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shell粉煤氣化裝置儀表閥門(mén)技改小結

shell粉煤氣化裝置儀表閥門(mén)技改小結

時(shí)間:2023-11-24 10:26:48

 [摘 要] Shell 粉煤氣化裝置生產(chǎn)/ 控制自動(dòng)化程度高、 連續生產(chǎn)性較強, 對儀表使用的可靠性要求較高。 近年來(lái), 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?jiǎn)卧_(kāi)關(guān)閥填料泄漏致電動(dòng)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(kāi)關(guān)動(dòng)作不到位及反饋指示不準等儀表閥門(mén)故障率較高的一些問(wèn)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(gè)儀表閥門(mén)方面的問(wèn)題。aCH壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
引 言
云南天安化工有限公司 (簡(jiǎn)稱(chēng)云南天安)500 kt / a 合成氨項目于 2007 年底建成投產(chǎn), 其氣化裝置采用當時(shí)shijie上#先金、 #復雜的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(dòng)化程度高、 連續生產(chǎn)性較強, 儀表使用種類(lèi)覆蓋面廣是整個(gè)系統的一大特點(diǎn), 對儀表使用的可靠性要求較高。 近年來(lái), 隨著(zhù)自動(dòng)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(mén)故障率較高的一些問(wèn)題———液氮洗尾氣至氣化裝置磨煤?jiǎn)卧_(kāi)關(guān)閥填料泄漏致電動(dòng)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(kāi)關(guān)動(dòng)作不到位及反饋指示不準等進(jìn)行分析與探討。
 
1、液氮洗尾氣至氣化磨煤?jiǎn)卧_(kāi)關(guān)閥填料泄漏
1. 1 問(wèn)題描述
云南天安低熱值液氮洗 (系統) 尾氣高效利用工業(yè)化裝置, 是將合成氨裝置液氮洗系統的尾氣預熱后, 通過(guò)添加空氣在催化燃燒爐內催化氧化, 將 CO、 CH4 、 H2 轉化成 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?jiǎn)卧糜诿悍鄣难心ヅc干燥———原設計磨煤?jiǎn)卧悍鄹稍锊捎脽犸L(fēng)爐熱煙氣 (熱風(fēng)爐燃料原設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(shí)催化燃燒爐尾氣即可滿(mǎn)足生產(chǎn)所需, 只有在液氮洗系統剛開(kāi)車(chē)、 低負荷或故障情況下才會(huì )啟用熱風(fēng)爐 (輔助干燥煤粉), 液氮洗系統低負荷運行時(shí)熱風(fēng)爐操作控制困難, 甚至出現熱風(fēng)爐熄火的情況, 燃氣聚集在熱風(fēng)爐爐膛內存在爆炸風(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。 當前, 液氮洗尾氣至 Shell 氣化裝置磨煤?jiǎn)卧?A 線(xiàn)、 B 線(xiàn)、 C 線(xiàn) 3 條管線(xiàn) (平時(shí)一開(kāi)兩備), 管線(xiàn)上的電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥采用石墨盤(pán)根填料, 填料使用溫度在 - 200 ~ 650 ℃ (蒸汽) 或- 200 ~ 565 ℃ (大氣), 不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)所需, 液氮洗尾氣至氣化裝置磨煤?jiǎn)卧_(kāi)關(guān)閥( MV11001A/ B、 MV11002A/ B、 MV11003A/ B,分別對應 A 線(xiàn)、 B 線(xiàn)、 C 線(xiàn), 每組閥門(mén) A/ B 串聯(lián), A 閥屬電動(dòng)開(kāi)關(guān)型、 B 閥屬電動(dòng)調節型;MV11003A/ B 對應 C 線(xiàn), 為后來(lái)單好設計的)填料經(jīng)常工作在超溫條件下, 造成石墨盤(pán)根碳化, 2020 年 6 月維修過(guò)程中還發(fā)現 A 線(xiàn)開(kāi)關(guān)閥填料缺失造成介質(zhì)泄漏而損壞電動(dòng)頭。
1. 2 原因分析
(1) 液氮洗尾氣管線(xiàn)長(cháng)期運行在高溫工況下, 原有的開(kāi)關(guān)閥石墨填料長(cháng)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)規范采購), 供應批次不同, 原料煤煤質(zhì)也不同,同批次原料煤庫存不充分, 需經(jīng)常調整磨煤線(xiàn)運行狀態(tài), 開(kāi)關(guān)閥工況經(jīng)常從冷態(tài)持續過(guò)渡到操作溫度 600 ℃左右, 溫升較快、 溫差跨度較大。
(3) 長(cháng)期運行使得液氮洗系統尾氣換熱器存在泄漏, 尤其是在溫度較低的時(shí)候液氮洗尾氣管線(xiàn)內存在滴水的現象 (尾氣與水共存), 從運行狀態(tài) (高溫狀態(tài)) 停下來(lái)時(shí), 較干燥的電動(dòng)閥填料容易吸附水, 甚至停用時(shí)填料處漏水。
(4) 電動(dòng)閥 (MV11001A/ B、 MV11002A/ B、MV11003A/ B) 電動(dòng)執行機構設計、 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(dòng)頭。
 
1. 3 解決方案
(1) 方案一。 6 臺電動(dòng)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(dòng)控制, 并適當延長(cháng)執行機構與閥體的距離, 連接部分增設散熱片以隔絕管道高溫傳導, 避免缸體密封圈等執行機構附件損壞。 本方案需整體更換閥門(mén), 投資較大, 預算投資約 200 萬(wàn)元。
(2) 方案二。 原有電動(dòng)頭閥體改為分體式電動(dòng)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(shí)保護電動(dòng)頭不受高溫損壞。 本方案預算投資約 15 萬(wàn)元。
(3) 方案三。 尋找可以替代膨脹石墨盤(pán)根填料 [石墨盤(pán)根由各種增強纖維、 金屬絲 (鋼絲、 銅絲、 鎳絲、 碳纖維、 預氧絲、 玻璃紗)等增強的石墨線(xiàn)為原料精工編織而成, 使用溫度范圍 - 100 ~ 800 ℃ , 線(xiàn)速度 0 ~ 15 m / s, 在線(xiàn)使用壓 力 旋 轉 泵 20 MPa / 往 復 泵 10 MPa / 閥 門(mén)40 MPa, pH 0 ~ 14] 的填料。 本方案可操作性較強, 預算投資約 0. 5 萬(wàn)元。
(4) 方案四。 解決原料煤供應問(wèn)題, 提高原料煤供應的穩定性, 但該措施不可控因素較多, 可操作性不太強, 需采購人員多方協(xié)調; 檢修、 修復泄漏的換熱器, 預算投資約 10 萬(wàn)元。
 
綜合考量并根據現場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況, 云南天安選擇了方案三, 即解決填料碳化問(wèn)題———選擇陶瓷纖維盤(pán)根 (陶瓷纖維盤(pán)根由高品質(zhì)陶瓷纖維編織而成, 使用溫度范圍 - 140 ~ 1 260 ℃ , 線(xiàn)速度 12 m / s, 使用壓力 3 ~ 10 MPa, pH 3 ~ 14)替代原膨脹石墨盤(pán)根填料。 2021 年 3 月大修期間, 液氮洗尾氣至氣化裝置磨煤?jiǎn)卧_(kāi)關(guān)閥( MV11001A/ B、 MV11002A/ B、 MV11003A/ B )更換為陶瓷纖維盤(pán)根, 系統重啟后至今 6 臺開(kāi)關(guān)閥再未發(fā)生過(guò)填料泄漏。
 
2、排渣罐液位計變送器取壓口堵塞
2. 1 問(wèn)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(lái)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(lái)的廢水 (澄清液), 一部分為維持循環(huán)水緩沖罐 (T3302) 液位而補充的新 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) 的補充水及廢水處理單元 (U1700) 的沖洗水。 由于現階段云南天安氣化爐燒煙煤 (原設計采用褐煤), 氣化廢水(流量 65. 0 m3/ h) 水質(zhì)較差 (典型水質(zhì)分析數據為 pH 8. 3、 電導率 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 月就曾出現過(guò)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, 供機泵機械密封使用, 不含雜質(zhì), 用其替代 14LT0007A/ B 原正端反吹沖洗水, 可解決 14LT0007A/ B 變送器取壓口結垢堵塞問(wèn)題。14LT0007A/ B 正端反吹沖洗水采用工藝水緩沖槽 (T3301) 供應的水。 T3301 內一部分水經(jīng)過(guò)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 (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(xiàn)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(shí)際用量” 不會(huì )增加, 不影響其作為機封水及工藝生產(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(lái)的溫度為 50 ℃ 、 實(shí)際壓力為6. 06 MPa 的高壓工藝水, 大于 V1403 的實(shí)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, 再未出現過(guò)排渣罐液位計變送器取壓口堵塞問(wèn)題。
 
3 煤氣化倉泵平衡閥卡澀
3. 1 問(wèn)題描述
送倉泵是一種充氣罐式氣力輸送設備, 用于壓工式氣力輸送系統中, 可實(shí)現遠距離輸送粉料;充作時(shí)以壓縮空氣為動(dòng)力, 泵體內的粉狀物料與助入的壓縮空氣形成類(lèi)流體狀的氣固混合物, 借輸泵體內外的壓差實(shí)現混合物的流動(dòng), 經(jīng)輸料管壓送至儲料設備。 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備壓差平衡, 從而將 V1508中的灰順利通過(guò)下料閥送至倉泵輸送至原料灰庫。 此平衡閥大約 8 min 動(dòng)作 1 次, 當后續系統有故障需停止輸灰時(shí), 由于伴熱效果有限、 灰里水分增加, 灰在設備內停留時(shí)間越長(cháng), 結塊就越嚴重, 其后在輸灰過(guò)程中由于 “灰顆粒” 增大易造成平衡閥卡澀———2023 年 1 月就曾出現倉泵平衡閥卡澀, 導致其開(kāi)關(guān)位置反饋不準, PLC運行程序因反饋未回, 停用 PLC 系統 ( PLC 系統收不到反饋信號, 程序就認為閥門(mén)是不動(dòng)作的, 不平衡狀態(tài)下是不允許下料輸灰的, 因為若下面設備壓力高, 會(huì )出現一種 “ 浮騰” 現象,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(pán)” 改為 “單閥單盤(pán)”, 保留連接軸的彈簧, 保證平衡閥開(kāi)關(guān)時(shí)的清潔度、 自潔功能; ② 開(kāi)關(guān)位置反饋類(lèi)型由磁感應式改為接近開(kāi)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(kāi)關(guān)過(guò)程中整個(gè)閥腔處于 “擾動(dòng)環(huán)境” 下, 閥腔附件上的 “灰顆粒” 通過(guò)吹掃不會(huì )附著(zhù)在閥門(mén)開(kāi)關(guān)運行軌跡范圍內; ④ 吹掃氮氣取壓口開(kāi)孔設在一次氮氣充壓閥 (針形閥) 后, 保證平衡閥在一次氮氣充壓閥動(dòng)作時(shí)才進(jìn)行吹掃, 需注意一次氮氣充壓閥(針形閥) 開(kāi)度不宜過(guò)大 (1 / 3 開(kāi)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(shí)后, 再未出現過(guò)煤氣化倉泵平衡閥卡澀問(wèn)題。
 
4、結束語(yǔ)
通過(guò)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(gè)儀表閥門(mén)方面的問(wèn)題, 但還有一些潛在因素影響著(zhù)裝置的穩定運行。 現場(chǎng)儀表閥門(mén)出現問(wèn)題時(shí), shou先需結合現場(chǎng)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(shí), 合理設計、 優(yōu)選測量方案、 應用新產(chǎn)品等可明顯提升儀表的測量精度———隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 尤其是新產(chǎn)品的問(wèn)世, 有些儀表方面的 “瓶頸” 問(wèn)題將逐步解決。 總之, 儀表運行良好、 指示精準是化工裝置穩定運行的基礎條件之一, 儀表管理方面竭盡所能、 夯實(shí)基礎, 方可助力裝置的安、 穩、 長(cháng)、滿(mǎn)、 優(yōu)運行。
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