岳阳Shell粉煤气化装置运行情况总结
胡益民（岳阳中石化壳牌煤气化公司，湖南 岳阳 414003） 1 装置简介
空分装置：采用林德公司的空分技术和进口[wiki]设备[/wiki]，氧气产量48000 m3／h，同时生产超高压氮气28360 m3/h，中压氮气27530 m3／h和低压氮气32500 m3/h。装置主要由空气压缩和预冷系统、分子筛、氮气循环压缩机、制冷系统、精馏系统、液氧内压缩系统、氮气产品压缩机系统和液氮后备系统。主要设备为主空压机和氮气循环压缩机并由1台汽轮机驱动、分子筛装置、空冷塔、冷箱、膨胀机、液氧泵、氮气压缩机等。
磨煤装置：由中国华电集团设计，采用中速磨磨煤，粉煤在氮气气氛中输送和干燥，氧含量小于8％，粉煤粒径大于5 μm而小于90 μm的占80％，小于5 μm的和大于90 μm的各占10％。该装置共有3条独立的磨煤能力为43 t／h的磨煤干燥系列，2开1备运行，其中2条线制粉煤能力能满足气化炉100％负荷要求。装置主要由原煤仓、称重给磨煤机、循环风机、密封风机、惰性气体发生炉、燃烧风机、螺旋输送机、粉煤罐、石灰石卸料、储存和加入系统、过滤器、皮带等组成。
粉煤气化装置：采用壳牌粉煤加压气化技术，特点是采用较高的气化温度（1400～1600 ℃），转化率高、残碳含量低、煤的使用范围较宽（但要求在相对时间内煤的组成稳定）。装置设计处理煤（灰分含量17.6％）2000 t／d，最大设计处理煤（灰分含量25％）2500 t／d，粗合成气产量142000 m3/h［以100％（CO＋H2）计］，粗合成气中有效气组成89％（CO＋H2）。该装置共有7个单元，即粉煤加压和给料系统、气化系统、渣系统、飞灰系统、湿洗涤系统、废水汽提和澄清系统以及公用工程系统（氮气、液化气、冷却水、工艺水、蒸汽／冷凝液、仪表空气／工厂空气、酸碱系统）。主要设备有气化炉、合成气冷却器、陶瓷过滤器、粉末放料罐和给料罐、渣收集罐、洗涤塔、捞渣机、汽提塔、澄清池、各类容器、机泵、管道、[wiki]阀门[/wiki]、仪表、电气设备等。
整个工厂于2003年10月动工兴建，2006年1月开始试车，当年12月19日投产试运行。
2 装置试车基本情况 2.1 空分装置 1）试车经过
2006年3月9日至3月12日，通过改变升速曲线和解决齿轮箱漏油问题后，12日10：50汽轮机开始升温暖管，当天共进行3次脱扣试车。第一次转速800 r／min跳车以检验逻辑的可靠性，第二次转速2000 r／min跳车检验其重复性，第三次升速到设计的跳车转速5065 r／min联锁停机，汽轮机试车完成。3月20日9：00开始，主空压机完成4次防喘振测试，空压机试车结束。3月22日开始空冷塔和分子筛装填料，4月3日液氧泵（P2466A／B，P2467A／B）运行正常。
2006年4月30日21：00，氮气循环压缩机完成2次防喘振测试；5月3日15：00打
开HV2615阀并开始冷箱吹扫；5月4日10：00膨胀汽轮机试车成功，增压机防喘振测试。5月5日10：00膨胀机运行裸冷，5月7日8：00裸冷结束。
2006年5月9日至5月13日，冷箱内气密检查和消漏。5月14日至5月21日，冷箱内脚手架拆除。5月19日至6月1日，冷箱装珠光砂。6月2日膨胀机箱装珠光砂。 2006年6月7日11：00，空分系统第一次开车。6月10日11：38分膨胀机启动，18：43由于振动高跳车，后多次启动，11日1：03由于轴承温度高跳车。后经检查叶轮损坏。6月15日17：00再次开车，6月17日9：32备用转子不能启动；6月18日调整轴向间距，6月20日19：38开始运行膨胀机。6月22日8：22，上塔和下塔液位正常，得到合格氧气和氮气。液氧泵P3568A运行基本正常，P3568B有待进一步调试。6月26日21：15因膨胀机轴承温度高跳车。经检查，叶轮和轴封均已损坏。在膨胀机检修期间，进行了仪表空气压缩机和氮气压缩机的试车。
2006年7月1日，低压液氮泵运行正常。7月3日，高压液氮泵完成试车，整个空分装置的试车工作结束。
2）试车中出现的主要问题
①主空压机和氮气循环压缩机漏油。第一次主空压机漏油是由于油箱负压小引起的；第二次漏油是由于使用的密封胶不耐油引起的；第三次氮气循环压缩机漏油是由于密封气孔板孔径改小，入口压力无法释放引起超压造成的。这些问题均已解决。②汽轮机上下缸体温差大引起跳车。原因是在原来的升速曲线中没有停留过程，缸体受热不均，温差大。后来改变了升速曲线，在2200 r／min时设置了停留时间，根据冷开车或热开车不同可以有不同的时间，问题得到解决。③氮气循环压缩机一级出口管线振动大。原因是在升速过程中，出现了轻微的喘振，加上支架设计不符合要求。解决办法是扩大了防喘振阀通道，同时对支架重新加固，对操作条件进行调整，入口导叶开度由原先的35％改为50％。④温度点故障、振动值高跳车。由于设计中有多处单点温度联锁，其中5次温度点故障跳车以及增速箱瓦质量问题导致振动值高跳车。8月15日停车检修通过对温度点移位，采用二选二和三选二已经解决，之后再未出现仪表开路造成跳车的情况。⑤控制阀执行机构弹簧选型不符合要求影响试车的正常进行，更换后已经正常。⑥膨胀机叶轮由于共振而损坏。目前已更改了叶轮，喷嘴由14个改为17个，并设置了2个非停留区域。⑦循环氮气压缩机二段出口密封圈损坏导致出口压力低，温度高。目前已更换密封圈，性能测试期间表现良好。根据壳牌专家的报告，循环氮气压缩机末级叶轮尺寸不符合设计要求，已经在2007年9月更换。⑧仪表空气压缩机主油泵无法建立初始油压。目前已更改油路，并增设了排气阀，解决了问题。 2.2 磨煤装置 1）试车经过
磨煤装置工艺较为简单，试车主要包括惰气发生炉的烘炉、系统的气密、动设备（螺旋、皮带、风机）的试车、仪表、控制系统测试、试磨石灰石、磨煤机试车，通过调整磨煤机各参数以获得满足使用气化要求粒度的粉煤。从7月初开始试车到8月底3条线磨煤试车完成，历时近2个月的时间。主要是循环风机振动大返厂修理、布袋过滤器／粉煤过滤器顶盖、本
体漏、伴热管线漏点多、粒度分析仪调试不好、惰气发生炉点火枪故障、[wiki]露点[/wiki]仪故障等影响了试车。影响最大的是循环风机振动问题和过滤器泄漏问题。 2）试车存在的主要问题
①循环风机振动大。7月5日循环风机开启后不到1d，发现轴承温度高、振动值高跳车。拆开检查轴承上下瓦损坏，随后循环风机开启后也存在同样的问题。拆转子送厂家更换新轴，重新做动平衡，更换轴承到7月底解决了问题。②磨煤机首次试车振动大。8月8日磨煤B系列试车，磨煤机振动特别大，立即停车。分析原因为首次加入磨煤机的煤量太少（设计为500 kg）造成振动大。次日重新试车，将加入煤量800 kg后启动磨煤机，同时加载力降到0.1 MPa，试车成功。③布袋过滤器、粉煤过滤器本体和顶盖泄漏。由于过滤器制作时施工错误，导致循环氮气侧和布袋侧之间的密封板未满焊从而氮气中的粉煤从放空管中溢出。同时顶盖密封设计不合理导致氮气泄漏。通过整改解决了粉煤从放空管中溢出和过滤器顶盖泄漏问题。④露点仪、火焰检测仪、氧含量分析仪故障。露点仪、火焰检测仪故障多，露点仪主要是粉煤污染所致，火焰检测仪可能由于液化气夹带液体损坏，考虑增加分离罐来解决。 2.3 煤气化装置 1）试车经过
①气化炉。2006年1月完成了气化炉的煮炉，主要通过控制化学药剂的浓度、炉水温度直到分析药剂浓度不再下降为合格，一共进行2次。从2006年3月10日开始，到3月底完成了气化炉烘炉。②烘炉结束后，开始进行水通道检查，发现部分水冷壁管的孔板堵塞，割管后清理重新焊接，发现有气化炉内件在国外施工和国内组装时留下的杂物如焊条、焊渣、细金属罐等。第一次处理完后重新进水循环并进行第二次水通道测量又发现有新的管道堵塞，再次处理后进行第三次测量，仍然有新的管道堵塞。于是决定进行反冲洗，经过测量后，只剩下为数不多的几根堵塞，最后割管清理重新焊接，经过第四次测量后合格，整个水通道的处理花了将近3个月的时间，直到8月18日才告完成。③从磨煤试车成功后，即8月中旬开始煤循化测试，主要检验速度计、密度计的准确性和可靠性，通过测试回归粉煤流量计校正系数，通过解决速度计易损坏、不稳定、粉煤管道磨蚀穿孔等问题后，4条粉煤循环线的测试到12月6日结束，同时由于粉煤循化2次后变得太细不能再循环而需要排放，通过临时管线接到飞灰系统低压部分测试顺控逻辑从而完成该单元的实物试车。④渣系统的试车除陶瓷管内衬破裂进行更换和改进外，试车较为顺利，9月完成了系统水循环和顺控的测试试车、检验了有关的测量仪表和逻辑控制。⑤废水汽提和澄清系统，通过水联运试车可以检验机泵、测量指示、控制仪表、逻辑回路，到6月20日装置联动试车完成。⑥急冷气压缩机试车。2006年9月25日油循环完成，10月3日送干气密封后发现损坏，当压力在0.8 MPa条件下无法盘车，经过增加干气密封固定螺栓数量和强度，改成无压力条件下盘车和启动压缩机方案，于11月10日完成了汽轮机脱扣试车。随后进行了消缺，于11月28日正式开车运行。⑦烧嘴冷却水系统首次试车时，过滤器压差高、厂家设计的过滤面积偏离基础设计工艺包要求。后通过改进扩大面积后解决。⑧11月29开始点火烧嘴点火试验，经过多次试点和更改液化气孔板后，于12月5日完成。与此同时11月29日开始开工烧嘴柴油管线和氧
气管线充氮模拟测试，测试阀门开关时间和顺控系统工作是否正常并确定柴油流量控制阀、压力调节阀的预设开度和所有阀门开启的时间设定值。12月6日至8日开始进行开工烧嘴点火试验，共进行了7次试点，通过调整有关参数和时间设定与12月8日点火成功。⑨从11月27日开始对4条粉煤输送线的氧气线充氮气分别为0.7，1.5，2.5，4.0 MPa时，测试氧气阀门的开关时间。11月29日开始模拟投料测试，粉煤输送线压力分别升到0.1，1.5，2.5，4.0 MPa测试有关阀门的开启时间和顺控逻辑，于12月2日完成。⑩2006年12月19日一次投料成功。
2）试车过程中的主要问题
①静设备。通气锥易损坏：由于工艺设计不完善导致粉煤加压过程中，通气椎的实际压差明显高于设计的运行最大压差，导致损坏。通过增加压差显示和改变升压速度，严格控制压差小于1.0 MPa，解决了压差过高导致设备损坏问题。烧嘴隔焰罩漏：由于设计不能满足生产工艺要求，运行数天后就会损坏，通过更换材料、增加水流量等措施现基本解决。但没有在满负荷条件下检验。S1201／S1202／S1501过滤器：设备制作时质量控制不严，存在缺陷，后解决。换热器漏：E3051氮气加热器，压缩机油冷却器因制造质量不好泄漏，已解决。烧嘴冷却水过滤器阻力高：设计面积过小，经厂家改进后符合要求。②动设备。急冷气压缩机：试车过程中遇到了很多问题，如转子不平衡、干气密封固定螺栓数量不够、强度不足、盘车器在设计压力下不能盘车、口环损坏、振值高等问题。锅炉水循环泵／工艺水泵2／渣水泵：因设计原因轴承温度高，工艺水泵通过返厂修理后解决。锅炉水循环泵通过现场解决管道应力和对中后解决了问题。渣水泵现场维修解决。③支架、管道、阀门问题：现场的管道支架设计数量偏少或强度不足和不符合有关要求，共整改现场支架300多个。氧气管线：施工质量管理不严，存在焊缝焊瘤超高、焊缝不合格、油脂清洁不合要求、管材用错等。电伴热质量差，多次更换冷端头和部分更换电伴热。单向阀泄漏：氧管线单向阀、吹扫氮气单向阀质量差，全部返厂修理后才合格。法兰泄漏多：气密进行不顺利，很多法兰泄漏，有垫片质量问题，有密封面损坏问题，更有安装质量问题，几乎大多数垫片进行了更换。④仪表问题。速度计和密度计：可靠性差，易损坏。粉煤料位计：测量不准确，波动大、易受干扰，改为放射性源测量后解决。飞灰料位计、原煤仓料位计：易受干扰，波动大，稳定性差。粉煤三通阀：易卡，时常打不开，有时需要多次才能打开。有相当多的阀门开关时间达不到要求：经过提高供气源压力和改进气缸后解决。粉煤平衡阀使用一段时间后内漏严重，改渗碳处理后依然不好，计划改变阀门结构形式来解决。⑤工艺问题。粉煤粒度偏细：按照磨煤机的设计条件，正常时加载力13MPa，旋风分离器转速80～150 r／min，循环风量80000 m3／h。而实际为了达到规定的粉煤粒度，磨煤机已经在边界条件下运行，加载力仅为5 MPa，分离器转速50 r／min，风量为80000 m3/h。粉煤循环：粉煤循环的工作量大、耗时久，远比预计的要复杂。整个4条线的粉煤循环工作经历了3个月才完成。粉煤架桥：粉煤输送过程中易架桥，通过改变充压方式和时间得到解决。柴油无循环管线：试车时发现柴油管线没有循环线，无法保证柴油干净，临时增加循环管线。水通道堵塞：在进行水通道检测时，发现部分水冷壁管阻力高，割开管线后发现有杂物堵塞，反复多次才彻底清理干净，历时3
个月。煤控制阀堵塞：由于煤中的杂物造成，增加了过滤纤维筛。 3 煤气化装置运行情况 3.1 运行总体情况 1）运行情况
岳阳中石化壳牌煤气化有限公司自2006年12月19日气化装置一次投煤开车成功，到目前为止，气化装置已经累计开停车14次。其中，空分装置累计连续运行159d，最长连续运行61d。气化装置累计连续运行96d，最长连续运行49d。
在基本解决了烧嘴隔焰罩泄漏导致装置频繁停车的重大隐患后，从2007年5月开始，装置运行明显好转，5、6月，开工率分别为28.3％和56.3％，7月实现最高开工率62％（以合成气有效负荷计，若以煤计达78％）。运转率见表1。
2）原料煤使用情况
气化装置用煤品种较多，累计已经使用山西潞安常村王庄矿（HM081）、四川广安蔡山洞煤矿（HM181）、云南镇雄矿（HM031）、贵州金沙矿（HM138）、湖南白沙红卫南阳矿（HM201）、湖南白沙红卫南阳矿精煤（HM201s）和四川宜宾永兴矿（HM198）等7个煤矿产的碎煤。 由于不同品种的原煤库存数量少，平均每4d切换1次原煤。有时1d之内切换2次原煤，给气[wiki]化工[/wiki]艺调整带来困难。通过对多种煤的试用，发现有的煤种如HM081易结垢，造成合成气冷却器出口温度超高，最高达到370 ℃，虽然增加敲击器频率，效果甚微，最终通过切换煤种才将温度降到可控制范围，但敲击器频率已到最大。其次使用精煤时，由于原煤颗粒很小，易磨碎，即使调整了磨煤机参数，仍然导致粉煤粒度偏细，从而造成粉煤输送线不稳，气化炉温度波动，严重时造成炉内耐火材料和钉头损坏。
经过比较已经使用的7种煤，HM081的主要问题是结垢，HM201／HM201s主要是煤线极不稳定，只有4种煤能满足使用要求，即HM181，HM031，HM138和HM198，但HM181已经无资源，HM198资源分配给兄弟厂，目前只有HM031和HM138两种可安全使用的煤；HM196在下次开车时考虑试用。不同煤种主要消耗见表2。