氣化爐激冷室液位顯示不準原因分析及解決措施

于瀧喬

氣化爐激冷室液位顯示不準原因分析及解決措施

于瀧喬

（國家能源集團寧夏煤業有限責任公司煤制油分公司，寧夏 銀川 750021）

針對氣化爐激冷室液位顯示不準情況，簡要介紹了由其引起的生產工藝故障，通過采用魚骨圖分析法對液位計顯示不準原因進行了分析排查，確定了引起液位計顯示不準的四個主要影響因素，提出了對應措施并進行整改。

激冷室；液位顯示；原因分析；解決措施

煤氣化是現代煤化工技術的重要角色，無論是以生產油品為主的煤液化，還是以生產化工產品為主的煤化工，煤氣化技術都是整個生產工藝的關鍵，氣化爐作為氣化裝置的重要設備更是重中之重[1]。合成氣在氣化爐中生成后在激冷室內完成降溫、除灰、增濕工序，其中要求激冷水要保持一定水位，才能滿足激冷需要。因此，氣化爐激冷室液位測量儀表運行的可靠性直接影響到氣化爐的安全運行[2]。

寧夏煤業煤制油分公司氣化裝置自投料試車以來，氣化爐激冷室液位計多次頻繁的出現問題，給裝置生產帶來嚴重影響。液位計不準，會引起氣化爐帶渣帶灰嚴重，導致激冷水泵入口管線易堵塞，使現場操作人員清理過濾濾網次數可達12次/月，檢修工作量大；因液位計不準造成氣化爐帶水造成粗煤氣量波動大，導致氣化爐平均運行負荷降低，僅為正常運行工況的86.12%；因液位計不準，會引起激冷室內真實液位判斷出現偏差，容易導致氣化爐跳車停止運行。

GSP氣化爐采用干煤粉加壓氣化技術，在運行時的設計溫度1 400～1 600 ℃，壓力4.5 MPa，氣化爐主要反應流程煤粉、氧氣和蒸汽通過爐頂部燒嘴進入氣化爐反應室進行反應，由于煤粉完全氧化所需的氧量遠大于氣化反應所需的氧量，因此在氣化爐內主要發生以碳、碳的揮發分為主的部分氧化反應:

C + O2—→CO

CNHM+ O2—→CO + H2O

C + H2O—→CO + H2

因此，通過氣化反應在氣化爐內部產生了主要以氫氣和一氧化碳為主的粗煤氣[3-5]。

氣化反應除了產出以一氧化碳和氫氣為主要成分的粗煤氣以外，還會產生煤炭氣燃燒氣化燃燒之后剩余的熔融態粗渣及少量參與反應的蒸汽、煤粉等，這些氣固混合物經過激冷環通過下降管進入激冷室，在激冷室內經過冷卻和除塵鼓泡上升，氣固混合物得到降溫，激冷室內水被氣化產生主要以一氧化碳、氫氣、水蒸氣、液態水及少量的細灰渣組成的混合物，這氣液固三相混合物通過氣化爐出口輸送至下一工段進行處理。渣的渣沉積在激冷室底部，固化成大顆粒狀，進入排渣工序。激冷室內液位通過一定的排放維持水質，同時激冷室內部通過補水維持一定的液位，因此控制激冷室液位在一個合理的區間內尤為重要，而激冷室液位計是氣化爐運行中觀察判斷激冷室實際液位高度的一個重要的技術參數，它能直接影響氣化爐的正體運行情況[6-7]。

激冷室液位計顯示出現的問題經常出現以下幾種情況：

1） 液位計顯示偏低，這種情況經常以在補水量、出水量、負荷和閃蒸角閥開度不變的情況下，激冷室液位計讀數隨著氣化爐運行時間推移緩慢降低，當我們操作提高激冷室液位時，就會造成激冷室實際液位增高，容易造成粗煤氣出口帶水、洗滌塔塔盤壓差上漲等情況，嚴重會造成被動降負荷、停車等情況[8]。

2）液位計顯示偏高，這種情況以在補水量、出水量、負荷和閃蒸角閥開度不變的情況下，激冷室液位計讀數隨著氣化爐運行時間推移緩慢增高，當我們操作調整激冷室液位時，就會造成激冷室實際液位降低，容易造成粗煤氣帶灰、文丘里壓差上漲等情況，嚴重的還會造成粗煤氣出口超溫跳車等情況[9]。

3）液位計顯示偏差大，這種情況實在運行過程中很容易出現的，具體表現為在運行中，激冷室液位計在氣化爐運行中突然或者逐步出現大幅度的偏差，從而對生產運行與操作調整產生影響，容易造成操作失誤造成粗煤氣帶水、帶灰、帶渣等情況，嚴重的還會造成粗煤氣超溫跳車等情況。

4）液位計顯示滿量程或者顯示為零，這種情況的發生會嚴重干擾正常操作，激冷室內實際液位無法真實判斷，很容易造成誤判斷情況的出現[10]。

1 裝置生產現狀情況

為更好分析排查出氣化爐激冷室液位計顯示不準原因，從裝置實際工藝運行狀況入手，對受激冷室液位偏差造成的主要影響情況入手，如激冷水泵清濾網次數、運行負荷、液位計顯示情況、氣化爐跳車等方面進行了現狀調查統計。

1.1 激冷水泵清濾網情況

以氣化裝置中的某一運行氣化爐為例，暫記為A#爐，2019年11-12月A#爐激冷室液位計出現顯示不準現象，這期間導致激冷水泵清濾網次數由之前5次/月，增加至12次/月，且濾網內部及入口管線積渣嚴重，同時在檢修中發現，因氣化爐帶渣所引起的塔盤堵塞嚴重、合成氣管線磨損等問題也尤為突出。

1.2 氣化爐運行負荷情況

通過對A#爐2019年粗煤氣波動曲線調查，在液位計顯示不準期間，發現粗煤氣量波動幅度大，氣化爐負荷頻繁升降，其中7-12月平均運行負荷偏低，其平均負荷率僅為正常運行工況的86.12%，遠遠未達到滿負荷運行；與同期氣化爐液位計顯示較好的運行氣化爐相比，長期運行的平均負荷偏低，造成的氣化爐產氣量、有效氣含量等指標嚴重偏離設計指標，無法做到滿負荷生產。

1.3 氣化爐跳車情況

通過對2019年氣化爐激冷室因液位計不準，而導致氣化爐跳車次數進行調查統計，發現2019年因液位計不準導致跳車共21次，其中包括，因液位計不準引起粗煤氣出口溫度高跳車20次，因液位計不準引起氣化爐壓力高跳車1次，對安全運行造成了很大的影響。

通過以上三點綜合來看，在與同期氣化爐液位計顯示較好的運行正常氣化爐的參數對比發現，激冷室液位計運行良好的氣化爐在運行負荷、激冷水泵清理濾網次數、運行周期上均比激冷室液位計顯示不準的氣化爐運行穩定，激冷水泵清理濾網次數明顯減少，負荷上能夠保持在95%左右，運作周期能夠有很明顯的增長。

2 氣化爐激冷室液位計不準原因分析排查

針對激冷室液位計不準對氣化爐運行的影響，通過魚骨圖分析法，從人、機、料、環、法五方面對能夠對激冷室液位計顯示造成影響的方面進行總結分析，得出以下幾種影響因素，負壓側沖洗水壓力低、沖洗水水質差、正壓側結構不合理、煤質灰分波動、激冷水流量波動、吹掃氣壓力不穩定等6項影響因素，進行分析確認引起氣化爐激冷室液位計不準的主要影響因素。

圖1 導致激冷室液位計不準的影響因素分析魚骨圖

2.1 激冷室液位計負壓側沖洗水壓力對激冷室液位計的影響

液位計負壓側沖洗水壓力為5.2 MPa，氣化爐內部溫度為1 400 ℃，壓力為4.5 MPa；運行初期液位計沖洗水能夠正常的進入到液位計負壓側進行沖洗。通過對運行80 d內的負壓側沖洗水壓力與激冷室液位計準確率進行跟蹤調查，發現隨著氣化爐運行天數增加，液位計負壓側沖洗水壓力比原來降低0.6 MPa，沖洗水的壓力與氣化爐壓力壓差減小，壓力無法滿足之前設計要求，推動力不足沖洗水無法有效沖洗液位計，液位計準確率降低至30%。同時通過檢修拆檢激冷室液位計負壓側沖洗水管線，也發現儀表管線內部結垢堵塞嚴重，由此確認激冷室液位計負壓側沖洗水壓力可造成激冷室液位計偏差。

2.2 激冷室液位計沖洗水水質對激冷室液位計的影響

對運行期間的液位計正壓側沖洗水水質差進行每天分析統計，發現隨著沖洗水水質變化很大，對水質中總硬度、電導率、pH值、總堿度的統計分析得知，沖洗水的LSI大于0.5，水體總體呈結垢水質，同時對檢修的氣化爐檢查發現，液位計沖洗水管線積渣結垢嚴重，導致液位計準確率隨之變化，由此確認沖洗水水質差易引起管線結垢堵塞，導致液位計不準。

2.3 激冷室液位計正壓側內部結構對激冷室液位計的影響

氣化爐激冷室內部粗煤氣呈鼓泡水浴而出，氣化爐激冷室內部粗煤氣夾帶在水和細灰渣向上移動中，容易造成灰渣和水進入到正壓側根部，時間一長容易液位計正壓側根部造成堵塞；同時對現場檢修氣化爐液位計進行拆卸觀察，發現液位計根部容易發生灰渣堆積堵塞，進而造成液位計偏差。

2.4 煤質灰分的變化

結合煤質灰分分析數據和中控液位顯示數據，發現煤質灰分波動時，液位計不一定波動，且液位計波動不規則?？膳卸嘿|灰分波動對激冷室液位顯示影響較小，煤質灰分的變化，對激冷室液位計的影響基本可以忽略不計。

2.5 激冷水流量波動對激冷室液位計的影響

在閃蒸角閥開度不變的情況下，激冷水流量增大或者減小能影響激冷室實際液位的高低，操作人員只需根據激冷水流量適當調整閃蒸角閥開度來控制激冷室液位，結果發現隨著激冷水流量波動，激冷室液位計波動幅度不大。因此激冷水流量波動基本上不對激冷室液位造成影響。

2.6 吹掃氣壓力不穩定對激冷室液位計的影響

中控人員對吹掃氣壓力數據與液位計顯示數據進行對比分析，發現吹掃氣壓力出現波動、不穩定時，激冷室液位計也隨著發生波動。

由此，根據以上原因分析，可得出對液位計顯示不準的四個影響因素，即為液位計負壓側沖洗水壓力低、液位計正壓側沖洗水水質差、液位計正壓側結構不合理和吹掃氣壓力不穩定。

3 解決措施

通過分析得出以上幾點因素，針對以上因素制定對策。

3.1 對策實施一

對負壓側沖洗水壓力低問題和水質差問題，目前裝置現場無法再提高沖洗水水壓，因此引一路脫鹽水至沖洗水至激冷室液位計，沖洗正壓側、負壓側，保證能夠起到有效沖洗。將脫鹽水沖洗水壓力保持穩定，既能保證高壓力沖洗負壓側，同時脫鹽水水質好，雜質少，能保證正壓側沖洗水管線暢通。

3.2 對策實施二

對液位計正壓側結構不合理和吹掃氣壓力不穩定問題，通過技術改造，引一路高壓CO2氣體吹掃氣至激冷室液位計，代替高壓氮氣，防止系統氮含量增加引起吹掃氣閥度減小，同時CO2吹掃氣不影響系統氮含量，吹掃氣手閥可以全開，能夠保證吹掃氣持續有效的吹掃。

4 結論

1）通過對氣化爐激冷室液位不準原因分析及措施改進后，激冷室液位計顯示準確，未出現解除聯鎖、被迫停車的情況。這不僅延長了氣化爐運行周期，還大大減少檢修工作量、員工勞動強度和安全管控風險。

2）通過對氣化爐激冷室液位不準原因分析及措施改進后，預計一年可節省233.66萬元。其中參照1臺氣化爐平均每年3次開停車，將會消耗物料資金約16.5萬元，經濟損失155.4萬元，人工費用27萬元，清理廢渣費用3.88萬元。

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［4］王昊. RTO與TO組合工藝處理煤化工VOCs廢氣的應用研究[J].遼寧化工, 2021,50 (5):718-719.

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［6］尉曉妮, 王琨, 王東. 德士古水煤漿工藝灰水循環利用技改新嘗試[J]. 遼寧化工, 2020, 49 (7): 844-845.

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［10］張路, 王俊杰. 水煤漿氣化爐常見問題及對策[J]. 氮肥與合成氣, 2021, 49 (7): 28-30.

Cause Analysis and Solution of Inaccurate Liquid Level Display in Quench Chamber of Gasifier

（Coal to Oil Branch of National Energy Group Ningxia Coal Industry Co., Ltd., Yinchuan Ningxia 750411, China）

In view of the inaccurate liquid level display in the quench chamber of the gasifier, the production process faults caused by it was briefly introduced, the causes of the inaccurate display of the liquid level gauge were analyzed and investigated by using the fishbone diagram analysis method, the four main influencing factors causing the inaccurate display of the liquid level gauge were determined, and the corresponding measures and rectification were put forward.

Quench chambere; Liquid level displayr; Cause analysis; Solutions

2021-08-24

于瀧喬（1991-），男，寧夏銀川人，研究方向：氣化爐運行工藝。

TQ03-3

A

1004-0935（2022）03-0373-04