出工段手动阀阀位降低对多元料浆气化装置运行的影响及应急处理

赵伯平

(陕西陕化煤化工集团有限公司, 陕西渭南 714100)

1 出工段手动阀的位置及作用

1.1 多元料浆气化装置的构成

多元料浆气化装置由多元料浆气化炉、气液分离器、洗涤塔组成。多元料浆气化炉由入炉氧气输送管道、入炉煤浆输送管道、工艺烧嘴、工艺烧嘴冷却系统、燃烧室、激冷室、破渣机、锁斗系统构成。气液分离器由进出口管道、气液分离隔板构成。洗涤塔由进出口管道、安全放空阀、下降管、导气管、塔盘、除沫器构成。

1.2 出工段遥控手动阀的位置及作用

在洗涤塔出口粗合成气管线上，装有出工段手动阀、遥控手动放空阀(HV13005)、系统压力调节阀(PV13011)。出工段遥控手动阀(HV13004)位于洗涤塔出口粗合成气管线出工段手动阀与HV13005之间。系统压力调节阀(PV13011)位于HV13005后去火炬粗合成气放空管线上。

HV13004的作用如下：

(1) 在多元料浆气化装置投料开车阶段，调节出工段粗合成气并入合成氨系统的速度。

(2) 在多元料浆气化装置正常运行过程中，调节出工段粗合成气流量，稳定系统压力。

(3) 在多元料浆气化装置正常停车、紧急停车时，迅速切断气化装置与后系统相连接的管线，防止后系统粗合成气倒流回气化装置。

2 HV13004阀位降低的突发工况

2.1 多元料浆气化工艺流程

来自空分工段压力为 8．3 MPa、温度为40 ℃的高纯度氧气，与来自制浆工段压力为7．8 MPa、温度为40 ℃的水煤浆，通过特制的单喷嘴工艺烧嘴喷入气化炉内，在压力为6．5 MPa、温度为1 300～1 400 ℃的条件下，发生火焰型非催化部分氧化还原反应，生成粗合成气和熔融态灰渣。合成气经激冷降温、洗涤除尘后送往变换工段[1]；熔融态灰渣被激冷固化破碎后沉降在气化炉锥底，经破渣机破碎后由锁斗系统收集并定期排放到渣池，渣池中的灰渣经捞渣机捞出后外运[2]。

为了保护工艺烧嘴免受高温腐蚀，本装置设置了工艺烧嘴冷却系统。工艺烧嘴冷却系统由工艺烧嘴冷却水槽、工艺烧嘴冷却水水泵、工艺烧嘴冷却水冷却器、事故工艺烧嘴冷却水槽构成。同时，设置工艺烧嘴冷却水水泵出口压力低低泵自启动联锁、工艺烧嘴进口流量低低(3选2)气化装置跳车联锁、工艺烧嘴进出口流量差高高(3选2)气化装置跳车联锁、工艺烧嘴冷却系统故障(1选1)气化装置跳车联锁，以保证工艺烧嘴安全稳定运行。

为了保证气化炉排渣管线畅通无阻，在气化炉锁斗系统中设置锁斗循环泵，锁斗集渣期间，锁斗循环泵将锁斗顶部较为清洁的灰水抽出，加压后送回气化炉。如此，在气化炉与锁斗之间形成强制的灰黑水循环，将气化炉锥底的灰渣带入锁斗。

气化炉及洗涤塔排出的黑水经3级闪蒸、浓缩、降温回收热量后进入澄清槽沉降，澄清的灰水经除氧返回系统循环使用，浓缩后的渣浆送往真空带式过滤机系统脱水处理，滤饼被外运[3]。高压闪蒸单元产生的闪蒸气进入高压闪蒸气冷凝器(E1401),与来自脱氧水泵的高压灰水换热降温后,进入高压闪蒸气气液分离器，气液分离后产生的气体被送至变换工段汽提塔做汽提气使用，液体返回除氧系统循环使用。低压闪蒸单元产生的低压闪蒸气，经低压闪蒸气压力调节阀(PV14003)调节后，进入除氧系统做除氧热源使用。真空闪蒸单元产生的真空闪蒸气经真空闪蒸气冷凝器(E1402)换热降温后进入真空闪蒸器气液分离器，产生的气体由真空泵抽取至气液分离器(V1406)，再由V1406顶部放空管线放空。真空闪蒸气气液分离器底部排出的液体,经真空闪蒸凝液泵加压后送至除氧系统循环使用，V1406底部排出液体经“U”型管排入回水槽，再经除氧后循环使用。

2.2 突发工况

2021年，A、C两台气化炉正常运行，A套气化装置的入炉煤浆体积流量为80 m3/h，入炉氧气体积流量为38 400 m3/h。B套气化装置的入炉煤浆体积流量为80 m3/h，入炉氧气体积流量为38 400 m3/h。入炉氧气总管压力为8.13 MPa，入炉水煤浆管线压力为7.63 MPa。两套气化装置的氧煤比均为480。总控发现，C系列气化装置系统压力持续上涨，洗涤塔出口HV13004C阀位突然下降至38%，立即汇报调度室，查询系统用气量是否变化，同时申请系统减量。与此同时，按规定打开C系列气化装置洗涤塔出口HV13005，降低C系列气化装置系统压力。并通知现场检查洗涤塔出口HV13004阀位。3 min后，系统压力回落，现场反馈洗涤塔出口HV13004阀位呈周期性小幅度波动，出现喘振现象，要求仪表到场检查。C系列气化装置洗涤塔出口HV13005阀位稳定无波动。接到现场反馈，总控立刻通知仪表到场查看，此时系统压力缓慢上涨，入炉氧气体积流量已降至31 200 m3/h，气化炉操作温度下降，情况危急。总控再次调大C系列气化装置洗涤塔出口HV13005阀位，调节洗涤塔出口HV13004阀位至42%，同时通知现场观察C系列气化装置洗涤塔出口HV13005阀位、洗涤塔出口HV13004阀位变化，并及时回复。此时系统压力回落，入炉氧气流量上涨，随后再次向调度室提出减量申请。3 min后，现场反馈洗涤塔出口HV13004阀位周期性小幅度波动，阀门出现喘振现象，C系列气化装置洗涤塔出口HV13005阀位稳定无波动。当入炉氧气体积流量恢复至38 400 m3/h时，C系列气化装置系统压力又一次缓慢上涨。与此同时，接到调度室可以减量的批复后，A、C气化炉开始减量，总控调节洗涤塔出口HV13004阀位至50%。当气化炉A入炉煤浆体积流量减至76 m3/h、气化炉C入炉煤浆体积流量减至72 m3/h 时，总控DCS显示C系列气化装置系统压力已恢复正常且趋于稳定。总控操作员缓慢关闭C系列气化装置洗涤塔出口HV13005，通知现场观察洗涤塔出口阀位变化，检查C系列气化装置洗涤塔出口HV13005关闭是否到位。2 min后，洗涤塔出口HV13004喘振现象消失。总控DCS显示系统压力正常，系统运行平稳。监护运行1 h后，系统开始加量；2 h后，系统恢复正常，两套气化装置运行平稳。

3 阀位降低的原因及危害

3.1 原因分析

经各专业工程技术人员、技能人员分析研究，发现气化装置主要设备洗涤塔出口HV13004阀位突然下降的主要原因如下：

(1) HV13004阀门定位器故障。

(2) 阀门为气缸机构，活塞环磨损严重，造成气缸内漏，引发阀门喘振。

(3) 由于该阀是气开型气动遥控阀，当进入阀门气缸的仪表空气流量降低时，阀位就会降低，仪表空气流量自动补偿装置启动，自动调节进入阀门气缸的仪表空气流量，于是阀门出现喘振现象。

3.2 造成的危害

(1) 如未及时发现处理，就会造成气化装置合成气系统压力快速上涨。洗涤塔顶部安全阀故障或泄放量不足，气化装置系统工作压力会高于系统各设备的设计压力，引发泄漏、着火、爆炸等重大事故。

(2) 如处理不及时或处理不当，就会造成气化装置合成气系统压力快速上涨。当系统工作压力小于设计压力，或小于入炉氧气、煤浆压力，且入炉煤浆流量不变时，就会造成入炉氧气流量、气化炉操作温度迅速下降，严重时会引发气化反应终止，酿成大祸。

4 应急处理及注意事项

4.1 应急处理措施

此类工况对应急处理操作要求高，现场、总控执行难度大。如果处理不当，易引发事故。出现此类工况时，岗位操作人员应按下列步骤进行应急工艺处置：

(1) 立即汇报调度室，查看故障系列装置系统压力变化趋势及变化速度。查询系统用气量是否变化，同时申请系统减量。

(2) 按规定打开故障系列气化装置洗涤塔出口HV13005阀位，降低故障系列气化装置系统压力。

(3) 通知现场检查洗涤塔出口HV13004阀位。根据现场反馈及总控室DCS显示的各个关键工艺参数变化，调整HV13004阀位、HV13005阀位，使故障系列气化装置系统压力平稳回落。调整后再次通过总控室DCS显示及现场反馈，确认故障系列气化装置各个关键工艺参数。

(4) 接到调度室批复后，确认调整措施无效时，两套气化装置按特定顺序和速率进行减量操作。优先非故障系列气化装置气化炉减量操作，当去后工序合成气总管压力下降时，停止非故障系列气化装置气化炉减量操作。总控操作员可调大故障系列气化装置洗涤塔出口HV13004阀位，以降低系统压力。同时,故障系列气化装置气化炉开始进行减量操作。当故障系列气化装置系统压力回落至正常值时，停止减量操作。

(5) 减量操作开始后，通知现场再次观察、检查现场故障系列气化装置HV13004阀位、HV13005阀位变化，并要求其及时反馈信息。

(6) 当故障系列气化装置系统压力回落至正常值后，停止减量操作，通知现场人员继续观察故障系列气化装置HV13004阀位、HV13005阀位变化。总控室通过DCS观察故障系列气化装置各个关键工艺参数变化。确认故障系列气化装置系统压力回落至正常值，关闭故障系列气化装置HV13005C。此阀门关闭到位后，再次确认故障系列气化装置系统压力达标，且无上涨趋势。故障系列气化装置进入监护运行状态。

(7) 故障系列气化装置监护运行1 h后，若总控DCS显示系统压力正常，系统运行平稳，即可向调度申请加量操作。得到肯定回复后，立刻按规定速率进行减量操作，恢复生产。

4.2 注意事项

(1) 操作人员应做到思维敏捷、思路清晰、判断准确、处理果断。

(2) 对故障系列气化装置系统进行降压处理时，应遵循先开放空后减量再增大HV13004阀位的原则。

(3) 非故障系列气化装置气化炉减量操作优先于故障系列气化装置气化炉减量操作。

(4) 只有当去后工序合成气总管压力开始下降时，才能提高故障系列气化装置HV13004阀位。否则，去后工序的合成气就会倒回，引发事故。

(5) 只有当故障系列气化装置系统压力开始下降时，外操人员才能进入现场查看故障系列气化装置HV13004阀位、HV13005阀位变化。否则，外操人员的生命安全无法得到保证。

(6) 如果故障系列气化装置减量操作完成后，其系统压力上涨趋势未得到有效抑制，应立刻拍停故障系列气化装置，并汇报调度室。由调度室发出对后系统运行装置进行应急处理的指令。后系统操作人员严格按照指令操作。

(7) 处理过程中，应密切关注整个气化装置系统各个关键工艺参数的变化，发现问题及时汇报。

5 结语

出工段遥控手动阀阀位降低突发工艺状况的应急处理措施源于日常生产实践。由于各企业气化装置的配置、设备性能各有不同，故所述的应急处理措施必然存在一定局限性，但是其所体现的处理思路依旧适应于同类型气化装置。