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氣化爐壓差變送器備爐故障處理及質量控制

作時間:2019-03-29  來源:  作者:
   

 摘要随着煤化工項目的核心裝置多噴嘴對置式水煤漿氣化爐在國内快速應用,保證其高效穩定地運行對裝置生産效益提升将有很大幫助。因此除了工藝安全生産操作外,每周期例行的停備爐檢修也是同等重要。研究着重探讨如何保證氣化爐儀表系統備爐所涉及的故障處理和質量控制工作,以達到項目生産長期穩定安全運行的目的。

 
引言
            安徽華誼氣化工段采用的是華理四噴嘴對置式水煤漿氣化爐,其爐内燃燒反應室溫度高、壓力大、生産條件惡劣,同時儀表系統也直接參與生産運行。本廠采用開2備1的方式生産,每次備爐需要各機電儀靜設備同時施工,因此儀表備爐工作是安全生産的保證。以下針對氣化爐儀表系統備爐期間遇到的問題及改造進行分析總結。
 
1儀表系統備爐常見故障的處理
1.1高溫熱電偶故障的處理
            水煤漿氣化爐燃燒室采用耐火磚砌築,爐壁上面留有上中下三個不同位置的法蘭安裝孔,以保證安裝低溫或高溫熱電偶,其正常生産時,爐内反應溫度是通過高溫熱偶直接測量。由于爐内溫度高且長期處于惡劣反應環境,工作人員在實際操作中反映高溫熱偶利用率低、故障率高,導緻每次停爐必須更換。在停爐低溫下更換熱偶易損壞爐膛耐火磚,必将造成更大的經濟損失。
 
            經分析發現,高溫熱電偶的故障原因首先是現場的高溫熱電偶安裝插入深度問題,安裝前按規定要求進行了适當的縮進操作,但還是出現了開爐投料後遂即熱電偶失效的故障;其次是壓所縮式密封組件洩漏問題,爐膛溫度所洩漏高溫高壓易燃易爆工藝氣體是安全生産禁止的;最後為停爐備爐時高低溫熱電偶切換安裝時,熱電偶套管與煤渣、熔漿、爐壁融合在一起難拆卸,爐壁容易被損壞的情況發生。
 
            針對以上問題需進行各種相對應的技術處理。首先結合工藝操作條件、運行周期和爐壁厚度等數據,多次試驗總結出插入深度由突出10mm到齊平爐壁,最後确認縮進20mm為最佳參數,為此制作專用測量工具(如圖1所示)用于實施解決問題。其次,熱偶從爐外法蘭處經爐牆、多層耐火磚牆插入爐内燃燒室,熱偶經常因各耐火層熱膨脹程度不同而出現擠壓損壞,導緻壓縮式密封組件出現洩漏,對填裝密封材料的不鏽鋼壓套組件進行車床密封線加工後塗抹高溫密封膠并配以紫銅墊圈壓縮隔離解決問題。最後,通過與廠家溝通,前端插入爐内的保護套管更換為材質具有優良的高溫機械強度和熱震穩定性及高溫密封性能的“剛玉莫來石管—钼基金屬陶瓷管—高純度氧化鋁管”三重保護,克服了缺陷,減輕了勞動強度并縮短了熱偶更換時長。
高溫熱電偶安裝測量專用工具
1.2 雙法蘭變送器故障的處理
            水煤漿氣化爐儀表系統均需接觸高溫高壓強腐蝕工藝反應液,面對這些苛刻的工況,在項目設計選型時就提前加以考慮了防 範 措 施,測控儀表變送器膜片采用耐腐蝕、耐高溫合金材 質(必要時加厚耐負壓膜片、全 焊 接 膜盒)。為防止取壓 管 線 堵 塞,增加法蘭間沖洗環,輔 之 以高壓沖洗水,保證雙法蘭變送器工況下正常測量。在氣化爐運行 中,對這些雙法蘭變送器制定的沖洗周期為每周一次,但實際運行投用效果不佳,後期每日沖洗次數與檢修工作量呈直線增加的趨勢。重複勞動強度增大,沖洗時解除儀表聯鎖也對裝置安全運行構成威脅。後改為采取連續沖洗,又發現儀表系統指示波動較大,影響安全生産運行,而且沖洗效果也不明顯。經檢查發現,取源管線結垢依 舊 嚴 重,變送器膜盒也有不同程度的損壞。這是因為沖洗口距離變送器膜片非常近,沖 洗 水 壓力約為8.5MPa,氣化爐壓力約為6.5MPa,有接近2MPa的高壓差。當沖洗水沖入管嘴後,形成射流抽引擾動,而使變送器壓力值波動。同時,沖洗水出水口對着沖洗環,難以對取壓管線 形 成 有 效 的 沖 刷 除 垢,反而對膜片進行切割狀沖洗,使之産生嚴重的凹凸痕迹,影響在正常生産過程中的使用[1]。
 
            經過多次備爐數據分析試驗,對沖洗水系統進行改造。對沖洗環出水口至工藝一次閥之間進行改造處理并增加一段彎管 沖 洗 管 線(如 圖2所 示),使高壓出水口遠離膜盒表面并正 對 取 源 管 線,既減少了對膜片的測量幹擾,同時又能有效沖刷取源管線内結垢介質,也确保了工藝操作的正常進 行。系 統 改 造 之 後,對一台氣化爐激冷室液位進行連續 沖 洗 試 驗,發現在對沖洗水進行多次投用和停止的過程中三個相同液位顯示值變化不超1%,與之前沖洗時數值變化率超50%相比,改造後效果顯著,且沖洗水的投用與否并沒有影響液位的正常指示。同 時,在投用期間也未發生取源管線内結垢堵塞問題(如 圖3所示),在停爐備爐拆除檢查時也能印證。
改造原理示意改造後取源管線
            後期生産中又通過增加調節沖洗水系統管線中就地轉子流量計,既對高壓沖洗水進行減壓處理,又調節水量大小,節能節水又同時保證系統的正常投用。而 後 逐 步推廣至水洗塔、含渣水處理系統等測量儀表上,這種改造措施保證了儀表設備的正常運行,也為氣化爐的優質運行建立了基礎。
 
1.3 鎖鬥系統故障處理
            氣化爐内反應後的工藝殘渣在經過激冷水洗滌冷卻後進入鎖鬥系統聯鎖需遵循以下原則:(1)排集渣過程中不能引起爐内壓力、液 位 波 動;(2)工藝殘渣不得向鎖鬥系統外帶壓排放[2]。受程序自控的鎖鬥集排渣進行一次循環約半小時,鎖鬥系統閥門在侵蝕作用很強的情況下使用。鎖鬥順控系統的閥門需采用耐沖刷、硬密封球閥,且閥球、閥座應堆焊或噴鍍硬質合金以保證工藝和安全要求。
 
            在日常的鎖鬥 備 爐 中,我們發現有兩處出現問題較多。首先是鎖鬥系統閥門的執行機構部分,尤 其 是 鎖 渣閥。其執行機構内部連接件在長期頻繁開關過程中,連接件間磨損異常嚴重,強度也有所降低,期間甚至出現脫離故障(如圖4所 示),導緻閥門不能正常使用而影響安全生産,因此每次備爐需對閥門執行機構開蓋檢查,及時發現處理問題。其次是對鎖鬥系統閥門的密封性進行檢查,這些閥門内部經過長周期的沖刷,閥座沖刷磨損嚴重無法密封(如圖5所 示),閥球表面也容易卡渣使閥門無法動作導緻出現 閥 門 内 漏 問 題,這些都容易引起鎖鬥故障,造成無法順 利 排 渣。同時還應該仔細對其氣路相關附件進行檢查,查看氣路密封性及附件動作情況、開關時間、切換聲音等方 面,來保證閥門處于完好狀态,控 制 鎖鬥閥門備爐質量。針對問題後期也積極改進,将 雙 汽 缸執行機構更換為 單 缸,以減少倆汽缸間的不平衡力對連接件沖擊磨損,至今在正常工況下仍穩定運行。
鎖鬥系統執行機構脫離故障閥座沖刷磨損
1.4 安全聯鎖系統閥門故障的處理
            氣化爐安全聯鎖系統經過各重要工藝參數來控制進出料系統所有閥 門 動 作,來達到系統安全生産運行的要求,其系統閥門主要包括煤漿、燒嘴冷卻水閥等。由于系統對儀表閥門安全性和可靠性等都有嚴格的技術指标要求,故采用如 TYCO/Flowserve等進口閥門,但在苛刻的工況下長期使用仍然存在部分故障。雖然氧氣調節閥汽缸式執行機構具有很高的剛性強度,定 位 精度和可重複性能也使閥門在大壓差的工況下保持狀态穩定,但受限于配套的定位器、閥位變送器分體設計的情況(如圖6所示),實際工況下氧氣流量控制偏差并不能保證調節閥整體的不靈敏區小于0.1%。利用現有備件中的智能定位器進行一體化改造(如 圖7所 示),使閥 門 控制、閥位反饋、開關位置反饋集中控制,使得原有閥位将近1%的偏差縮小至近0.1%的控制精度,完全 滿 足 了 工藝生産對氧煤比控制的聯鎖安全要求。另 外,高 壓 氮 氣切斷閥用于氧氣管線和煤漿管線的高壓氮氣吹掃和緩沖作用,正常工況下壓力高,壓差大,密封等級要求高,有開關速度的要求。在幾個長周期的爐齡使用後,閥 門 在 全負載和卸載情況 下,全行程動作時間已經達不到設計要求。對氣路及附件進行調整并未有效,因此對彈簧汽缸處增加一路氣源,改為雙氣動執行機構模式。改 造 後 增加了執行力,使之動作時間正常,工藝開停車程序得以安全運行。
改造前分體設計改造後一體設計
2儀表系統備爐的質量控制
2.1 遠傳儀表的質量控制
            氣化爐遠傳儀表主要包括溫度、壓力、流量等測量元件,它們的備爐檢修檢查質量直接影響工藝生産過程,故對其質量控制點 需 做 到 細 緻 分 類、準 确 執 行、全 面 複 檢,如現場拆卸保護、測量元件清潔保養、複 位 安 裝 校 驗,這些必要的内容等均需要多方簽字确認後作為備爐資料存檔。
 
            對于無根部閥門切斷的高溫熱偶應着重處理,故 現場組裝時需特别注意組裝方式及順序。尤其是氣封組件的安裝需逐步安裝确認(如圖8所示)。順序錯誤則會導緻密封瓷環壓碎損壞,輕則導緻整套高溫熱電偶報廢,重則切爐投料時工藝氣溢出造成安全生産事故。
壓縮式密封組件及高壓陶瓷密封件配套結構圖
2.2 自動控制系統的質量控制
            氣化爐自動控制 系 統 主 要 包 括 串 級 控 制、DCS順控系統、SIS安全聯鎖系統等。閥門系統的檢維修質量的可靠性決定着系統 運 行 的 安 全 性,因此備爐期間需對聯鎖系統進行試驗,以保證其運行正常可靠。
 
            閥門系統質量控制主要是以下幾點:(1)現場拆卸須法蘭密封面完整,閥門附件完好;(2)檢查閥芯情況,要求射流清洗後閥芯無附着物和明顯缺陷;(3)執行機構動作正常無卡涉,汽缸 無 腐 蝕 洩 漏;(4)現場回裝閥門的密封墊片完好,敲緊所有法蘭連接螺栓,确保無洩漏;(5)行程校驗時定位器無 報 警 且 輸 出 反 饋 正 常,中控遠程操作正常。确保閥門系統檢修質量的同時,也需要進行鎖鬥系統試驗和氣化爐緊急停車系統試驗并多方确認。試驗的閥門動作時間以及閥位反饋狀态是重點關注的(如 圖9所示),因為任何一個超時或不到位都會引起系統的故障,所以在空試聯調的時候,記錄确認每個閥門的開關行程時間和閥位狀 态,來确保其滿足安全系統設計規定的要求。
 
3結語
            氣化爐的備爐工作主要是發現問題、分 析 問 題、解決問題和總結經驗,因為每個疏忽都可能導緻在開爐過程中發生事故,造成重大損 失。所以在備爐工作中要形成專項工作制 度,每次檢查時須做好相應的記錄,各 種儀表設備表單 逐 項 确 認,并總結經驗加以改進,持 續 提升管理水平,确 保 有 始 有 終。隻 有 這 樣,才 能 保 證 備 爐儀表工作保質保量完成,為氣化爐系統長周期運行提供保障。
 
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