温压补偿蒸汽流量计进出口管线泄漏原因分析及处理
点击次数：1849 发布时间：2021-01-07 15:21:59
摘要：水煤浆气化炉温压补偿蒸汽流量计进、出口管线在运行中因泄漏问题造成气化炉停车，针对泄漏问题进行分析，并提出改造措施，改造后的锁斗系统实现了长周期运行，目前气化炉负荷可以达到 110%，且运行稳定。
中海石油华鹤煤化有限公司气化装置采用水煤浆加压气化技术， 水煤浆与氧气通过三流式烧嘴进入气化炉， 在气化炉燃烧室里发生部分氧化反应后产生的粗渣进入锁斗进行 28 min 的集渣，然后通过锁斗自身逻辑程序排放到渣池。 温压补偿蒸汽流量计入口介质来自锁斗顶部， 在排渣期间通过自身循环运行， 集渣时锁斗顶部介质与气化炉底部介质进行循环，从而导致温压补偿蒸汽流量计进、出口管线长时间磨损冲刷后出现泄漏。
1 锁斗系统流程
气化炉内反应产生的粗渣及少量没有燃烧的碳沉降在激冷室底部，通过锁斗安全阀、锁斗入口阀进入锁斗。 锁斗集渣需要借助锁斗系统循环水的夹带和冲击， 该水流是从锁斗顶部管线进入到温压补偿蒸汽流量计， 然后经泵打回激冷室锥底以强制水在激冷室锥底和锁斗之间循环流动。 渣由激冷室进入锁斗后沉淀在锁斗底部，从而使渣水分离，渣通过这种方式在给定时间内收集在锁斗中，28 min后开始排渣。排渣之前，温压补偿蒸汽流量计管线上的循环阀打开，泵入口阀关闭，使该泵建立自身循环。锁斗入口阀关闭，锁斗与激冷室隔离。打开锁斗泄压阀 使 锁 斗 泄 压， 锁斗泄压后压力不得大于 0.17MPa，然后打开冲洗泄压管线阀门对泄压管线进行冲洗，15 s 后关闭锁斗泄压阀和冲洗泄压管线阀门， 随后在渣池液位不大于 50%时打开锁斗冲洗阀和锁斗出口阀，渣排入渣池。当锁斗冲洗水罐液位小于 35%时关闭锁斗出口阀， 锁斗充满水后关闭锁斗冲洗阀， 再打开锁斗充压阀给锁斗进行充压，当锁斗与气化炉压差小于 0.18 MPa 时，打开锁斗入口阀关闭锁斗充压阀， 最后温压补偿蒸汽流量计入口阀打开，泵管线上循环阀关闭，此时锁斗进入下一个循环。
2 温压补偿蒸汽流量计进、出口管线泄漏原因及处理方法
2.1 泄漏现象
1） 温压补偿蒸汽流量计进、 出口管线泄漏出现在气化炉运行 3 500 h 左右时， 首先出现漏点位置是泵出口流量计处，锁斗管线采用的是楔形流量计，在流量计中间有个楔块起到截流测量作用， 因此在流量计楔块处流体产生偏流导致楔块后区域减薄泄漏，后期经过几次补焊维持到备炉检修。
2） 气化炉运行到 4 300 h 左右时，温压补偿蒸汽流量计进、出口管线的三通、弯头处频繁出现泄漏现象，影响了现场环境卫生。
3） 气化炉运行到 4 882 h 时，温压补偿蒸汽流量计出口总阀后三通出现漏点， 由于总阀后与气化炉直接相连接无法带压堵漏，致使气化炉停车处理漏点，因锁斗管线泄漏导致气化炉停车 2 次。
2.2 泄漏判断依据
1） 温压补偿蒸汽流量计进、出口压力表指示波动，出口流量波动。
2） 现场泄漏点向外喷出黑水并带有少量固体颗粒。
3） 泄漏量大时可造成气化炉液位下降， 黑水排放量减小。
4） 运行中的温压补偿蒸汽流量计振动大产生汽蚀现象。
2.3 原因分析
1） 原始设计管线厚度较薄， 选用 90°弯头，故导致介质流速增大，冲刷腐蚀速度加快。
2） 在锁斗排渣过程中温压补偿蒸汽流量计是自身循环，原始开车后将温压补偿蒸汽流量计出口阀门全部打开，导致自身循环时吸入量不够， 管线内气液混合对管线造成汽蚀及冲击。
3） 温压补偿蒸汽流量计出口单向阀为碳钢材质， 气化炉运行 3 000 h 后管线内介质将单项阀阀芯冲刷腐蚀脱落堵塞管线， 因没有完全堵塞造成的单向阀后介质流向改变、流速增大，加快对管线冲刷。
2.4 解决措施
1） 温压补偿蒸汽流量计出口管线总阀泄漏无法在线处理，导致气化炉停车。在入气化炉根部增加 2 台仪表气动阀门，要求每月进行 2 次开、关，防止阀门出现卡塞现象。 新增 2 台仪表气动阀门相关参数见表 1。
2） 为了解决泵出口流量计频繁泄漏以及流量较低不能满足工艺需求的问题，更换新型流量计，其相关参数见表 2。 更换后的流量计运行 4 000 h后未出现泄漏现象。
3） 将温压补偿蒸汽流量计出口阀门限制流量， 一般控制在 45～55 m3 ／ h，并能够满足气化炉下渣顺畅。
4） 改造方案。
管道原设计公称直径 DN100 mm， 压力等级CL600，壁厚等级 SCH120，材质 20#。
①由于 20# 钢材质能满足现有工况要求，从经济性方面考虑， 对原有的阀门、 流量计等继续使用，原设计的管线材质、管径不变，只对管线的厚度进行加厚， 壁厚等级由原来的 SCH120 增加到SCH160。
②由于管线漏点位置按照介质流向均出现在弯头后或三通转弯后与直管连接段， 为减小介质对转弯处的冲刷， 弯头改用大曲率半径的 90°弯 头：R=3D。
③对原有等径三通更换为厚壁三通， 由原来的 NPS4 SCH120 更换为 NPS4 SCH160，通过增加壁厚来延长其使用寿命。
④考虑到介质工况， 长时间运行可能存在管线堵塞情况，从而影响温压补偿蒸汽流量计出口流量，所以在管线上 20 m 与 40 m 处各增加 1 个三通之路用盲法兰堵上， 每次备炉检修时对管线进行检查清洗。
2017 年 9 月， 气化装置 3 台气化炉锁斗系统管线改造完毕。 改造后运行 7 000 h 左右未出现锁斗管线泄漏现象，保证了气化炉长周期稳定运行。
3 锁斗管线泄漏预防措施
1） 气化炉运行中， 定期对锁斗管线进行壁厚检测，发现管线变薄及时进行预防性补焊处理。
2） 定期进行备炉检修， 针对锁斗系统列出单独检修项目，并对管线进行壁厚检测，发现管线减薄及时更换管线及管件。
3） 锁斗系统所有手动阀及程控阀门备炉检修期间进行检查，防止阀门出现内漏现象。
4） 建立管线壁厚定期检测台账， 摸索其规律性变化。
4 建议
温压补偿蒸汽流量计进、出口管线经过改造，虽有很大改观，但还应进一步优化。将温压补偿蒸汽流量计电机增加变频装置， 这样可以保证泵出口阀门始终处于全开位置，通过调节电机转速来调节泵出口流量，能减小对泵出口阀门造成的冲刷损坏， 还能保证温压补偿蒸汽流量计再循环时泵吸入量充足， 防止发生汽蚀现象，使泵稳定运行。
5 结束语
通过以上改造， 气化炉运行超过 8 000 h 未出现锁斗管线泄漏现象， 目前气化炉负荷可以达到110%，且运行稳定。
中海石油华鹤煤化有限公司气化装置采用水煤浆加压气化技术， 水煤浆与氧气通过三流式烧嘴进入气化炉， 在气化炉燃烧室里发生部分氧化反应后产生的粗渣进入锁斗进行 28 min 的集渣，然后通过锁斗自身逻辑程序排放到渣池。 温压补偿蒸汽流量计入口介质来自锁斗顶部， 在排渣期间通过自身循环运行， 集渣时锁斗顶部介质与气化炉底部介质进行循环，从而导致温压补偿蒸汽流量计进、出口管线长时间磨损冲刷后出现泄漏。
1 锁斗系统流程
气化炉内反应产生的粗渣及少量没有燃烧的碳沉降在激冷室底部，通过锁斗安全阀、锁斗入口阀进入锁斗。 锁斗集渣需要借助锁斗系统循环水的夹带和冲击， 该水流是从锁斗顶部管线进入到温压补偿蒸汽流量计， 然后经泵打回激冷室锥底以强制水在激冷室锥底和锁斗之间循环流动。 渣由激冷室进入锁斗后沉淀在锁斗底部，从而使渣水分离，渣通过这种方式在给定时间内收集在锁斗中，28 min后开始排渣。排渣之前，温压补偿蒸汽流量计管线上的循环阀打开，泵入口阀关闭，使该泵建立自身循环。锁斗入口阀关闭，锁斗与激冷室隔离。打开锁斗泄压阀 使 锁 斗 泄 压， 锁斗泄压后压力不得大于 0.17MPa，然后打开冲洗泄压管线阀门对泄压管线进行冲洗，15 s 后关闭锁斗泄压阀和冲洗泄压管线阀门， 随后在渣池液位不大于 50%时打开锁斗冲洗阀和锁斗出口阀，渣排入渣池。当锁斗冲洗水罐液位小于 35%时关闭锁斗出口阀， 锁斗充满水后关闭锁斗冲洗阀， 再打开锁斗充压阀给锁斗进行充压，当锁斗与气化炉压差小于 0.18 MPa 时，打开锁斗入口阀关闭锁斗充压阀， 最后温压补偿蒸汽流量计入口阀打开，泵管线上循环阀关闭，此时锁斗进入下一个循环。
2 温压补偿蒸汽流量计进、出口管线泄漏原因及处理方法
2.1 泄漏现象
1） 温压补偿蒸汽流量计进、 出口管线泄漏出现在气化炉运行 3 500 h 左右时， 首先出现漏点位置是泵出口流量计处，锁斗管线采用的是楔形流量计，在流量计中间有个楔块起到截流测量作用， 因此在流量计楔块处流体产生偏流导致楔块后区域减薄泄漏，后期经过几次补焊维持到备炉检修。
2） 气化炉运行到 4 300 h 左右时，温压补偿蒸汽流量计进、出口管线的三通、弯头处频繁出现泄漏现象，影响了现场环境卫生。
3） 气化炉运行到 4 882 h 时，温压补偿蒸汽流量计出口总阀后三通出现漏点， 由于总阀后与气化炉直接相连接无法带压堵漏，致使气化炉停车处理漏点，因锁斗管线泄漏导致气化炉停车 2 次。
2.2 泄漏判断依据
1） 温压补偿蒸汽流量计进、出口压力表指示波动，出口流量波动。
2） 现场泄漏点向外喷出黑水并带有少量固体颗粒。
3） 泄漏量大时可造成气化炉液位下降， 黑水排放量减小。
4） 运行中的温压补偿蒸汽流量计振动大产生汽蚀现象。
2.3 原因分析
1） 原始设计管线厚度较薄， 选用 90°弯头，故导致介质流速增大，冲刷腐蚀速度加快。
2） 在锁斗排渣过程中温压补偿蒸汽流量计是自身循环，原始开车后将温压补偿蒸汽流量计出口阀门全部打开，导致自身循环时吸入量不够， 管线内气液混合对管线造成汽蚀及冲击。
3） 温压补偿蒸汽流量计出口单向阀为碳钢材质， 气化炉运行 3 000 h 后管线内介质将单项阀阀芯冲刷腐蚀脱落堵塞管线， 因没有完全堵塞造成的单向阀后介质流向改变、流速增大，加快对管线冲刷。
2.4 解决措施
1） 温压补偿蒸汽流量计出口管线总阀泄漏无法在线处理，导致气化炉停车。在入气化炉根部增加 2 台仪表气动阀门，要求每月进行 2 次开、关，防止阀门出现卡塞现象。 新增 2 台仪表气动阀门相关参数见表 1。
2） 为了解决泵出口流量计频繁泄漏以及流量较低不能满足工艺需求的问题，更换新型流量计，其相关参数见表 2。 更换后的流量计运行 4 000 h后未出现泄漏现象。
3） 将温压补偿蒸汽流量计出口阀门限制流量， 一般控制在 45～55 m3 ／ h，并能够满足气化炉下渣顺畅。
4） 改造方案。
管道原设计公称直径 DN100 mm， 压力等级CL600，壁厚等级 SCH120，材质 20#。
①由于 20# 钢材质能满足现有工况要求，从经济性方面考虑， 对原有的阀门、 流量计等继续使用，原设计的管线材质、管径不变，只对管线的厚度进行加厚， 壁厚等级由原来的 SCH120 增加到SCH160。
②由于管线漏点位置按照介质流向均出现在弯头后或三通转弯后与直管连接段， 为减小介质对转弯处的冲刷， 弯头改用大曲率半径的 90°弯 头：R=3D。
③对原有等径三通更换为厚壁三通， 由原来的 NPS4 SCH120 更换为 NPS4 SCH160，通过增加壁厚来延长其使用寿命。
④考虑到介质工况， 长时间运行可能存在管线堵塞情况，从而影响温压补偿蒸汽流量计出口流量，所以在管线上 20 m 与 40 m 处各增加 1 个三通之路用盲法兰堵上， 每次备炉检修时对管线进行检查清洗。
2017 年 9 月， 气化装置 3 台气化炉锁斗系统管线改造完毕。 改造后运行 7 000 h 左右未出现锁斗管线泄漏现象，保证了气化炉长周期稳定运行。
3 锁斗管线泄漏预防措施
1） 气化炉运行中， 定期对锁斗管线进行壁厚检测，发现管线变薄及时进行预防性补焊处理。
2） 定期进行备炉检修， 针对锁斗系统列出单独检修项目，并对管线进行壁厚检测，发现管线减薄及时更换管线及管件。
3） 锁斗系统所有手动阀及程控阀门备炉检修期间进行检查，防止阀门出现内漏现象。
4） 建立管线壁厚定期检测台账， 摸索其规律性变化。
4 建议
温压补偿蒸汽流量计进、出口管线经过改造，虽有很大改观，但还应进一步优化。将温压补偿蒸汽流量计电机增加变频装置， 这样可以保证泵出口阀门始终处于全开位置，通过调节电机转速来调节泵出口流量，能减小对泵出口阀门造成的冲刷损坏， 还能保证温压补偿蒸汽流量计再循环时泵吸入量充足， 防止发生汽蚀现象，使泵稳定运行。
5 结束语
通过以上改造， 气化炉运行超过 8 000 h 未出现锁斗管线泄漏现象， 目前气化炉负荷可以达到110%，且运行稳定。