楊 奎,尹 興

(貴州黔希化工有限責任公司, 貴州畢節(jié) 551500)

氧氣是煤氣化裝置關鍵反應物之一,它與煤、水蒸氣發(fā)生作用,生成由CO、H2、CO2、H2S等組成的合成氣。粉煤氣化過程中,質(zhì)量分數(shù)大于99.6%、設計壓力為5.00 MPa、溫度為35 ℃、體積流量為17 500 m3/h的氧氣進入燒嘴后,此時條件下的氧氣(4.17 MPa、203 ℃)非常危險。當氧氣系統(tǒng)或氣化爐內(nèi)有異常情況時,需要迅速切斷氧氣開關閥,防止過多氧氣進入爐內(nèi);同時,也防止高壓的合成氣或煤粉返串到氧氣通道內(nèi),防止燃燒和爆炸情況發(fā)生[1]。因此,氧氣系統(tǒng)上的閥門具有非常關鍵的作用,要求在極短的時間內(nèi)能被切斷,隔離系統(tǒng)與氣化爐。在正常安全生產(chǎn)過程中,操作人員不能操作氧氣系統(tǒng)中的兩位切斷閥(17XV-X001、17XV-X002、17XV-X004、17XV-X005、17XV-X006、17XV-X018、17XV-X120),一旦開關兩位切斷閥將觸發(fā)停車。操作人員只能通過調(diào)節(jié)高壓氧氣流量調(diào)節(jié)閥(17FV-X103)來滿足工藝要求,在緊急情況下開關氧氣流量調(diào)節(jié)閥開度來維持系統(tǒng)安穩(wěn)運行。

1 高壓氧氣波動的原因

(1) 17FV-X103的定位器可能存在問題,導致閥門開關振蕩或滯后,高壓氧氣流量發(fā)生波動。

(2) 高壓氧氣壓力突增突降導致氧氣流量突增突降。比如,空分至氣化主氧路有泄漏點、高壓氧氣調(diào)節(jié)放空閥突開突關,以及儀表失真?zhèn)浔脝印⒀豕芊趴臻y內(nèi)漏、一臺氣化爐運行另一臺突然停車。

(3) 氣化爐壓力突漲(氣、水路不暢有堵塞)或突降(水、氣路泄漏,外送閥突然關放空閥開),導致高壓氧氣流量波動。

(4) 高壓氧氣在進入氣化爐反應前經(jīng)高溫高壓鍋爐水換熱至203 ℃,通過溫壓補償調(diào)節(jié)系統(tǒng)確保入爐高壓氧氣溫度、流量的穩(wěn)定。高壓氧氣溫壓補償系統(tǒng)的失靈或人為誤操作,必將引起高壓氧氣參數(shù)的變化[2-3]。

2 高壓氧氣波動對氣化爐的危害風險

(1) 高壓氧氣壓力速降速升,易造成爐內(nèi)欠氧或過氧,同時,操作人員急忙調(diào)整氧氣調(diào)節(jié)閥的開度,更易造成系統(tǒng)波動觸發(fā)氣化爐停車或爆燃過氧爆炸風險。

(2) 高壓氧氣壓力波動過程,易引起系統(tǒng)壓力跟隨速變,導致爐壁掛渣脫落,可能發(fā)生超溫、汽包補水困難、燒壞內(nèi)件、內(nèi)件變形脫落、堵渣、帶水等情況。

(3) 在高壓氧氣波動過程中,崗位操作人員不清楚下一步會如何變化,不能有效采取相應的處理措施。高壓氧氣的波動給氣化裝置安穩(wěn)運行增大了不確定性的管控風險。

(4) 上游工序?qū)е赂邏貉鯕獠▌?若調(diào)度未及時通知崗位操作人員做好應對措施,崗位知悉晚且因被動調(diào)整,易出現(xiàn)誤判誤調(diào)整,給裝置帶來更大風險,可能造成更大的安全事故。

(5) 在此工況下系統(tǒng)水平衡、熱平衡被破壞,系統(tǒng)更易局部超溫、帶水、觸發(fā)聯(lián)鎖停車,甚至將大量的水帶入變換系統(tǒng)損壞觸媒。若切放火炬可能瞬間超過火炬設計處理能力,使火炬系統(tǒng)位移或下火雨,引起安全環(huán)保等事故。

3 高壓氧氣波動的對策

(1) 當氧氣系統(tǒng)部分檢測儀表失真時,操作人員盲操誤調(diào)將引起工況大幅度波動,甚至可能往相反的方向調(diào)控,必將引起爐況波動或渣口堵渣過氧超溫等現(xiàn)象。此時應翻氧氣系統(tǒng)的單張DCS畫面或換臺電腦確認,同時關注氣化爐參數(shù)變化,包括渣口壓差、合成氣出口溫度、盤管密度、汽包產(chǎn)蒸汽量、有效氣組分等,并進一步確認后再調(diào)整;否則,按減氧處理[4-5]。

(2) 當煤質(zhì)突變引起有效氣量大增大減時,操作人員大量加煤加氧或減煤減氧,必將引起爐況波動或渣口堵渣過氧超溫等現(xiàn)象,應嚴格遵守氣化爐負荷少量多次緩慢加減原則。當氣化爐壓力控制(17PT-X068)小于4.05 MPa,高壓氧氣體積流量(17FT-X103AB)小于18 500 m3/h,合成氣出口溫度(17TT-X011)小于220 ℃(3選2)時,密切關注氣化爐有效氣組分、渣口壓差、盤管密度等參數(shù),應告知調(diào)度氣化爐負荷不能再提。

(3) 爐況安穩(wěn)情況下,高壓氧氣流量調(diào)節(jié)閥靈敏度精確度不高,小范圍開關不動作,開到一定閥位后調(diào)節(jié)閥突然全開,氧氣流量增加許多,可能會過氧超溫損壞設備。調(diào)整氧氣流量調(diào)節(jié)閥時,每次小鍵加減0.1%閥位并停留一會兒再開0.1%閥位,不能急于求成,更不能大鍵加減1%閥位[6]。

(4) 正常工況下,高壓氧氣壓力穩(wěn)定在5.00～5.02 MPa。若高壓氧氣壓力振蕩,氧氣流量突增突降,氧氣壓力緩慢升降時,維持穩(wěn)定的氧量或氧煤比。隨氧氣壓力升降,對17FV-X103進行0.1%閥位的加減;若氧氣壓力突增,氧氣體積流量每上漲500 m3/h,對17FV-X103減少1%閥位;若氧氣流量繼續(xù)上漲,再減1%閥位直到維持生產(chǎn)穩(wěn)定負荷時的高壓氧氣流量;若氧氣壓力突降,不能忙于及時調(diào)整而是查看氧氣系統(tǒng)參數(shù)是否正常,在無異常情況下可以緩慢加0.1%閥位,直到恢復負荷維持氧煤比的穩(wěn)定;否則,需排查清楚原因再對高壓氧氣進行調(diào)整[7]。

(5) 在正常生產(chǎn)過程中,17PT-X068為3.95～4.02 MPa(3選2)振蕩導致氧氣流量突增突降,這時應根據(jù)氣化爐壓力變化對氧氣流量進行微調(diào)整來維持氧煤比的穩(wěn)定。不能急著對氧量煤量猛加猛減,這樣操作爐況更不穩(wěn)定,更易超溫、過氧或低溫,應立即核對排查氣化爐系統(tǒng)參數(shù)是否異常并及時消除引起氧量猛增猛降的隱患。第一時間未查找到原因時,應防止氣化爐超溫、過氧,應大鍵減氧以降低氣化爐負荷。經(jīng)處理氣化爐系統(tǒng)還不穩(wěn)定,則將合成氣切至火炬放空;否則,氣化爐停車[8]。

(6) 正常安全生產(chǎn)過程中,當單條煤線瞬間斷煤時,氧煤比大于1.20,聯(lián)鎖保護立即觸動,氧閥門自動減3%閥位;氧煤比大于1.38,將3條煤線角閥瞬間開至100%。當氧氣體積流量大于18 800 m3/h時,將氧氣流量調(diào)節(jié)閥自動減2個閥位,否則將觸發(fā)氧氣流量聯(lián)鎖。若煤線不能及時處理,操作人員應手動調(diào)整其余兩條正常煤線角閥和氧氣調(diào)節(jié)閥,控制氧煤比至正常范圍(比斷煤前氧煤比低0.10～0.05)。聯(lián)系部門領導或技術(shù)管理人員處理,避免爐子處于長期高溫或低溫操作。當2～3條煤線幾乎同時出現(xiàn)煤量波動或降低時,應考慮粉煤給料罐缺煤,第一時間下煤,接著快速泄壓、快速充壓后再次下料,否則氣化爐應及時降負荷大鍵減氧,快速跟隨氧煤比調(diào)整氧氣調(diào)節(jié)閥閥位。當氧氣流量降至6 000 m3/h,煤線無法及時恢復正常,氣化爐停車處理。

(7) 當某臺高壓氧氣調(diào)節(jié)閥有問題時,應盡量保持負荷的穩(wěn)定,避免調(diào)整引起波動。若高壓氧氣調(diào)節(jié)閥發(fā)生波動時,氧氣流量及調(diào)節(jié)閥閥后氧氣壓力存在明顯變化,此時,需重點關注氧氣流量、氧煤比,以及爐況(爐溫、盤管密度、合成氣出口溫度、合成氣組分及有效氣量)變化情況。若在短時間內(nèi)未得到恢復,需結(jié)合氣化爐爐況及時人工干預,應根據(jù)氧流量從開始下降到上升所需時長、從峰值恢復至之前的流量所需時長、波谷值到波峰值最大波動量等規(guī)律,調(diào)節(jié)高壓氧氣閥位上下限位。在高壓氧氣調(diào)節(jié)閥完全失控的情況下,氧氣流量不可控、氣化爐超溫(盤管密度<500 mg/m3、合成氣出口溫度>230 ℃、氧煤比>1.20等條件異常)時,立即按下正常停車按鈕或緊急停車按鈕。

4 引起高壓波動的預防措施

(1) 設計期間,嚴格按最高標準規(guī)范設計,盡量少設彎頭和分岔頭,減少其可能存在的風險,從本質(zhì)上將風險降至最低。

(2) 建設期間,應根據(jù)設計溫度、壓力、流速標準選防腐蝕、防火、防銹材料和施工工藝,嚴格把控焊接100%檢測合格和強度嚴密性試驗。氧管經(jīng)吹掃脫脂清洗后,需確保管內(nèi)清潔度及光滑度,避免管道內(nèi)有油質(zhì)、焊渣、毛刺及其它雜物,在使用過程中引發(fā)危險。

(3) 安裝計量或檢測儀表時,應考慮安全性、準確性、靈敏性及防火防爆要求,關鍵參數(shù)設入安全儀表系統(tǒng)(SIS),出現(xiàn)異常時能第一時間識別并做出相應的動作,確保裝置安全。

(4) 定期維護檢查氧管系統(tǒng),禁止非調(diào)節(jié)閥作調(diào)節(jié)使用,嚴格執(zhí)行氧氣系統(tǒng)投用前閥門確認單,避免手動調(diào)節(jié)造成對閥的沖擊,以及急速的操作引起事故。

(5) 操作人員要熟悉氧氣系統(tǒng)的設備知識和危險性,并熟練掌握異常情況下的處置措施。

(6) 在高壓氧氣系統(tǒng)投用前,對相應的閥、儀表進行多次調(diào)試或測試,確保投用時開關動作靈敏,檢測數(shù)據(jù)精準,聯(lián)鎖動作準時。

5 結(jié)語

煤氣化高壓氧氣為氧化劑,高壓氧氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定對氣化裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)起決定性的作用,也是正常安全生產(chǎn)中關鍵控制指標和操作頻次相對多的點。針對裝置出現(xiàn)的問題,提出有效的管控措施,確保氣化裝置運行安全;當出現(xiàn)異常波動時,能及時判斷并采取措施,保持氣化裝置安全穩(wěn)定運行狀態(tài)。