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1工藝安全方面的改進

水煤漿氣化裝置的安全性一直都是人們關注的重點，GE在不斷地改進。國內的煤氣化裝置用戶也在氣化裝置運行實踐中發現了很多問題，并提出了改進建議。本煤氣化裝置在設計階段已經根據已有煤氣化工廠的實際運行經驗和一些成熟的改進建議進行了優化設計，著力提高水煤漿氣化裝置的系統安全性，主要改進如下。1超高壓氮氣系統改進超高壓氮氣用于開、停車，對氣化爐和爐頭的氧氣管線、水煤漿管線進行吹掃和氮氣保護，保證在開、停工和故障時氣化爐系統的安全。本氣化裝置在設計時采用GE對超高壓氮氣系統的最新改進[1]，新、老超高壓系統的對比。可以發現新的超高壓氮氣吹掃系統為每套氣化爐增加了專用于形成“氮塞”的氮氣緩沖罐，同時增加了從專用氮氣緩沖罐到中心氧管的吹掃管線。2氣化爐安全聯鎖改進為避免正在運行的煤漿管線排污閥誤操作，導致氣化爐過氧高溫氣體回竄引起煤漿管線爆炸事故；同時，為能及時發現氣化爐渣堵現象和激冷環噴嘴堵塞，保證氣化爐安全，本裝置在設計中分別增加了氣化室與煤漿管線之間的壓差聯鎖、氣化室和激冷室之間的壓差聯鎖以及進氣化爐的激冷水與氣化室合成氣之間的壓差聯鎖等多個聯鎖跳車功能。氣化室與煤漿管線壓差聯鎖防止煤漿管線意外泄壓造成氣化爐過氧回竄入煤漿管線而引起事故；氣化室和激冷室壓差聯鎖用于解決氣化室渣口或下降管堵渣而引起的安全問題；激冷水與氣化爐合成氣壓差聯鎖用于在激冷環激冷水孔堵塞而引起激冷水流量不足時，緊急聯鎖停車。這些安全聯鎖措施的引入，增加了氣化爐本質安全性，強化了對氣化爐系統的安全保護。3燒嘴冷卻水系統改進本裝置在設計中對燒嘴冷卻水系統改進主要有2項：一是為燒嘴冷卻水貯槽和燒嘴冷卻水分液罐增加了氮封；二是在燒嘴冷卻水分液罐上設置爆破片。

2關鍵管道材料選擇

1氧氣管道高純氧氣的高壓輸送具有較大的危險性。根據歐洲工業氣體協會（EIGA）的標準，氧氣管線如采用304不銹鋼材質，氧氣壓力在小于10MPa時，PV=45MPa·m/s，本裝置氧氣壓力6.8MPa，即流速限值為6.6m/s。本工程設計中，從空分裝置到氣化裝置的氧氣總管采用304不銹鋼，最高流速7m/s，滿足流速限值的要求，應該是安全的。但氣化爐附近的氧氣管線上，裝有氧氣流量計、限流孔板等節流元件，以及氧氣管線上包含的控制閥、手動閥等在開關操作時，局部流速會高于6.6m/s，因此氣化爐爐頭附近的氧氣管線和管件采用普通304不銹鋼是不安全的。本水煤漿氣化裝置的氧氣管線選用Inconel625合金，以保證高純氧氣輸送的安全性。2黑水管道GE工藝包對黑水管線選材原則是：氯離子濃度≤150×10-5，選用316L不銹鋼。氯離子濃度≥150×10-5，選用SS2507不銹鋼。在GE工藝包的設計中，黑水中的氯含量都高于150×10-5，因此普遍建議采用雙相不銹鋼2507。由于雙相不銹鋼價格昂貴，且雙相不銹鋼管道及閥門在國內采購較為困難。因此，考慮避開雙相鋼，使用“黑水管線采用316L不銹鋼，同時提高本氣化裝置的黑水流量以及加大氣化裝置外排水量，將黑水中氯離子濃度降到150×10-5以下”方案。在具體實施過程中，由于裝置黑水管線的設計溫度為268℃，設計壓力5.56MPa，如果采用316L，管道的壓力等級將選用900lb，造成管線及閥門投資費用的增加。如果采用316，600lb等級的材料即可滿足本裝置設計溫度和壓力的要求。由于黑水中存在甲酸等有機酸，316抗晶間腐蝕能力低于316L。通過與工藝包提供商的交流，GE認為可以采用316不銹鋼。最終選用316不銹鋼作為黑水管線的材質。

3環境保護方面的改進

隨著環境保護意識提高，在工程設計中增加環境保護內容，盡可能地優化設計，做到零排放、少排放、或有序排放。1采用兩級真空閃蒸在黑水閃蒸部分，多數煤氣化裝置的真空閃蒸系統都采用一級真空閃蒸，真空度為-0.08MPa，閃蒸溫度60℃左右，造成排入下游沉降槽的黑水溫度偏高，沉降槽設計為敞口設備，會產生大量的蒸汽散發。在冬季會造成現場蒸汽彌漫，同時也造成大量水的浪費，增加了水耗。為改變這種現狀，本裝置的真空閃蒸系統，采用兩級真空閃蒸設計。第一級真空閃蒸壓力為-0.07MPa，閃蒸溫度70℃；第二級真空閃蒸壓力為-0.093MPa，閃蒸溫度為44℃。由于第二級閃蒸后送入下游沉降槽的黑水溫度較低，水汽蒸發量大大降低，極大改善了現場環境。2除氧器排放改進氣化裝置中除氧器的頂部排放氣約500kg/h，排放溫度109℃，壓力≤0.04MPa。排放氣中97%為水蒸氣，其余為CO2及微量的H2、CO、NH3、H2S等，其中NH3總排量為0.71kg/h，H2S為0.5kg/h，氣體出口距地面30m以上，滿足直接放空的要求。由于除氧器頂部的排放氣溫度較高，直接放空會導致水的大量散失，引起裝置水耗增加，還會導致現場水汽彌漫；同時，在排放氣中含有少量NH3、H2S等惡臭物質，會嚴重污染周圍環境。因此，將該排放氣經冷卻分液后送入火炬，充分燃燒后高空排放，避免了可燃、有毒物質直接排入大氣。由于火炬總管壓力不穩定，正常時可能為幾個kPa到幾十kPa，當有火炬氣排放時，火炬總管的壓力最高可達0.05MPa以上，考慮到這種情況，將除氧器排放氣送入火炬總管的同時，保留了直接放空的管線，一旦監測到火炬總管壓力過高，將手動切換至直接放空。該設計使大氣污染物經焚燒處理后高空排放，大大改善了環境衛生狀況，同時也減少了水汽散失，降低了氣化裝置的總體水耗。

作者：曲友方裴志單位：中國石化南京工程公司