乙二醇生产气化灰水系统结垢原因及对策分析

贺竹林，张庆，李自恩，曹博，尹从从

（陕煤集团榆林化学有限责任公司，陕西榆林 719000）

榆林化学有限责任公司180万t/年乙二醇工程项目建于陕西榆林榆神工业园区清水煤化学工业园内。本项目以产自陕北区域榆林地区小保当1、2号煤矿和曹家滩煤矿的煤为原料，同时可接收粉煤热解装置产生的粉焦和细煤粉，采用粉煤气化技术制取粗合成气，粗合成气经变换和净化后，再经H2/CO深冷分离，将合格CO、H2产品送往DMO装置和乙二醇装置，最终产品为乙二醇。

1 闪蒸系统流程

闪蒸系统采用三级闪蒸的方式，共用黑水沉降和压滤系统。黑水闪蒸系统用来回收气化炉、旋风分离器及洗涤塔排放的黑水中所含的热量。来自气化炉激冷室、旋风分离器及洗涤塔底部的黑水分别经过减压送入高压闪蒸塔下部，减压后的黑水在高压闪蒸塔蒸发室内发生闪蒸，水蒸气及部分溶解在黑水中的酸性气体CO2、H2S等被迅速闪蒸出来。通过上升管进入高压闪蒸塔上部热水室，与除氧水泵送来的除氧水及变换低温冷凝液直接接触，除氧水被加热，闪蒸气大部分被冷凝。热水室被加热的除氧水进入高温热水罐经高温热水泵加压后送入洗涤塔中部及气化炉下降管喷水环处。热水室未冷凝的闪蒸气体进入酸性气冷却器，酸性气体被冷凝后经酸性气分离器进行气液分离，酸性气体排放至锅炉（开车时去酸性气火炬），冷凝液（送入灰水槽）。高压闪蒸后的黑水通过高压闪蒸塔液位调节阀送入低压闪蒸罐，闪蒸产生的蒸汽送入除氧器，用于循环灰水和系统补水的加热除氧。闪蒸后的黑水通过液位调节阀送入真空闪蒸罐，进一步闪蒸。来自渣池的水送入真空闪蒸罐，在真空闪蒸罐内进行真空闪蒸，大量溶解的气体释放出来，黑水进一步浓缩，含固量增大，温度进一步降低。闪蒸后的气体进入真空闪蒸冷凝器，经循环水换热冷凝后，再送往真空闪蒸分离器，从分离器顶部出来的闪蒸汽送往真空泵，真空闪蒸分离器底部冷凝液依靠重力送往灰水槽。真空闪蒸罐底部再次浓缩的黑水依靠重力自流入沉降槽。为了加速固体颗粒在沉降槽中的沉降速度，在系统中加入了絮凝剂。沉降槽底部进一步浓缩沉降后的黑水经沉降槽底流泵送入板框过滤机处理。沉降槽上部澄清的灰水溢流至灰水槽。灰水经低压灰水泵加压后送至各用户点。流程图如图1所示。

图1 闪蒸系统流程图

2 运行中存在的问题

2.1 高压闪蒸塔热水室塔盘结垢

气化系统排出的黑水经减压阀后进入高压闪蒸塔，经减压后的黑水压力迅速降低，固体颗粒及不溶性盐类随同闪蒸汽进入高压闪蒸塔的热水室与除氧水进行直接换热，固体颗粒及不溶性盐类就慢慢形成较厚的垢层吸附在塔盘上，造成塔盘堵塞。

2.2 黑水管线堵塞、磨损

闪蒸系统罐内和管道内壁结有大量垢层，在开停车过程中，由于垢层和设备对温度的敏感特性不一样，极易脱落堆积在罐子的底部，堵塞罐的出口和管道。同时由于气化排出的黑水含固量较高，压降较大，水的流速过快，因此加速了管道及设备的磨损[1]。

3 闪蒸系统结垢、堵塞的原因分析

闪蒸系统是气化装置重要的组成部分，主要作用是回收热量和浓缩黑水。气化系统排出的黑水经减压阀后依次进入高压闪蒸塔、低压闪蒸罐和真空闪蒸罐。气化系统排至高压闪蒸塔处的黑水本身悬浮物含量高，一般情况下固体颗粒浓度在3 000～4 000 mg/L，经减压后黑水压力迅速降低，固体颗粒及不溶性盐类吸附在设备及管道内壁上，慢慢就形成较厚的垢层[2]。

闪蒸罐处垢样的成分主要为MgO 13.0%、Al2O332.9%、SiO228%、CaO 3.36%以及Fe2O316.5%。从成分分析结果中可以看出，闪蒸罐处垢样的主要成分为 MgO、Al203、SiO2、Fe203[1]。钙垢和镁垢是水中最为常见的水垢，碳酸钙、碳酸镁的溶解度较低，因此很容易析出碳酸盐晶体，这些晶体相互碰撞，不断增大，吸附在金属表面形成水垢。在pH不高的情况下，这些晶体在水中主要以HCO3－形式存在，pH较高的情况下，水中存在大量CO32－，会与钙镁离子结合，形成溶解度很低的碳酸钙、碳酸镁，最后析出附在管壁上，形成垢层。造成闪蒸罐内和管道内壁结有大量垢层。在开停车过程中，由于垢层和设备对温度的敏感特性不一样，垢层极易脱落堆积在罐子的底部，堵塞罐的出口、管道及阀门，影响系统的长期稳定运行[3]。

4 解决措施

（1）严格工艺指标，确保灰水系统稳定。控制真闪压力，保证真闪系统稳定，进而提高絮凝效果；保证废水外排量，减少Ca2+、Mg2+离子积聚[4]；沉降槽内细渣、细灰及时送出，防止细渣、细灰大量聚集。

（2）优化变换凝液进入高压闪蒸塔水质。变换凝液的含氨量较高，进入闪蒸系统造成灰水系统pH升高，CO32-离子浓度增高，促进了碳酸盐的生成。因此应最大限度降低变换凝液的氨含量，保证灰水系统pH为8～9[2]。

（3）选用高效的絮凝剂和分散剂。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；高分子投量过多，出现“胶体保护”现象[5]。选择合适的分散剂是控制水质的关键，高效分散剂选择见表1。实验表明，233型较231型能够达到更好的阻垢效果，本项目所加分散剂量为60～80 mg/L。

表1 分散剂实验对比数据

（4）现工艺采用将闪蒸冷凝液直接加入灰水槽，利用闪蒸凝液的高碱度与灰水槽内的高硬度灰水相混合，将出灰水槽的灰水的硬度降下来，进而减缓结垢。

（5）现工艺在絮凝剂的加入口设置静态混合器，可有效减少钙垢和镁垢附着在设备及管道的内壁。

（6）采用四喷嘴的闪蒸流程，有效减少了机泵磨损、堵等问题。

5 结语

从以往的运行情况来看，一般闪蒸系统连续运行4个月以上就会出现高闪塔塔盘结垢，压差增大、补水流量减少情况。通过以上措施，有效降低了闪蒸系统设备及管道的结垢，大大的增加了系统的运行时间，现连续运行时间为6个月以上。