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气化炉压差变送器备炉故障处理及质量控制

作时间:2019-03-29  来源:  作者:
   

 摘要随着煤化工项目的核心装置多喷嘴对置式水煤浆气化炉在国内快速应用,保证其高效稳定地运行对装置生产效益提升将有很大帮助。因此除了工艺安全生产操作外,每周期例行的停备炉检修也是同等重要。研究着重探讨如何保证气化炉仪表系统备炉所涉及的故障处理和质量控制工作,以达到项目生产长期稳定安全运行的目的。

 
引言
            安徽华谊气化工段采用的是华理四喷嘴对置式水煤浆气化炉,其炉内燃烧反应室温度高、压力大、生产条件恶劣,同时仪表系统也直接参与生产运行。本厂采用开2备1的方式生产,每次备炉需要各机电仪静设备同时施工,因此仪表备炉工作是安全生产的保证。以下针对气化炉仪表系统备炉期间遇到的问题及改造进行分析总结。
 
1仪表系统备炉常见故障的处理
1.1高温热电偶故障的处理
            水煤浆气化炉燃烧室采用耐火砖砌筑,炉壁上面留有上中下三个不同位置的法兰安装孔,以保证安装低温或高温热电偶,其正常生产时,炉内反应温度是通过高温热偶直接测量。由于炉内温度高且长期处于恶劣反应环境,工作人员在实际操作中反映高温热偶利用率低、故障率高,导致每次停炉必须更换。在停炉低温下更换热偶易损坏炉膛耐火砖,必将造成更大的经济损失。
 
            经分析发现,高温热电偶的故障原因首先是现场的高温热电偶安装插入深度问题,安装前按规定要求进行了适当的缩进操作,但还是出现了开炉投料后遂即热电偶失效的故障;其次是压所缩式密封组件泄漏问题,炉膛温度所泄漏高温高压易燃易爆工艺气体是安全生产禁止的;最后为停炉备炉时高低温热电偶切换安装时,热电偶套管与煤渣、熔浆、炉壁融合在一起难拆卸,炉壁容易被损坏的情况发生。
 
            针对以上问题需进行各种相对应的技术处理。首先结合工艺操作条件、运行周期和炉壁厚度等数据,多次试验总结出插入深度由突出10mm到齐平炉壁,最后确认缩进20mm为最佳参数,为此制作专用测量工具(如图1所示)用于实施解决问题。其次,热偶从炉外法兰处经炉墙、多层耐火砖墙插入炉内燃烧室,热偶经常因各耐火层热膨胀程度不同而出现挤压损坏,导致压缩式密封组件出现泄漏,对填装密封材料的不锈钢压套组件进行车床密封线加工后涂抹高温密封胶并配以紫铜垫圈压缩隔离解决问题。最后,通过与厂家沟通,前端插入炉内的保护套管更换为材质具有优良的高温机械强度和热震稳定性及高温密封性能的“刚玉莫来石管—钼基金属陶瓷管—高纯度氧化铝管”三重保护,克服了缺陷,减轻了劳动强度并缩短了热偶更换时长。
高温热电偶安装测量专用工具
1.2 双法兰变送器故障的处理
            水煤浆气化炉仪表系统均需接触高温高压强腐蚀工艺反应液,面对这些苛刻的工况,在项目设计选型时就提前加以考虑了防 范 措 施,测控仪表变送器膜片采用耐腐蚀、耐高温合金材 质(必要时加厚耐负压膜片、全 焊 接 膜盒)。为防止取压 管 线 堵 塞,增加法兰间冲洗环,辅 之 以高压冲洗水,保证双法兰变送器工况下正常测量。在气化炉运行 中,对这些双法兰变送器制定的冲洗周期为每周一次,但实际运行投用效果不佳,后期每日冲洗次数与检修工作量呈直线增加的趋势。重复劳动强度增大,冲洗时解除仪表联锁也对装置安全运行构成威胁。后改为采取连续冲洗,又发现仪表系统指示波动较大,影响安全生产运行,而且冲洗效果也不明显。经检查发现,取源管线结垢依 旧 严 重,变送器膜盒也有不同程度的损坏。这是因为冲洗口距离变送器膜片非常近,冲 洗 水 压力约为8.5MPa,气化炉压力约为6.5MPa,有接近2MPa的高压差。当冲洗水冲入管嘴后,形成射流抽引扰动,而使变送器压力值波动。同时,冲洗水出水口对着冲洗环,难以对取压管线 形 成 有 效 的 冲 刷 除 垢,反而对膜片进行切割状冲洗,使之产生严重的凹凸痕迹,影响在正常生产过程中的使用[1]。
 
            经过多次备炉数据分析试验,对冲洗水系统进行改造。对冲洗环出水口至工艺一次阀之间进行改造处理并增加一段弯管 冲 洗 管 线(如 图2所 示),使高压出水口远离膜盒表面并正 对 取 源 管 线,既减少了对膜片的测量干扰,同时又能有效冲刷取源管线内结垢介质,也确保了工艺操作的正常进 行。系 统 改 造 之 后,对一台气化炉激冷室液位进行连续 冲 洗 试 验,发现在对冲洗水进行多次投用和停止的过程中三个相同液位显示值变化不超1%,与之前冲洗时数值变化率超50%相比,改造后效果显著,且冲洗水的投用与否并没有影响液位的正常指示。同 时,在投用期间也未发生取源管线内结垢堵塞问题(如 图3所示),在停炉备炉拆除检查时也能印证。
改造原理示意改造后取源管线
            后期生产中又通过增加调节冲洗水系统管线中就地转子流量计,既对高压冲洗水进行减压处理,又调节水量大小,节能节水又同时保证系统的正常投用。而 后 逐 步推广至水洗塔、含渣水处理系统等测量仪表上,这种改造措施保证了仪表设备的正常运行,也为气化炉的优质运行建立了基础。
 
1.3 锁斗系统故障处理
            气化炉内反应后的工艺残渣在经过激冷水洗涤冷却后进入锁斗系统联锁需遵循以下原则:(1)排集渣过程中不能引起炉内压力、液 位 波 动;(2)工艺残渣不得向锁斗系统外带压排放[2]。受程序自控的锁斗集排渣进行一次循环约半小时,锁斗系统阀门在侵蚀作用很强的情况下使用。锁斗顺控系统的阀门需采用耐冲刷、硬密封球阀,且阀球、阀座应堆焊或喷镀硬质合金以保证工艺和安全要求。
 
            在日常的锁斗 备 炉 中,我们发现有两处出现问题较多。首先是锁斗系统阀门的执行机构部分,尤 其 是 锁 渣阀。其执行机构内部连接件在长期频繁开关过程中,连接件间磨损异常严重,强度也有所降低,期间甚至出现脱离故障(如图4所 示),导致阀门不能正常使用而影响安全生产,因此每次备炉需对阀门执行机构开盖检查,及时发现处理问题。其次是对锁斗系统阀门的密封性进行检查,这些阀门内部经过长周期的冲刷,阀座冲刷磨损严重无法密封(如图5所 示),阀球表面也容易卡渣使阀门无法动作导致出现 阀 门 内 漏 问 题,这些都容易引起锁斗故障,造成无法顺 利 排 渣。同时还应该仔细对其气路相关附件进行检查,查看气路密封性及附件动作情况、开关时间、切换声音等方 面,来保证阀门处于完好状态,控 制 锁斗阀门备炉质量。针对问题后期也积极改进,将 双 汽 缸执行机构更换为 单 缸,以减少俩汽缸间的不平衡力对连接件冲击磨损,至今在正常工况下仍稳定运行。
锁斗系统执行机构脱离故障阀座冲刷磨损
1.4 安全联锁系统阀门故障的处理
            气化炉安全联锁系统经过各重要工艺参数来控制进出料系统所有阀 门 动 作,来达到系统安全生产运行的要求,其系统阀门主要包括煤浆、烧嘴冷却水阀等。由于系统对仪表阀门安全性和可靠性等都有严格的技术指标要求,故采用如 TYCO/Flowserve等进口阀门,但在苛刻的工况下长期使用仍然存在部分故障。虽然氧气调节阀汽缸式执行机构具有很高的刚性强度,定 位 精度和可重复性能也使阀门在大压差的工况下保持状态稳定,但受限于配套的定位器、阀位变送器分体设计的情况(如图6所示),实际工况下氧气流量控制偏差并不能保证调节阀整体的不灵敏区小于0.1%。利用现有备件中的智能定位器进行一体化改造(如 图7所 示),使阀 门 控制、阀位反馈、开关位置反馈集中控制,使得原有阀位将近1%的偏差缩小至近0.1%的控制精度,完全 满 足 了 工艺生产对氧煤比控制的联锁安全要求。另 外,高 压 氮 气切断阀用于氧气管线和煤浆管线的高压氮气吹扫和缓冲作用,正常工况下压力高,压差大,密封等级要求高,有开关速度的要求。在几个长周期的炉龄使用后,阀 门 在 全负载和卸载情况 下,全行程动作时间已经达不到设计要求。对气路及附件进行调整并未有效,因此对弹簧汽缸处增加一路气源,改为双气动执行机构模式。改 造 后 增加了执行力,使之动作时间正常,工艺开停车程序得以安全运行。
改造前分体设计改造后一体设计
2仪表系统备炉的质量控制
2.1 远传仪表的质量控制
            气化炉远传仪表主要包括温度、压力、流量等测量元件,它们的备炉检修检查质量直接影响工艺生产过程,故对其质量控制点 需 做 到 细 致 分 类、准 确 执 行、全 面 复 检,如现场拆卸保护、测量元件清洁保养、复 位 安 装 校 验,这些必要的内容等均需要多方签字确认后作为备炉资料存档。
 
            对于无根部阀门切断的高温热偶应着重处理,故 现场组装时需特别注意组装方式及顺序。尤其是气封组件的安装需逐步安装确认(如图8所示)。顺序错误则会导致密封瓷环压碎损坏,轻则导致整套高温热电偶报废,重则切炉投料时工艺气溢出造成安全生产事故。
压缩式密封组件及高压陶瓷密封件配套结构图
2.2 自动控制系统的质量控制
            气化炉自动控制 系 统 主 要 包 括 串 级 控 制、DCS顺控系统、SIS安全联锁系统等。阀门系统的检维修质量的可靠性决定着系统 运 行 的 安 全 性,因此备炉期间需对联锁系统进行试验,以保证其运行正常可靠。
 
            阀门系统质量控制主要是以下几点:(1)现场拆卸须法兰密封面完整,阀门附件完好;(2)检查阀芯情况,要求射流清洗后阀芯无附着物和明显缺陷;(3)执行机构动作正常无卡涉,汽缸 无 腐 蚀 泄 漏;(4)现场回装阀门的密封垫片完好,敲紧所有法兰连接螺栓,确保无泄漏;(5)行程校验时定位器无 报 警 且 输 出 反 馈 正 常,中控远程操作正常。确保阀门系统检修质量的同时,也需要进行锁斗系统试验和气化炉紧急停车系统试验并多方确认。试验的阀门动作时间以及阀位反馈状态是重点关注的(如 图9所示),因为任何一个超时或不到位都会引起系统的故障,所以在空试联调的时候,记录确认每个阀门的开关行程时间和阀位状 态,来确保其满足安全系统设计规定的要求。
 
3结语
            气化炉的备炉工作主要是发现问题、分 析 问 题、解决问题和总结经验,因为每个疏忽都可能导致在开炉过程中发生事故,造成重大损 失。所以在备炉工作中要形成专项工作制 度,每次检查时须做好相应的记录,各 种仪表设备表单 逐 项 确 认,并总结经验加以改进,持 续 提升管理水平,确 保 有 始 有 终。只 有 这 样,才 能 保 证 备 炉仪表工作保质保量完成,为气化炉系统长周期运行提供保障。
 
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