壳牌煤气化装置运行情况分析_

1、收稿日期 :2013-01-25。作者简介 :吴昌保 , 男 , 1976年出生 , 工程师 , 1988年毕业于抚 顺石油学院环境工程专业 , 现在中国石油化工股份有限公司化工 事业部工作 。 联系电话 E-mail :cbwu 。中国石化 3套壳牌粉煤气化装置 (简称 SCGP 装置 分别建于岳阳合资公司 、 安庆分公司及湖北 化肥分公司 , 属我国首批引进的壳牌粉煤气化装 置 , 也是世界上首批将粉煤气化技术应用于生产 合 成 氨 和 工 业 氢 气 的 装 置 。 3套 SCGP 装 置 2006年底相继建成投产 , 设计能力均为处理原煤 2000t /d

2、 、 产有效气 142000m 3/h , 配套空分 、 一氧化碳耐硫变换 、 低温甲醇洗 、 制冷及公用工程等装置 。1装置运行概况3套 SCGP 装置投产初期 , 在工艺 、 设备 、 设计等方面暴露出不少问题 , 装置开停工频繁 、 运行周 期短 , 主要体现在煤烧嘴隔焰罩 、 开工烧嘴 、 热裙 、 陶瓷过滤器滤芯 、 烧结金属通气设备等易损坏的 问题以及气化炉堵渣 、 废热锅炉结垢 、 激冷气压缩 循环系统缺陷等重大故障和问题 。 为此 , 中国石化 成立专题技术攻关组 , 通过技术攻关和改进 , 基本 消除了煤烧嘴隔焰罩 、 开工烧嘴 、 粉煤三通换向 阀 、 通气锥 、 吹扫器等

3、硬件方面的瓶颈 , 实现了备件国产化 ; 同时积累了原料煤和煤气化操作运行 经验 , 基本消除了工艺 、 操作因素对稳定运行的影 响 , 缓解了气化炉堵渣问题 , 3套 SCGP 装置平均 运转率总体逐年提高 , 有效气最高负荷达到 97%。装置非计划停工次数明显减少自 2009年以来 , 3套 SCGP 装置 非 计 划 停 工逐年减少 , 平均运行周期逐年提高 。 2012年装置平 均运行周期达到 75d 、 非计划停工次数降低到 7次 , 详见图 2。通过近几年技术攻关 、 加强原料煤质量 、 装置运行和设备基础管理及工艺优化操作 , 3套 SCGP 装 置 运 行 可 靠 度 不 断

4、提 高 , 继 岳 阳 SCGP 装 置2008年长周期运行突破 100d 后 , 安庆 SCGP 装置 2011年和 2012年 分 别 实 现 了 连 续 运 行 153d 和壳牌煤气化装置运行情况分析吴昌保(中国石油化工股份有限公司化工事业部 , 北京 100728摘要 :介绍 Shell 粉煤气化技术在中国石化 3套装置的运行情况 , 总结了长周期运行经验 , 分析了进一步提 高装置运行周期存在的瓶颈 , 提出下一步技术攻关方向 。关键词 :壳牌粉煤气化瓶颈技术攻关 图 1SCGP 装置年运转率图 2SCGP 装置平均运行周期 2013年 4月 第 36卷第 2期Large Scale

5、 Nitrogenous Fertilizer Industry2013年 第 36卷 185d , 连续两年创造了壳牌粉煤气化装置长周期连续运行最好记录 。 目前 , 安庆 、 岳阳 SCGP 装置基 本实现了百日安稳运行常态化 。2长周期运行经验高度重视原料煤的使用和管理1 原料煤的 “ 稳定 ” 和 “ 适宜 ” 是 SCGP 装置稳定运行的关键 。 3家企业深入研究 SCGP 气化炉液 态排渣工艺设计理念 , 总结国内 11家 SCGP 气化 炉排渣单元运行工况和用煤特点 , 提出确保 SCGP 气化炉排渣单元稳定和气化装置经济高效运行的 入炉煤质量标准 。 针对原料煤供应现状 , 结

6、合入炉 煤质量标准 , 在入炉煤配方做了大量的研究 、 分析 及试验工作的基础上 , 开发了原料煤预评价和混 配工艺 。 目前 3套 SCGP 装置均使用混配煤 , 湖北 、 安庆采用二元混配煤 , 岳阳合资公司使用三元混 配煤 , 2012年岳阳合资公司单一混配煤种最长使 用周期可达到 65d 。2 按照化工原料管理原料煤 , 建立 、 完善原料 煤质量标准体系和管理体系 。 3家企业对原料煤的使用和管理已达成共识 , 在原料煤采购上严格执 行中国石化原料煤采购标准 , 并在此基础上建立 更为严格的二级企业内部原料煤采购质量标准 。3 优化混配煤配方 , 拓宽操作窗口 , 建立入炉煤种预评价

7、和后评估数据库 。 岳阳合资公司入炉 粉煤操作窗口从 50100 提高到 150250 , 详见图 3。 4 坚持高硅铝比的混配煤原则和相对低温 、低渣流动性 (对于铁含量较高的煤种 的气化炉运 行原则 。 岳阳合资公司入炉粉煤硅铝比从 1.4提高 到 1.82.2, 详见图 3。2.2推广原料煤质量管理 “ 六点控制法 ”大力推广巴陵分公司 、 岳阳合资公司稳定原煤采购质量的 “ 六点控制法 ”。 以原料煤采购质量 标准为核心 , 在原料煤物流过程的 6个重要环节(煤矿坑口 、 发运码头 、 卸货码头 、 原料煤堆场 、 混 配煤堆场 、 磨煤机出口 设置质量监控点 , 对比标 准判断 ,

8、只有合格原料煤才允许进入下一个环节 , 防止原料煤在物流过程中出现质量失控现象 , 确 保原料煤采购质量稳定 。2.3引入现代设备管理理念 , 提高设备可靠性 岳阳合资公司自 2006年起引入 S hell 公司现代 设 备 管 理 理 念 , 建 立 以 “ 风 险 与 可 靠 性 管 理 (RRM ” 及 “ 危害与影响管理过程 (HEMP ” 为主的 专业检维修策略 , 使用英维斯公司的企业资产管 理软件 (Avantis 开展预防性检维修工作 (PM , 包 括 3个专家系统 :仪表保护系统 (IPF 、 以可靠性 为中心的维修 (RCM 和基于风险的检测 (RBI 。 由 工艺安全管

9、理 、 HEMP 及 RRM 程序定义的工艺安 全关键性设备 (SCE 作为设备管理的重点 , 并由各 专业工程师在 Avantis 软件标定 , 形成优先级主 项 。IPF 系统对仪表保护功能的安全完整性进行分类 , 并根据相应的等级要求做出仪表测试和维 护要求 。RCM 是目前国际上通用的用以确定设 (装 备预防性维修需求 、 优化维修制度的一种系统工程 方法 , 主要侧重点为动设备 。RBI 是一个实施风险评估和风险管理的过程 。通过对静设备和管道进行有计划的测试和检验 , 及早发现存在的缺陷 , 并及时进行维修和更换 , 防 止小的缺陷和故障演变并酿成严重的工艺安全事 故 。截 止 到

10、 2012年 底 , 岳 阳 合 资 公 司 的 RBI 、RCM 和 IPF 专家系统能够自动在 Avantis 软件中 分别生成 468、 418和 852项预防性检修工单 , 大大提高设备可靠性 。 目前 , 岳阳合资公司的自动控 制系统投用率达到 92%, 超期工艺安全预防性检 修工单 100%经过审批 , 工艺安全事故为 0。2011年湖北 、 安庆开展设备仪表故障平均分 析 MTBF 工作 , 加强设备基础管理 , 建立设备检测数据库 , 为预防性检修打好基础 。强化 “ 机电仪管操 ” 五位一体化管理模式 , 针对长周期运行中机电仪设备暴露出来的问题 , 及 时分析原因 、 制定

11、对策 , 实行预防性维护和检修 , 提高机电仪设备运行的可靠度 。3家企业根据设备实际运行情况分别制定了图 3入炉粉煤操作窗口和硅铝比82第 2期定期检查或停车必检的计划 , 如气化炉内部件定 期测厚检验 、 磨煤单元动设备和煤加压及进料单 元锁斗阀进行预防性维修等 。2.5发挥集团优势 , 及时总结和分享运行经验 为总结和交流 SCGP 装置运行 、 操作 、 维护 、 技 术进步等方面经验 , 实现装置长周期优化运行 , 中 国石化定期组织 SCGP 装置专题交流会 , 讨论 、 分 析提高装置运行可靠性的措施 ; 针对影响 SCGP 装 置长周期稳定运行的入炉煤质量不稳定 、 气化炉 温

12、度控制难度大 、 煤烧嘴隔焰罩易损坏 、 气化炉堵 渣等关键问题 , 及时组织开展技术攻关和专题分 析 , 共同研究讨论解决问题的办法 ; 建立了 3套煤 气化装置生产运行信息通报 , 可及时沟通相关信 息和工作进展情况 。通过分析总结装置开车和运行过程存在的问 题 , 总结固化经验 , 完善了 装置开车条件检查确 认表 , 以此规范和指导 SCGP 装置开车过程各项 准备工作 , 确保装置开工一次成功 ; 制定了 煤气 化装置运行管理办法 (试行 , 从技术和安全角度 作出了相关规定和要求 , 保证装置安全 、 稳定运 行 。 安庆分公司建立的 装置运行异常工况分析 制度 , 着重解决装置事

13、故萌芽前的异常工况 , 保障 了气化装置长周期运行 ; 岳阳合资公司应用 RCA 根本原因分析法 , 深入分析故障停车原因 , 举一反 三防止类似事件重复发生 。 这些先进的管理方法 在同类企业中得到分享应用 。3长周期运行瓶颈分析1 渣屏和渣池堵渣 。 气化炉排渣系统的堵渣 问 题 仍 是 制 约 煤 气 化 装 置 长 周 期 运 行 的 主 要 问 题 。 堵渣主要有两种形式 , 渣屏堵渣和渣口堵渣 。 排渣系统的堵渣问题与 3个方面因素有关 :气化炉的设计 、 原料煤的煤质 、 气化炉炉温的精确 控制 。 SCGP 气化炉设计采用液态排渣系统 , 当渣 的流动性低于临界值时 , 就会造

14、成渣口堵渣 。 但由 于渣口到渣池间存在一定的距离 , 当渣的流动性 太好或是煤质波动就会在渣屏 (渣口到渣池间的 水冷壁 上累积 , 当累积到一定程度后 , 渣块掉落 最终将渣池底部落渣管道堵塞 。原料煤的煤质对气化的运行至关重要 。 煤质 应满足 SCGP 气化用煤的质量标准 , 同时应确保稳 定 。 煤中硅铝比决定了气化炉炉温的操作窗口 , 煤 中氧化铁影响到渣的流动性 。SCGP 气化炉炉温的测量和控制非常困难 , 从 而导致炉温高低的争论很难得到明确的结论 。 一 旦判断错误 , 就会导致渣屏堵渣或渣口堵渣 。 2 十字吊架结垢 。 由于 SCGP 装置的合成气 冷却器在十字吊架处存

15、在严重的偏流现象 , 导致 十字吊架内侧气流速度偏低 , 使用有结垢倾向的 煤种时 , 十字吊架很容易积灰 , 堵塞气流通道 , 严 重时将被迫停车清灰 。1 合成气管道的腐蚀和磨蚀问题 。 合成气的 腐蚀磨蚀问题较严重 , 尤其是在合成气冷热汇合 处 、 正常情况下存在合成气 “ 死区 ” 的管道 、 与合成 气系统相连的有关管线 (不经常流动或温度偏低 等处尤为严重 , 甚至还发生过因管道减薄导致合 成气泄漏和管道突然裂开的事故 , 对装置的安全 生产带来很大的隐患 。2 高温高压飞灰过滤器滤芯断裂 。 该过滤器 是除气化炉外的第二大关键设备 , 目前 3套 SCGP 装置均采用碳化硅陶瓷

16、滤芯 (表面喷涂莫来石耐 磨涂层 。 该滤芯价格昂贵 , 使用寿命短 (34a , 故 障率高 , 容易断裂 , 只要断裂 1根就会导致湿洗单 元循环水固体含量严重超标 , 被迫停车 。按照 Shell 公司风险控制理论 , 滤芯破裂为顶 级事件 。 反吹系统正常工作 、 使用合格滤芯 、 监控 过滤器压差等预防措施效果有限 , 不能阻止顶级 事件发生 。 一旦发生顶级事件 , 没有任何控制措 施 , 只能尽快停车 , 损失巨大 , 加之出现频率高 , 可 以将滤芯破裂风险等级确定为高风险 。3 煤烧嘴寿命未达设计要求 。 长周期运行后 期 , 烧嘴头部熔蚀漏水 , 现有烧嘴在寿命期间内 (8

17、 000h 出现严重的裂纹和孔洞 , 泄漏烧嘴冷却水 , 在冷却水不能及时维持供应时 , 会导致停车 。 从安 庆分公司 SCGP 装置长周期运行停工后检查情况 看 , 在气化炉相对低温操作工况下 , 4个烧嘴头部 均出现热裂纹泄漏 , 其使用寿命为 40005000h , 若要更换烧嘴就必须停车 , 说明单台气化炉要实 现更长连续运行周期有很大难度 。4下一步攻关方向1 减少渣屏堵渣机率 。 根据同类装置使用低 铁煤 、 从来没有渣屏堵渣的经验 , 尝试使用高灰熔 点低铁煤 , 逐步降低入炉粉煤氧化铁含量 , 减少渣吴昌保 . 壳牌煤气化装置运行情况分析 832013年 第 36卷 与天然气

18、化工 , 2006:354-358. 5李庆钊 , 赵长遂 . 燃煤电站二氧化碳控制技术研究 J . 锅炉 技术 , 2007, 38(6:65-69. 6高洁 , 郭斌 . 温室气体二氧化碳的回收与资源化 J . 污染防治技术 , 2007, 20(1:56-59.7申树芳 , 王换荣 . 二氧化碳的排放与分离控制技术简介 J . 化学教学 , 2008, 21(2:72-73. 8房 昕 . 温室气体二氧化碳的分离回收与综合利用 J . 青海 环境 , 2009, 19(1:34-38.9张辉 , 罗玉 . 二 氧 化 碳 的 资 源 化 利 用 J . 辽 宁 化 工 ,2011, 40

19、(6:601-607.D ISCUSSION ON RECOVER AND UTILIZATION OF CO 2FROMRECTISOL TAIL GASW u Shengjun , Y ang L ei , F eng D elin , L i K ai , L i Y ing(Lanzhou Branch of Changzheng Engineering Co . , Ltd . , Lanzhou 730050Abstract :An introduction is given to the rectisol process linked up with the pulverized

20、 coal -basedsynthetic ammonia. An analysis for flow-rate and composition of tail gas is made. The technical characteristics of adsorption and rectification of CO 2recover technology matching with the rectisol unit is discussed. The re-sult indicates that adsorption and rectification of CO 2recover t

21、echnology has great importance in the compre-hensive utilization of resources , lowering down carbon emission , economic benefits and ecological protection.Key word s :rectisol ; CO 2; energy saving and emission reduction ; recover and utilization屏堵渣机率 。 2 扩大原料煤资源 。 积累混配煤使用经验 , 完善入炉煤种预评价和后评估数据库 , 为优

22、化配方 和扩大原料煤资源提供技术支持 。3 延长高温高压飞灰过滤器滤芯使用寿命 。制定滤芯特护指令 , 确保反吹阀门工作正常 ; 制定 滤芯再生程序和质量检验程序 , 控制滤芯再生质 量 , 只有经检验合格的滤芯才能再次投入使用 , 滤 芯清洗一般不超过 2次 ; 关注国产陶瓷滤芯 、 金属 滤芯和保安滤芯的试用情况 。4 预防十字吊架结垢 。 优化激冷比 、 水氧比和入炉煤配方 , 预防十字吊架结垢 , 延长开车周期 。5 预防合成气管道泄漏 。 充分利用 RBI 专家系统的历史检测数据 , 完善预防性管线检测计划 。 做到定点定时检测 , 消除隐患 。 利用大修机会对所 有合成气管线和相关的管线进行全面的检测 , 对腐蚀严重的管道进行更换处理 。 合成气激冷气压 缩机进 、