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黑水减压阀后管道磨损问题

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发表于 2019-9-10 14:18:29 |显示全部楼层
       [摘  要] 水煤浆气化工艺自上世纪90年代引入我国以来,通过消化吸收、优化完善及再创新,其工艺技术取得了长足的发展并日臻成熟,但从目前在运GE水煤浆气化装置的情况来看,仍存在黑水减压阀后管道磨损、锁斗管线振动、真空过滤系统操作困难等一些影响装置运行质量的技术短板问题。对上述问题的原因进行详细分析,并提出一些解决思路和办法。

[关键词] 水煤浆气化;黑水减压阀后管道磨损;锁斗管线振动;真空过滤系统操作困难;原因分析;解决思路

[中图分类号]TQ546.2[文献标志码]  B[文章编号]  1004-9932(2019)03-0014-03
0  引  言
自鲁南化肥厂引进的国内第1套水煤浆气化工业示范装置于1992年10月投运以来,通过生产企业、工程单位、设备厂商等的协作,不断对其进行消化吸收、优化完善及再创新,水煤浆气化工艺在国内得到了长足的发展并日臻成熟。但从目前在运装置的情况来看,GE水煤浆气化(原德士古水煤浆气化)工艺仍有一些问题在一定程度上影响着装置的运行质量,需进一步探索和研究。以下笔者就GE水煤浆气化工艺的几个技术短板问题谈一谈自己的粗浅认识。

1  黑水减压阀后管道磨损问题
水煤浆气化炉和煤气洗涤塔的高温高压黑水需减压后进入黑水闪蒸罐,由于这股黑水属于含固体颗粒的气液两相流,导致黑水减压阀后的管道磨损非常严重。经分析,认为黑水减压阀后管道严重磨损的原因有三:① 高压液体经减压阀节流后,静压能转化为动能,产生高速射流;② 液体中夹带的固体颗粒在高速气液两相流的携带下以很高的速度对管道或容器产生冲击;③ 高温高压黑水减压后会产生大量气体,进一步提高了减压阀后流体的速度。

首先详细探讨一下高温高压黑水减压阀后的工艺过程。减压阀后的高温黑水属于过热液体,过热液体经减压后会发生闪电般、爆炸式蒸发,其物理变化过程同高压锅爆炸时的过程非常接近,因此笔者将这个过程称作“闪蒸”。液体的汽化过程有蒸发和沸腾2种形式:只在液体表面进行的汽化过程叫蒸发;在液体表面和内部同时进行的汽化过程叫沸腾。很显然,沸腾过程的剧烈程度要远强于蒸发过程,而过热液体的闪电般爆沸过程又比一般的沸腾过程剧烈得多。实验室里用烧杯烧水的过程,可以很清楚地看到液体内部的沸腾(汽化)过程主要集中在底部靠近热源的一个薄层内。但是,黑水减压阀后的高温黑水属于过热液体,过热液体内部任何一点的温度都高于该压力下液体的沸点,即过热液体内部任何一点都具备发生沸腾的条件,所以,黑水减压阀后过热液体沸腾的剧烈程度要远比一般状况下的沸腾强烈得多。

上述分析表明,高温高压黑水经减压阀节流后的“闪蒸”是一个非常剧烈的汽化过程,“闪蒸”过程会产生大量的水蒸气,这部分气体大大提高了液体的流速,此气液两相流具备非常高的动能,流动过程中会对管道、容器产生强烈的冲刷。

目前,黑水减压阀后均设置了较大的扩径段,并适当加长了黑水减压阀后射流的缓冲空间,但实际上“闪蒸”过程主要发生在这个狭小的缓冲空间内,而在其后闪蒸罐内进行蒸发的比例很小,因为远高于沸点的过热液体途经减压阀是没有“耐心”等到进入闪蒸罐才进行蒸发的,如此一来,闪蒸罐的主要功能就剩下储存作用了。简言之,黑水减压阀后的射流缓冲空间就是实际意义上的闪蒸罐,黑水减压阀后缓冲空间的体积太小了,与其承担的“艰巨任务”非常不匹配,其尺寸需要大大扩大。

不妨改变一下设计思路:将4个黑水角阀(1台气化炉配置4个黑水角阀)改为水平安装,直接安装在闪蒸罐的本体上,让黑水减压阀后的射流直接在闪蒸罐内进行缓冲,且黑水减压阀要安装在正常操作液面以下。此种设计思路的考虑如下:① 一般地,投煤量2 000 t/d的GE水煤浆气化装置,高压闪蒸罐的内径为3 800 mm,在黑水减压阀安装处再设置1个接管口,如果接管口的尺寸为800 mm,这样黑水角阀后射流的缓冲长度就有4 600 mm,这样长的缓冲距离再加上闪蒸罐液面下水体的阻力,进入闪蒸罐的黑水射流到达对面设备内表面时就基本上没有多大冲量了;② 气化炉的黑水减压阀和水洗塔的黑水减压阀相对设置,虽然2股射流强弱不等,但两股黑水对撞一下还是可以大大消耗彼此的能量的;③ 黑水减压阀布置在液面以下,高速的射流一旦进入液体内部,比如水的动力粘度为890 μPa·s,空气的动力粘度为18 μPa·s,物体在液体中的运动阻力一般是在气体中的几十倍,如此一来,高速射流进入液体后由于运动阻力的存在就没有多大能量了。这样的设计,对于解决黑水减压阀后管道磨损问题或许能收到不错的效果,值得进一步分析与论证。

赵爽,王伟
[恒力石化(大连)炼化有限公司,辽宁 大连116300]




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