壳牌气化炉进水原因分析

河南煤化集团中原大化有限责任公司的500 kt/a甲醇装置气化部分采用壳牌煤气化技术，设计日消耗原煤2400 t，配套制氧量52000 m3/h的空分装置。项目始建于2003年，2008年5月全系统一次投料成功，2008年9月10日氧气预热器发生内漏，造成气化炉进水，系统被迫停车检修长达10 d，2009年8月2日，3#煤烧嘴的马弗炉又发生多点泄露，停车检修更长达20d。为避免类似事故的再次发生，特对壳牌气化炉可能的进水来源、进水原因及造成的影响进行分析

一、壳牌煤气化工艺简介

壳牌煤气化采用悬浮夹带流化床技术。空分装置送过来约5 ℃的氧气用氧气预热器加热至180 ℃，为提高粗合成气中有效气体含量以及改善渣的形态，再往氧气中添加少量微过热的中压蒸汽，然后从煤粉加压单元用氮气输送过来的煤粉一起送入气化室内对置的煤烧嘴内，发生剧烈的气化反应，生成粗合成气。粗合成气经过激冷段、气体输送段、合成气冷却器被冷却为330 ℃左右后，在干洗单元被24组陶瓷滤棒净化，大部分飞灰被过滤下，粗合成气中的固体含量降至20 mg/m3进入湿洗单元，洗去粗合成气中的飞灰与卤素，并进一步冷却合成气温度至180 ℃左右，送入甲醇装置。

二、气化炉进水原因分析及影响

1.气化室进水

气化室进水可能来源于3处：氧气预热器内漏，煤烧嘴尖端破损造成的调和水内漏，马弗炉或气化室膜式壁爆管。 氧气预热器内漏和煤烧嘴尖端破损造成的调和水内漏都有一个过程，刚开始可能只漏一点，慢慢变大。如果是氧气预热器内漏，壳侧的水汽混合物的压力高达56Bar，氧气温度46Bar，水漏进氧气里，因为漏尽氧气预热器的水很少，所以水的分压远低于其饱和压力，根据拉乌尔定律，水会汽化成蒸气。而氧流量的流量计安装在氧气预热器后，所以测得得氧流量包括一部分水蒸气，实际氧流量比测得的值低，如果氧煤比低，气化温度低，这是排渣系统排出极潮湿的粉状渣，我们就会往上调氧煤比。气化炉的负荷是以氧流量为准，同等氧负荷下，氧煤比比设计值高；而气化温度高达1350～1450 ℃，气化反应速率是温度的函数，并且副反应CO + H2O CO2 + H2是吸热反应，高温会促使上述反应迅速的向右进行。漏进气化室的少量水有可能都参加了反应。所以湿洗单元的出口有合成气组分分析会显示H2含量上升，CO含量降低，H2/CO上升，CO2含量比设计值高。最后合成气组分稳定在新的平衡状态，但随着泄漏量的增大，渣的形态会产生变化，渣变成有规则的块状渣，使除渣单元工况恶化，破渣机开始出现压力高、排渣单元架桥等现象，又因为合成气的饱和度一定，湿洗单元降低合成气的温度主要靠水蒸发的相变热，氧气预热器内漏，造成合成气中已经有一定的过热蒸汽，而合成气的饱和度已定，湿洗单元的出口温度增加，后系统甲醇的变换无法控制。如果是煤烧嘴尖端破损，刚开始微量的水直接漏进气化室汽化，所以现象和上面的一样。但是泄露量变大，调和水回水流量就会LL报警引起气化炉跳车，不会发展到改变渣的形态。

判断气化室进水来源的方法是：如果气化负荷比空分送过来的氧气流量大，说明氧气预热器发生了内漏，其原因可能是设备制造有缺陷，以及氧气预热器冲压旁路的限流孔板设计错误，或开车时不适当的引氧造成氧气预热器压差高，以及热应力的作用；其改进措施为调整开车时引氧程序，让空分先建立5Bar的氧压进行置换，等冲压平衡后，然后缓慢提高到46Bar。如果是调和水的回水流量出现低报警，则可能是煤烧嘴尖端破损造成了调和水内漏，其原因可能是在开停车过程中气化炉内的NH4Cl·nH2O产生腐蚀以及高温硫化腐蚀，主要是H2S腐蚀，使煤烧嘴尖端强度下降而破损；如果气化室突然进入大量的水、汽混合物，系统压力突然上升后又下降，激冷气量突然降低后又恢复正常，粗合成气量突然增大后又下降，系统温度下降，第一个测温点温度剧烈波动，除渣系统不稳定，出现大块渣和架桥以及湿洗单元的出口温度上升以及水气比失调，甲醇调节难度增加。则是马弗炉或气化室膜式壁泄露，马弗炉泄露的情况主要是两个，一个是眼状腐蚀，这个原因未明，另外是片状的，这主要是马弗炉局部超温，一般有眼状的漏点就一定有片状的漏点

2.激冷段或输送段爆管

造成激冷段或输送段爆管的原因可能有：夹带固体颗粒合成气的长期、高速冲刷；粘性飞灰造成结垢，使激冷段或输送段受热不均以及热应力作用；分配环强制循环水分配不均匀；拉蒙配管堵塞等。如果是激冷段或输送段爆管，大量的水、汽混合物将进入气化炉，使系统压力突然升高，激冷气流量突然变低，严重时可能造成激冷气压缩机喘振，系统温度下降，激冷段和输送段的上水流量高报警。激冷段和输送段上水有拉蒙喷射器，也就是限流孔板，其作用就是各个管子的入口离上水处远近不一样，水压也就不一样大，离得远的地方压降下降多一点，不能保证每根管子上水一样，离上水近的地方，限流孔板的管径小点，远的地方限流孔板的管径大点，保证每根管子的水流量已样大。所以虽然某根管子爆管后，它入口的限流孔板限制着太多水从这根管流出去，在激冷短和输送段水汽混合物的出口设有密度计，密度计可能会略微上升。但是激冷短和输送段的流通量变大，以及水汽混合物的压力55Bar，会造成合成气流通阻力的增加，最终激冷短和输送段的两端的压差增加；水汽和合成气一起到达干洗单元，飞灰吸湿后变粘，干洗单元的负荷增加，陶瓷滤棒两端的压差会增加，但是这里的温度也有721～900℃，水基本上都汽化了，所以我觉得干洗单元应该还处于能忍受的状态

3.蒸汽过热器漏

中压蒸汽过热器设计为不锈钢材质，设计压力5.05 MPa，设计温度400 ℃；合成气设计压力3.8 MPa，设计温度721 ℃。中压蒸汽过热器损坏的主要原因是开停车阶段（温度低于200 ℃）Cl-对不锈钢腐蚀造成。因为Cl-对不锈钢的腐蚀是刀状，会腐蚀成一道道凹痕，这里管子强度会变低，可能会使管子突然掉下一块，漏量刚开始就可能很大。

4.合成气冷却器爆管

合成气冷却器的管程是水、汽混合物，而合成气中压蒸汽过热器出口的温度合成气温度只有680 ℃左右，温差较小。爆管后大量水进入合成气，会造成出口测温点以及出口壁温测温点下降，特别是出口壁温测温点，在合成气管线的最低点，有可能有水冷凝下来，此处的温度接近水汽混合物的饱和温度，如果打开其旁边倒淋，有水流出。其原因有可能是夹带飞灰的合成气长时间的冲刷、合成器冷却器结垢，造成受热不均匀产生的热应力的影响，以及敲击器故障等。又因为合成气中有少量飞灰，飞灰中含有氧化钙和氧化铝，氧化钙和氧化铝具有吸水性，吸水后流动性变差，导致合成气流动阻力增加，合成气冷却器压差增大；同时，在干洗单元陶瓷滤棒过滤下的飞灰也因流动性变差导致反吹效果不好，滤棒的压差会增加，如果超过H报值会引起全系统停车，如果在此过程中某一组滤棒反吹长时间得不到改善，有可能使超高压反吹氮气吹段这组滤棒，导致干洗单元出口的灰尘含量测量点H报警，进而殃及邻近组滤棒，使事故扩大化

三、结束语

造成气化炉进水的原因是多方面的，对装置造成的影响也会随着进水量的增大而不断恶化。生产中要加强各环节的控制，尤其要加强干洗单元陶瓷滤棒的保护，根据兄弟厂的经验，陶瓷滤棒损坏最短也要停车半年左右，这对企业造成的损失是很大的。因此，需对气化炉进水原因了然于心，生产中做到精心操作、加强巡检，以便早发现、早停车、早检修，防止事故扩大化。