制等。国内煤气化装置在多年生产实践的可靠性,因此,单套磨煤系统的最大磨煤能力选为气基础上总结发现,碳洗塔的空塔气速是一个非常重化装置总负荷的75%是合适的。要的影响因素。通过调研掌握的实际情况也表明了3.2碳洗塔直径这一点,表1为一些煤气化装置中碳洗塔的空塔气长期以来,碳洗塔出口合成气中带水带灰问题速比较。都困扰着不少国内煤气化装置用户,带水带灰的原表1碳洗塔空塔气速比较装置名称气量/(m3/h)塔内径/mm空塔气速/(m/s)操作工况设计工况操作工况设计工况气化装置A427845802800.1930.207气化装置B57520.166气化装置C9513/34000.291本装置(原设计)779834000.2140.239本装置(改进)779838000.1710.191从表1中数据对比可以看到,装置C的正常操离子含量高,不建议黑水管线采用腐蚀裕度为6mm作气速是最高的,为0.291m/s,在实际装置调研中的碳钢。我们了解到装置C确实带灰带水比较严重;装置A在水煤浆气化装置的工艺设计中,黑水中氯含也曾经出现过带水带灰的情况,但不是很严重;而装量一般都高于15×10,根据CE的选材原则,应考置B从来没有出现过。根据这一实际情况以及掌虑采用双相钢SS2507。由于双相钢价格昂贵,同时握的其他资料对本气化装置的原工艺设计进行了双相钢管道及阀门在中国国内采购较为困难因此,核算,发现空塔气速偏高(0.214m/s)。经项目组和在本气化装置尚处于工艺包编制阶段时,就已经开业主一起研究讨论将并征得工艺商同意最终将碳始考虑如何规避双相钢的问题,转而考虑"将黑水洗塔的内径由3400mm改为3800m,起到了很好的中氯离子降到1.5×104以下,黑水管线采用316L实际效果。不锈钢"这一方案。在具体实施这一方案的过程3.3锁斗容积中,由于本装置黑水管线的设计温度为268℃,设计锁斗位于气化炉正下方,用于收集炉渣。锁斗压力5.56MPaG,如果采用316L,管道的压力等级将为压力交变容器,平均每30min循环一次,将渣和水不得不选用900b,这会造成黑水管线及阀门的投资排至锁斗正下方的渣池中,一台锁斗对应一台渣池。费用增加。如果采用316,600b等级即可满足设根据气化装置的实际运行经验渣池中的捞渣机在温度和设计压力的要求。运行中可能会发生链条打折、链条刮板卡塞或链条由于黑水中存在甲酸等有机酸,316抗晶间腐磨损等故障,一旦发生故障,捞渣机必须停车检修。蚀能力低于316L。在工程设计中,通过与工艺商、检修期间锁斗中的渣水不允许再排入渣池这就需装置业主的多次交流,工艺商认为这种腐蚀影响不要锁斗本身要有足够容渣量根据经验,处理捞渣机是很大,可以采用316不锈钢;装置业主也同意采用故障的最短时间一般为4316不锈钢这一材料,最终确定316不锈钢作为黑原设计锁斗容积为10.4m3,而本装置设计最大水管线的材质。为防止316发生晶间腐蚀,管道在渣量(湿渣)为4.88m3/h,也就是说,锁斗原设计最焊接完毕后需进行焊后热处理,以降低晶间腐蚀的大容渣时间只有2.h,满足不了捞渣机最短检维修倾向。时间的要求。据此,在工程设计中对锁斗容积重新5环境保护方面的改进评估后,将其增大为24m3,保证4h的容渣量。通常煤气化装置的现场环境都是比较糟糕的,4黑水管道材料由于设计考虑不周管理不到位等原因,现场情况可水煤浆气化装置中的黑水管线材质的选择主要能会更糟随时都可能出现渣水、气乱排乱放的情与黑水中氯离子浓度有关。CE水煤浆气化工艺中况。随着环境保护的压力越来越大,在工程设计中黑水管线选材的原则是:氯离子浓度小于等于1.5要尽量做到中国煤化工×104时选用316L不锈钢;氯离子浓度大于等于1.5.1两级真CNMHG5×10选用双相钢S2507;由于黑水pH值较低,氯般煤气化装置都采用一级真空闪蒸,真空度山东化工SHANDONG CHEMICAL INDUSTRY2013年第42卷约-0.08MPaC,闪蒸温度约60℃,排入下游沉降槽但由于除氧器的排放气温度较高,直接放空会导致的黑水温度偏高,沉降槽会排放大量的水蒸汽,造成现场水汽弥漫;同时,排放气中还含有微量NH3、现场蒸汽弥漫。本工程设计中采用两级真空闪蒸,H2S等恶臭物质,会严重影响周围环境。第一级真空闪蒸压力为-0.07MPaG,闪蒸温度本工程设计中,将除氧器排放气先经冷却分液τ0℃;第二级真空闪蒸压力为-0.093MPaG,闪蒸温后送入火炬总管,再送火炬头充分燃烧后高空排放度为44℃。第二级真空闪蒸后的黑水送入下游沉避免了可燃、有毒恶臭物质的直排大气,大大改善了降槽,由于黑水温度降低,水汽蒸发量大大降低,极环境卫生状况。由于火炬总管压力是变动的,正常大改善了现场环境。为十几个kPaG以内,当有火炬气排放时,总管压力两级真空闪蒸设计在工艺上和投资上是不利可达50kPaG以上,这时除氧器排气将无法送入火的,但从环保角度来讲两级真空闪蒸会明显改善现炬。因此,将除氧器排放气送入火炬总管的同时,保场环境。同时,较低的黑水温度更有利于泵的选型留了直接放空的管线,一旦监测到火炬总管压力过和黑水输送,也有利于沉降槽的澄清效果澄清后的高,将排放气切换至直接放空。灰水中渣含量更低,优质的灰水水质对煤气化装置6结论的水循环都非常有利,从这个角度上讲,两级真空闪本文对某水煤浆气化装置在工程设计中所做的蒸设计也是比较好的选择。一些改进进行了探讨。这些改进将会进一步提高煤5.2除氧器排放改进气化装置的工艺性能,大大改观煤化工装置现场脏、本气化装置中除氧器排放气温度109℃,压力乱、差的印象,有助煤气化装置做到节能环保,减少小于0.04MPaC。排放气中97%为水蒸汽,其余为水耗和三废排放。CO2及微量的H2、CO、NH3、H2S等。其中NH3总量为0.71kgh,H2S总量为0.5kg/h,排放口位于地面(本文文献格式:曲友方水煤浆气化装置工程设计30m以上,可完全满足直接放空的环保标准要求。中的改进[J山东化工,2013,42(8):169-172.(上接第168页[3]张奇.高等教育心理学[M].1版大连辽宁师范大4结束语学出版社,2007化工专业大学生创新训练的实施效果受到各种[4]刘沫,陈海宁,陈晓猛,创新人才培养的理论探索和主客观因素的影响,因此必须根据化工专业特点,采实践[J].化工高等教育,2002(3):26-27,20取适当措施提高创新训练教学水平。大学生创新训「S]陈朝晖王瑛.大学生创新能力现状与主动实践理念探析[门].高教论坛,2008(4):55-57练活动是一个长期的教育工程需要不断的总结经[6]李文先加强无机化学实验课建设培养具有创新能力验和教训建立和完善相关机制,这对于培养化工专的高素质人才[J]实验室科学.2007(2):33-3业创新性人才,发展我国化学工业发展水平具有重[7]李青,丁圣利浅析校企合作下的大学生创新能力培要意义。养[J.中国电力教育,2013(2):31-32参考文献[崔国星,张启卫,王益凡化工类创新型人才培养教育文文献格式:魏立纲魏莉安庆大等化学工教学实践与探索[门]高教论坛.200,6:33-36.程与工艺专业大学生创新训练活动的探讨[J]山[2]陈静基于大学生创新性试验项目为平台的教学改革东化工,2013,42(8):167-168,172.)[J].中国电力教育.2011(16):135-136简讯元以上200~300元、100~200元、50-100元。亚星实施事故隐患举报奖励制度该公司事故隐患举报内容包含但不限于隐患现状及产生原因、危害程度、整改难易程度分析和治理方案。举报程近日潍坊亚星化学股份有限公司为建设安全隐患排查序为职工发现事故隐患首先汇报给所在部门安全人员,由治理长效机制发布实施了《安全生产事故隐患举报奖励管所在部门初步核实后提交隐患报告然后由安全管理部门组理制度》,对举报未经发现的安全隐患的职工,将根据事故隐织现场落实隐患级别及整改情况,并提出奖励方案报公司领患级别,分别给予对等标准的一次性奖励。导批准后实施。该公司规定对多人分别举报相同隐患的奖该公司本着从严控制原则,定性或定量评估可能造成的励最先举报人中国煤化工难迫害举报人人身伤亡、财产损失、环境影响整改时间和投入资金将事等不良现象和行CNMHG汉益故隐患划分为ABC、D4级,对应举报奖励标准分别为300严功亚生孙杰,杜鹏)