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煤气化装置在线分析仪表预处理系统优化改造

发表时间：2021/4/14 来源：《城市建设》2021年2月作者：翟新辉

[导读] 现如今，随着科学技术的快速发展，在线分析仪在石油化工生产中有着广泛的应用，特别是在煤气化装置中，其在线分析预处理系统承担着极为关键的作用。由于煤气化装置的工况复杂恶劣，在线分析仪表系统的应用成为瓶颈。详细介绍了煤气化装置在线分析预处理系统自投入使用以来，所进行的摸索与优化改造。

新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市兖矿新疆煤化工有限公司翟新辉 830000

摘要：现如今，随着科学技术的快速发展，在线分析仪在石油化工生产中有着广泛的应用，特别是在煤气化装置中，其在线分析预处理系统承担着极为关键的作用。由于煤气化装置的工况复杂恶劣，在线分析仪表系统的应用成为瓶颈。详细介绍了煤气化装置在线分析预处理系统自投入使用以来，所进行的摸索与优化改造。
关键词：煤气化装置；在线分析仪表；预处理系统；优化改造
        引言
        在生产现场中，在线分析仪表可以对其中的各种混合气体样品的成分和单个组分含量进行连续自动的分析，以保证控制工艺的适时性和准确性，实现最优化的生产和最大化的效益目标。然而，在实际的生产过程中，许多在线分析仪表不能正常、准确的运用到生产运行中，导致其无法发挥真正的作用，这种情况主要是因为生产工作人员对在线分析仪表的运行条件认识不清，对样品进行的预处理使测量样气无法达到分析仪的要求，进而对在线分析仪表的使用与发展起到了限制性影响。
        1.对在线分析仪表进行简单的介绍
        文章根据某项目进行实验分析，此项目的原料是煤，是一项通过煤气化进行生产的特大型煤化工项目，拥有设置7台气化炉的煤气化装置，使用的是GE水煤浆加压气化技术，其主要原料为煤和氧气，气化炉需要的条件为6.5MPa压力和1350℃左右，在此条件下的气化炉内通过气化反应生成主要成分是CO+H2的粗合成气，粗合成气在通过洗涤塔的洗涤后，再进行增湿、降温、除尘并送到下游装置的净化处理。在进行这个过程的同时，系统中所产生的黑水被送到闪蒸、沉降系统中进行处理，实现热量、灰水的回收、再生循环使用，并把其产生的粗细渣送出界区以外。煤气化合成气是一种高温、高压以及高含水而且高粉尘含量的介质，其有6.25MPa的压力和242℃的温度，并由57.93%含量的H2O、18.39%含量的CO、15.24%含量的H2、8.04%含量的CO2、0.4‰含量的CH4、0.05%含量的Ar、0.12%含量的H2S、1.3×10－13%含量的O2等物质组成。在7台气化炉洗涤塔的出口管线位置分别设置在线分析仪表，主要对合成气中CH4、CO、CO2、H2、H2S、Ar和O2的含量进行分析，同时利用各组分的含量来对气化炉的操作温度进行判断，通常都是用CH4的含量来判断气化炉的操作温度，同时还需要根据CO、CO2、H2的含量进行综合的判断，以便对工艺操作进行及时的指导和帮助。7台气化炉洗涤塔一共安装了4台双流路在线色谱分析仪，其中有1台采用色谱仪，其余6台采用一台双流路色谱仪。另外，每台洗涤塔出口合成气分析还需要设置一台色谱分析仪、红外线分析仪和微量氧化分析仪，以及烧嘴冷却回水分离器放空管线CO含量红外线分析仪，以便对合成气中的CH4含量、微量氧含量以及CO含量进行检测分析，这对试车和正式运行气化装置的工艺优化操作和装置的稳定安全运行有着非常重要作用。
        2.对在线分析仪表预处理系统进行改造
        2.1一级预处理系统改造
        来自工艺管线高温、高压、高含水且带有粉尘、副产物杂质的合成气，先经过取样装置自制过滤段，被“滤丝球”过滤掉一部分粉尘颗粒和杂质，并回流到工艺管线里；通过取样装置列管式冷却段，将合成气中大部分的水携带着粉尘杂质冷凝为液体回流到工艺管线中，此时的含水量将会从（体积分数）58.09%左右降至7.5%。

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冷却后的气体样品经顶部的电磁阀进入样品管线，为防止气体样品中携带较多水或杂质，气体样品出口的温度由一个温控开关控制，当温度高于或低于35-45℃设定值时，出口的电磁阀关断，切断气体样品。由取样装置过来的样品气经过水洗罐，在水洗罐中少量的粉尘颗粒、氨盐副产物会溶于水中，由水洗罐顶部出口引出的样品气几乎不含粉尘杂质，较为洁净。样品气再通过三通阀进入细过滤器，双重冗余的细过滤器可通过2个三通阀进行自由切换。样品气经过细过滤器后进入减压阀，减压阀采用双级减压，压力严格控制至0.1-0.15MPa，送至二级预处理进一步处理。高压水冷自过滤取样装置是一级预处理系统优化改造中最重要的一个部分，在应用中应注意：煤气化合成气中存在粉尘杂质及微量的煤焦油，使用中发现，煤焦油杂质凝结物会在取样装置前的工艺管线根部处凝聚，长期聚集会堵塞管线，建议每隔半年左右清理1次。
        2.2二级预处理系统改造
        通过一级预处理系统过来的样品气经过气液分离器，将冷凝后释放出来的液态水滴通过重力的作用降下来，沉积在气液分离器底部排放。此时，工艺样气的露点温度在常温（约25℃）和常压状态下，可将含水量从（体积分数）7.5%降低到2.31%。然后，一部分样气通过旁路放空流量计进入火炬气管线放空，减少分析滞后时间，另一部分样气通过膜式过滤器进入涡流制冷器，涡流管内部产生的冷风将和工艺样品进行热交换，将样品的温度冷却到5℃左右。这时，样品气的露点温度严格控制在5℃，工艺样气含水量将进一步降低至小于（体积分数）0.7%。仪表风涡流制冷装置是二级预处理系统优化改造中最重要的一个部分，在应用中注意以下要求：涡流制冷器的使用必须提供洁净的仪表压缩空气，在实际使用中，样气温度不能太低，若低于0℃，冷凝出的水冻结会堵塞管道。一般温度设定在2-5℃，使样气中含水量降至（体积分数）0.6%-0.8%即可。
        2.3取样传输管线及预处理系统伴热保温标准化
        样品传输管线选用d=6mm或6.35mm（1/4英寸）不锈钢管，为防止样品气中微量水冷凝以及氨盐等物质结晶析出堵塞样品传输管线，采用低压蒸汽或一体化电伴热对样品传输管线进行伴热和保温，保持工艺样气在一个很高的温度状态下（>80℃）进入到在线分析仪及预处理系统。样品预处理系统各零部件、管阀件要集成于预处理机柜。在寒冷地区冬季，机柜箱体内部必须进行伴热，保证内部温度在25～30℃左右，使预处理系统内工艺样品不再处于饱和水蒸汽的状态下。这将极大的避免了气态水液化的可能性，避免了液态水进入分析仪器的可能性。在线分析取样传输管线及预处理系统伴热保温必须形成标准规范，其样品传输管线伴热一年365天禁停，伴热保温要覆盖死角。将工艺样品保持在露点温度以上，不出现冷凝现象，确保导压传输安全。
        结语
        中国神华煤制烯烃项目的煤气化装置自开工以来，在线分析仪表和预处理系统的故障率较高而且维护量较大，给工艺生产带来一定影响。在装置检修期间对其进行技术改造，有针对性地解决了频发故障，此后运行平稳，分析数据准确、稳定且可靠，分析仪表和预处理系统维护量明显降低，对气化装置的稳定操作起到了有效的指导作用，从而保证了装置安全、平稳、长周期且满负荷运行，保证了工艺正常生产。
参考文献
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