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［摘要］Ｓｈｅｌｌ粉煤氣化裝置生產／控制自動化程度高、連續生產性較強，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５００ｋｔ／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動作不到位及反饋指示不準等儀表閥門故障率較高的一些問題，進行原因分析與探討，采取一系列的優化技改后，解決了近年故障頻發的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）５００ｋｔ／ａ合成氨項目于２００７年底建成投產，其氣化裝置采用當時shijie上#先金、 #復雜的Ｓｈｅｌｌ粉煤氣化技術（１臺Ｓｈｅｌｌ氣化爐）。Ｓｈｅｌｌ粉煤氣化裝置生產／控制自動化程度高、連續生產性較強，儀表使用種類覆蓋面廣是整個系統的一大特點，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動作不到位及反饋指示不準等進行分析與探討。

１、液氮洗尾氣至氣化磨煤單元開關閥填料泄漏

１. １問題描述

云南天安低熱值液氮洗（系統）尾氣高效利用工業化裝置，是將合成氨裝置液氮洗系統的尾氣預熱后，通過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＜２００ｍｇ／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———原設計磨煤單元煤粉干燥采用熱風爐熱煙氣（熱風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，正常生產時催化燃燒爐尾氣即可滿足生產所需，只有在液氮洗系統剛開車、低負荷或故障情況下才會啟用熱風爐（輔助干燥煤粉），液氮洗系統低負荷運行時熱風爐操作控制困難，甚至出現熱風爐熄火的情況，燃氣聚集在熱風爐爐膛內存在爆炸風險，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），不能滿足實際生產所需，液氮洗尾氣至氣化裝置磨煤單元開關閥（ＭＶ１１００１Ａ／Ｂ、ＭＶ１１００２Ａ／Ｂ、ＭＶ１１００３Ａ／Ｂ，分別對應Ａ線、Ｂ線、Ｃ線，每組閥門Ａ／Ｂ串聯，Ａ閥屬電動開關型、Ｂ閥屬電動調節型；ＭＶ１１００３Ａ／Ｂ對應Ｃ線，為后來單好設計的）填料經常工作在超溫條件下，造成石墨盤根碳化，２０２０年６月維修過程中還發現Ａ線開關閥填料缺失造成介質泄漏而損壞電動頭。

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（掛網規范采購），供應批次不同，原料煤煤質也不同，同批次原料煤庫存不充分，需經常調整磨煤線運行狀態，開關閥工況經常從冷態持續過渡到操作溫度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存在滴水的現象（尾氣與水共存），從運行狀態（高溫狀態）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）電動執行機構設計、安裝不合理，一旦填料發生泄漏，高溫介質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，更換為耐高溫材質的閥體，控制方式改為氣動控制，并適當延長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，投資較大，預算投資約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、電路控制板工作環境溫度，保障其使用壽命，在填料泄漏時保護電動頭不受高溫損壞。本方案預算投資約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）等增強的石墨線為原料精工編織而成，使用溫度范圍－１００～８００ ℃ ，線速度０～１５ｍ／ｓ，在線使用壓力旋轉泵２０ＭＰａ／往復泵１０ＭＰａ／閥門４０ＭＰａ，ｐＨ０～１４］的填料。本方案可操作性較強，預算投資約０. ５萬元。

（４）方案四。解決原料煤供應問題，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，需采購人員多方協調；檢修、修復泄漏的換熱器，預算投資約１０萬元。

綜合考量并根據現場實際生產情況，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陶瓷纖維編織而成，使用溫度范圍－１４０～１２６０ ℃ ，線速度１２ｍ／ｓ，使用壓力３～１０ＭＰａ，ｐＨ３～１４）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閥（ＭＶ１１００１Ａ／Ｂ、ＭＶ１１００２Ａ／Ｂ、ＭＶ１１００３Ａ／Ｂ）更換為陶瓷纖維盤根，系統重啟后至今６臺開關閥再未發生過填料泄漏。

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———由高壓循環水泵（Ｐ３３０５Ａ／Ｂ）將循環水緩沖槽（Ｔ３３０２）來水提壓至５. ７１ＭＰａ（壓力變送器３３ＰＴ３３０５）。循環水緩沖槽（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），一部分為維持循環水緩沖罐（Ｔ３３０２）液位而補充的新鮮水，還有一部分為低壓循環水泵（Ｐ３３０６Ａ／Ｂ）加壓至１. ２２ＭＰａ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. ０ｍ３／ｈ）水質較差（典型水質分析數據為ｐＨ８. ３、電導率３８２０. ０ μＳ／ｃｍ、濁度６７. ５ＮＴＵ、懸浮物７９. ０ｍｇ／Ｌ、鈣硬度２６９. ０ｍｇ／Ｌ、總硬度３１１. ０ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ４０１. ０ｍｇ／Ｌ、總磷０. ２ｍｇ／Ｌ、氨氮４３８. ０ｍｇ／Ｌ、ＴＤＳ６９７. ０ｍｇ／Ｌ、總鐵１１. ７ｍｇ／Ｌ、總堿度８９. ９ｍｇ／Ｌ、氟化物５２. ２ｍｇ／Ｌ、ＳＯ２４－１５３. ０ｍｇ／Ｌ、ＰＯ３４－０. ６ｍｇ／Ｌ、ＮＯ３－３８５. ０ｍｇ／Ｌ、ＮＯ－２１７８. ０ｍｇ／Ｌ、ＳｉＯ２３３. ６ｍｇ／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. ３５ＭＰａ、ｐＨ６. ５～８. ５、濁度≤５ＦＴＵ、總硬度２～５ｍｇ／Ｌ、總堿度２～５ｍｇ／Ｌ、總鐵０. ５ｍｇ／Ｌ、Ａｌ３＋０. ５ｍｇ／Ｌ，此高壓工藝水水質好，供機泵機械密封使用，不含雜質，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３０ｍ３／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５ｍ３／ｈ），高壓工藝水 “實際用量” 不會增加，不影響其作為機封水及工藝生產使用。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. ０６ＭＰａ的高壓工藝水，大于Ｖ１４０３的實際工作壓力（１４ＰＴ００１２）４. ２７ＭＰａ，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備，用于壓工式氣力輸送系統中，可實現遠距離輸送粉料；充作時以壓縮空氣為動力，泵體內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，借輸泵體內外的壓差實現混合物的流動，經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中的灰順利通過下料閥送至倉泵輸送至原料灰庫。此平衡閥大約８ｍｉｎ動作１次，當后續系統有故障需停止輸灰時，由于伴熱效果有限、灰里水分增加，灰在設備內停留時間越長，結塊就越嚴重，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月就曾出現倉泵平衡閥卡澀，導致其開關位置反饋不準，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，程序就認為閥門是不動作的，不平衡狀態下是不允許下料輸灰的，因為若下面設備壓力高，會出現一種 “ 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” 改為 “單閥單盤”，保留連接軸的彈簧，保證平衡閥開關時的清潔度、自潔功能； ② 開關位置反饋類型由磁感應式改為接近開關式； ③ 倉泵平衡閥排污口加裝吹掃氮氣，保證平衡閥在開關過程中整個閥腔處于 “擾動環境” 下，閥腔附件上的 “灰顆粒” 通過吹掃不會附著在閥門開關運行軌跡范圍內； ④ 吹掃氮氣取壓口開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作時才進行吹掃，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，再未出現過煤氣化倉泵平衡閥卡澀問題。

４、結束語

通過一系列的優化技改，云南天安解決了Ｓｈｅｌｌ粉煤氣化裝置近年故障頻發的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定運行。現場儀表閥門出現問題時， shou先需結合現場生產工藝、介質使用條件深入分析與研究，找到故障的根源。同時，合理設計、優選測量方案、應用新產品等可明顯提升儀表的測量精度———隨著科學技術的不斷發展，尤其是新產品的問世，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、夯實基礎，方可助力裝置的安、穩、長、滿、優運行。