煤制氢变换系统煤气水分离器丝网除沫器运行问题及解决.pdf

收稿日期 作者简介刘夫瑞（），男，山东滕州人，工程师 高级技师，主要从事化工生产技术管理工作。煤制氢变换系统煤气水分离器丝网除沫器运行问题及解决刘夫瑞 恒力石化（大连）炼化有限公司，辽宁 大连 摘要某煤制氢变换系统自 年 月投料开车以来，多次出现煤气水分离器罐内异响、出口煤气带水、内部零部件脱落现象，拆检发现其丝网除沫器存在丝网腐蚀、除沫器骨架脱落等问题。结合丝网除沫器工作原理，分析与探讨煤气水分离器异响产生的原因，通过调研与交流，了解到有一种离心管束式高效除沫器使用效果良好。年 月利用系统停车检修机会，拆除煤气水分离器内丝网除沫器，更换为离心管束式高效除沫器，实践表明，离心管束式高效除沫器在运行可靠性、分离处理能力、压降等方面均基本上达到预期要求，消除了安全隐患，保证了系统的长周期、安全、稳定、优质运行。关键词煤制氢变换系统；煤气水分离器；丝网除沫器；运行问题；原因分析；离心管束式高效除沫器；应用效果 中图分类号 文献标志码 文章编号 （）引言某 炼化一体化项目之煤制氢联产醋酸装置设计产能为氢气 、甲醇 、醋酸 、燃料气 、食品级 ，其气化系统以煤为原料，采用多喷嘴水煤浆加压气化工艺生产粗煤气，粗煤气经激冷洗涤除去灰渣进入变换系统；变换系统分为 个系列，一系列包括制氢变换系统和甲醇变换线，二系列包括制氢变换系统和热回收线；制氢变换线为 个相同的系列，制氢变换系统与甲醇变换线共用 套变换冷凝液汽提系统和除氧器系统，制氢变换系统与热回收线共用 套变换冷凝液汽提系统和除氧器系统。制氢变换线水煤气中的 通过完全变换反应转化为，使 变 换 气 中 的 含 量（干 基）低 于 ，以满足下游 系统对 纯度的要求；甲醇变换线水煤气中的 通过部分变换反应调整工艺气氢碳比在 ，以满足甲醇合成系统的要求；热回收线不进行变换反应，只对水煤气进行降温，满足 分离系统对水煤气温度的要求。气化系统出口水煤气温度 、压力 （）、水汽比 ，经煤气水分离器入口进入直径 中心筒撞击挡板，沿中心筒本体上直径 、厚度 、长度 的螺旋板作圆周旋转向下运动，其中心筒挡板上部采用顶板焊接封闭，顶板下部设有直径为 冲洗水管线，洗涤水管线沿中心筒分布一周，环管上有开有多排小孔的管式分布器，水煤气经 洗涤水洗涤除去夹带的煤灰后，经高度 中心筒到达分离器中下部，利用液体、气体、固体作旋转运动时所受到的离心力不同来实现分离；水煤气经中心筒进入分离器上部，经直径 、厚度 丝网除沫器的丝垫除去夹带的雾沫（丝网除沫器不仅能过滤悬浮在气流中的大液滴，还能过滤 的雾滴），保证气液分离效果。自该煤制氢变换系统投料开车以来，煤气水分离器多次出现罐内异响、出口煤气带水、内部零部件脱落等现象，后通过改造，在煤气水分离器原支撑架基础上安装一种离心管束式高效除沫器，取得了良好的效果。以下对有关情况作一介绍。丝网除沫器工作原理丝网除沫器主要由丝网、丝网格栅组成丝网第 期 年 月中氮肥 块和固定丝网块的支承装置构成，丝网为各种材质的气液过滤网，气液过滤网由金属丝或非金属丝（非金属丝可为多股非金属纤维捻制而成，亦可为单股非金属丝）组成。当夹带杂质（液体与固体）的气体以一定的速度通过丝网上升时，由于惯性作用，杂质与丝网发生碰撞而粘附在丝网表面，夹带的固体因重力而沉降，夹带的液体则沿丝网形成较大的液滴，流动到 根细丝的交叉点，由于细丝的润湿性和液体的表面张力，细丝的毛细作用使液滴越来越大，直到产生的大液滴自身重力比气体和液体表面张力的向上力大时，液滴从细丝中分离而下落，气体通过丝网后，基本不会夹带液体。在气体夹带物的分离过程中，需改善操作条件，优化工艺指标，减少设备腐蚀，延长设备使用寿命，提高有价值材料的容量和回收率，而结构简单、体积小、消泡效率高、阻力小、重量轻、易于安装与操作及维护的丝网消泡装置适用于粒径 夹带物的捕集，捕集效率高达 ，且通过消泡装置的气体压降小，仅 ，可提高设备的生产效率。丝网除沫器运行问题及分析 问题描述该煤制氢变换系统煤气水分离器规格为 ，全容积为 ，操作温度 、操作压力 ，进料为水煤气和冷凝液；由于进料水煤气含少量氨气，分离器材质选用 ，其丝网除沫器规格为 ，适用标准 丝网除沫器（）。年 月系统开车运行 月后煤气水分离器内部有异常铁碰铁的响声，初步分析认为，煤气水分离器顶部丝网除沫器可能被吹翻，丝网除沫器支架上脱落的零件掉落到煤气水分离器底部高压冲击罐壁而产生异响；年 月 日，首次对煤气水分离器拆检，发现除沫器丝网腐蚀至消失，除沫器骨架脱落，对丝网除沫器进行整体更换；检修中还发现其支撑钢梁也出现悬空现象，对钢梁进行加宽固定。年 月 日，煤气水分离器液位自调阀出现过液不畅，欲关闭其进 出口切断阀进行隔离，煤气水分离器液体临时走副线，对自调阀下线检修，但其进 出口切断阀内漏无法隔离，用旁路阀进行调节，因担心旁路阀也出现堵塞而造成罐内液位突然升高 有液位高高联锁导致系统停车的风险，于是将液位计根部阀浮筒法兰拆开，配直径 管线（导淋）至冷凝液槽，系统监控运行。当时初步分析认为，可能是煤气水分离器内的丝网除沫器脱落了，丝网吹掉到达煤气水分离器底部液相出口自调阀导致堵塞，后来的拆检证实了这个判断。据丝网除沫器的工作原理可知，在一定的温度和压力条件下，介质的表面张力和液体粘度决定了丝网除沫器的除沫效率。气化系统来水煤气夹带煤灰量较大、粘度较高，大部分煤灰在煤气水分离器腔体内分离，少部分与水煤气汇合到达丝网处，煤灰液滴粘度大，难以从网眼脱落，容易堵塞气体通道，导致气速增大、除沫效率低、进出口压差增大。丝网除沫器运行 后，在相同气量及负荷工况下，煤气水分离器进出口压差尚可满足系统生产要求。丝网除沫器除沫性能主要影响因素）介质特性。在温度、压力一定的条件下，介质的表面张力、液体的粘度决定了丝网除沫器的除沫效率。介质在细丝表面的张力越大，小液滴越容易在丝网表面凝聚，除沫效率也越高；而液体的粘度大时，丝网上的液滴不易脱落，会堵塞气相通道，增大气速和压降，降低除沫效率；雾沫含量高、粒径大时，除沫效率也高。）气速。气体通过丝网的速度过低时，夹带的雾沫不能和丝网发生较好的碰撞，易被气体携带出分离器，不能有效完成除沫；气速过高时，丝网上的液滴不易下落，会造成液泛，影响除沫效率。通常，操作气速为极限值（允许最高气速）的 。离心管束式高效除沫器简介 离心管束式高效除沫器简况经调研与交流了解到，普尔利斯（中国）环保分离设备制造有限公司有一种离心管束式高效除沫器使用效果良好，其设计开发采用离心分离的原理实现从气体中分离所夹带的固体颗粒或液滴：夹带着杂质的气体从切线位置流入高效离心管束，在离心力的强制作用下，气体中所夹带的固体颗粒或液滴被甩向高效离心管束的内壁，中 氮 肥第 期被分离的固体颗粒或液滴沿着高效离心管束的内壁沉降，并在分离器底部被收集，经过完全净化处理的、不再含有固体颗粒或液滴的干净气体穿过离心管束的中心环面后从顶部流出。离心管束式高效除沫器的特点离心管束式高效除沫器具有对重固体负载和液体段塞流的处理能力；气流自净，抗堵塞，运行周期长；与传统离心式分离器相比，操作弹性更大，处理能力更强，液体和固体颗粒分离效果良好；可设计为单层 双层、立式 卧式结构（纵向或横向结构），适应苛刻的工况和场地要求；抗磨损能力极强，不易堵塞，无需维护（自清洁免维护），没有活动部件，维修成本低；固定式或可拆式离心管束设计，可与滤芯 叶片组合使用，提高分离效率。离心管束式高效除沫器可在 负荷下正常运行，其内件自身压降 。离心管束式高效除沫器固体颗粒分离效率为，直径 及其以上尺寸固体颗粒的移除率 ，直径 固体颗粒的移除率 ，直径 固体颗粒的移除率 ，直径 固体颗粒的移除率 。经分析与评估，煤制氢变换系统煤气水分离器内部可以满足离心管束式高效除沫器对安装空间的要求，高效除沫器捕集的液体收集在叶片下方的液体收集槽内，然后通过降液管将其导至液面以下，降液管底端完全浸没于最低控制液面的下方，以保证形成正液封。应用效果 年 月利用煤制氢变换系统停车检修机会，拆除煤气水分离器内丝网除沫器，更换为离心管束式高效除沫器。由于本项技改需在容器内由小件拼接后进行焊接，故利用检修机会将煤气水分离器隔离后进行更换作业，并对煤气水分离器底部液位自调阀阀组进行拆检、清洗、疏通。运行可靠性改造前，制氢变换系统煤气水分离器（）自 年 月投入运行，年 月发现 内有异常撞击声响，年 月 日停车检修进行内部检查，发现 顶部丝网除沫器脱落 块，底部发现有丝网的骨架，异响声源于骨架与容器壁的碰撞。制氢变换系统煤气水分离器（）同样运行不到 其内出现异响，液相出口阀因丝网卡阻导致内漏，停车拆检发现有与 丝网除沫器同样的问题。改造后，制氢变换系统、系统煤气水分离器（、）使用普尔利斯离心管束式高效除沫器，迄今已运行将近 个月，、内无异响，底部液位调节阀也未出现过堵塞现象。就强度方面来说，离心管束式高效除沫器也优于传统的丝网除沫器。分离处理能力改造前的 年 月 日，制氢变换系统、系统煤气水分离器底部冷凝液取样分析，浊度（固含量）分别为 、；改造后的 年 月 日，制氢变换系统、系统煤气水分离器底部冷凝液取样分析，浊度分别为 、。煤制氢联产醋酸装置甲醇变换系统煤气水分离器由于未出现异常运行状况，一直使用传统的丝网除沫器，年 月 日、年 月 日其煤气水分离器底部冷凝液取样分析显示浊度分别为 、。目测煤气水分离器底部冷凝液样品颜色，年 月 日制氢变换系统、系统煤气水分离器底部冷凝液颜色分别为偏红色、偏灰黑色，当日煤制氢联产醋酸装置甲醇变换系统煤气水分离器底部冷凝液颜色则清澈透明。据改造前后高温冷凝液浊度对比及冷凝液颜色目测对比，离心管束式高效除沫器的分离效果明显优于传统的丝网除沫器，满足技术协议中对其优点、性能的保证要求。压降方面改造前后制氢变换系统、系统煤气水分离器（、）压降情况见表（注：“进口压力”取制氢变换系统入口水煤气压力，“出口压力”取制氢变换系统预变炉入口压力；“压降”为煤气水分离器和中压废锅共同的压差）。以中压废锅（和 ）在煤气水分离器改造前后压差不变（）计，在相同处理气量 （标态，下同）工况下，改造前其压降为 ，改造后其压降为 ；在相同处理气量 工况下，改造前其压降为 ，改造后其压降为 。简言之，离心管束式高效除沫器压降满足系统生产要求。第 期刘夫瑞：煤制氢变换系统煤气水分离器丝网除沫器运行问题及解决表 改造前后煤气水分离器 压降情况时间 气量 进口压力 出口压力 压降 注：改造前；改造后。结束语综上所述，通过分析煤制氢变换系统煤气水分离器异响问题产生的原因并逐项进行排查，年 月利用系统停车检修机会对煤气水分离器丝网除沫器进行了更换，新投用的离心管束式高效除沫器能有效分离水煤气中的杂质，基本上解决了原除沫器元件脱落、工艺管线异响等问题，至于离心管束式高效除沫器运行的稳定性，后续还需经过较长时间的生产实践才能得到验证。总体而言，本次改造取得了较好的效果，基本上达到了预期要求，消除了煤制氢变换系统煤气水分离器及工艺管线的安全隐患，减少了系统停车次数，保证了系统的长周期、安全、稳定、优质运行櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅。（上接第 页）温度超过 或严重满液时，应尽快降低高压系统负荷至 ，调整进入系统的氨量；此时，因低压循环系统负荷加重，低压甲铵冷凝器液位长时间满液，氨水浓度会上升。高压系统负荷下降后，据合成塔液位情况适当提高甲铵泵转速，尽可能减少低压甲铵冷凝器内甲铵液溢流至氨水系统而增加解吸水解系统负荷；系统减负荷后，保持汽提塔循环气相主 副线全开，开大汽提塔出液阀，尽快降低汽提塔液位。随着汽提塔液位的降低，汽提效果逐渐好转，气相温度开始下降，但液气比已经严重失衡，当液相温度降至 时液气比会逐步趋于稳定，此时系统可以开始缓慢加负荷，汽提塔温度和液位将逐步回归正常。控制好高压蒸汽饱和器压力由于青海云天化尿素装置为切除 冷却器（脱氢冷却器）操作，汽提塔壳侧加热蒸汽压力控制相对较低，经过几年的摸索，系统负荷与汽提塔壳侧蒸汽压力的对应关系为，系统负荷分 别 在 、时，相应的汽提塔壳侧蒸汽压力（即高压蒸汽饱和器压力）分别为 、。稳定系统水碳比（）为进一步提高高压洗涤器的吸收效果，降低放空损耗，降低系统水碳比（），提高高压系统转化率，年 月青海云天化对一期、二期尿素装置开展高调水降温及系统减水调整试验 将高调水温度由 逐步降至，解吸塔气相温度由 降至 ，低压吸收塔顶部洗涤冷凝液流量由 降至 。高压甲铵液水含量以 计，此举可使一期高压系统减水 、二期高压系统减水 ，减水后系统运行情况较好。为降低系统 ，提高转化率，降低汽提塔负荷，生产操作中，一方面，在蒸发系统真空度正常的情况下，尽可能减少抽真空动力蒸汽用量，减少进入系统的水量；另一方面，加强现场管理，机泵置换维修、密封水使用、防冻排凝、管道吹扫等控制有度，减少氨水产生量。结束语汽提塔是 汽提法尿素装置中的核心设备，其运行状况直接关乎尿素装置的安全稳定运行与高产低耗，其中汽提塔超温（或出液温度升高）是 汽提法尿素装置运行中的常见问题，汽提塔超温时，若处理不及时，会给系统带来严重的后果。而汽提塔超温的原因是多方面的，需从工艺、设备、仪表、检修及运行维护等方面入手，及时查明原因并及时解决问题；另外，还需加强生产管理，精心操作，潜心分析与研究，不断总结与摸索，以保证尿素装置的安、稳、长、满、优运行。参考文献 刘贺二氧化碳汽提塔满液原因分析及解决对策 大氮肥，（）：大连工学院气提法尿素生产工艺 北京：石油化学工业出版社，中 氮 肥第 期