蒸汽計量流量計進(jìn)出口管線(xiàn)泄漏原因分析及處理
點(diǎn)擊次數：1592 發(fā)布時(shí)間：2021-01-07 15:05:44
摘要：水煤漿氣化爐渦街流量計進(jìn)、出口管線(xiàn)在運行中因泄漏問(wèn)題造成氣化爐停車(chē)，針對泄漏問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出改造措施，改造后的鎖斗系統實(shí)現了長(cháng)周期運行，目前氣化爐負荷可以達到 110%，且運行穩定。
中海石油華鶴煤化有限公司氣化裝置采用水煤漿加壓氣化技術(shù)， 水煤漿與氧氣通過(guò)三流式燒嘴進(jìn)入氣化爐， 在氣化爐燃燒室里發(fā)生部分氧化反應后產(chǎn)生的粗渣進(jìn)入鎖斗進(jìn)行 28 min 的集渣，然后通過(guò)鎖斗自身邏輯程序排放到渣池。 蒸汽計量流量計入口介質(zhì)來(lái)自鎖斗頂部， 在排渣期間通過(guò)自身循環(huán)運行， 集渣時(shí)鎖斗頂部介質(zhì)與氣化爐底部介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)，從而導致渦街流量計進(jìn)、出口管線(xiàn)長(cháng)時(shí)間磨損沖刷后出現泄漏。
1 鎖斗系統流程
氣化爐內反應產(chǎn)生的粗渣及少量沒(méi)有燃燒的碳沉降在激冷室底部，通過(guò)鎖斗安全閥、鎖斗入口閥進(jìn)入鎖斗。 鎖斗集渣需要借助鎖斗系統循環(huán)水的夾帶和沖擊， 該水流是從鎖斗頂部管線(xiàn)進(jìn)入到蒸汽計量流量計， 然后經(jīng)泵打回激冷室錐底以強制水在激冷室錐底和鎖斗之間循環(huán)流動(dòng)。 渣由激冷室進(jìn)入鎖斗后沉淀在鎖斗底部，從而使渣水分離，渣通過(guò)這種方式在給定時(shí)間內收集在鎖斗中，28 min后開(kāi)始排渣。排渣之前，蒸汽計量流量計管線(xiàn)上的循環(huán)閥打開(kāi)，泵入口閥關(guān)閉，使該泵建立自身循環(huán)。鎖斗入口閥關(guān)閉，鎖斗與激冷室隔離。打開(kāi)鎖斗泄壓閥 使 鎖 斗 泄 壓， 鎖斗泄壓后壓力不得大于 0.17MPa，然后打開(kāi)沖洗泄壓管線(xiàn)閥門(mén)對泄壓管線(xiàn)進(jìn)行沖洗，15 s 后關(guān)閉鎖斗泄壓閥和沖洗泄壓管線(xiàn)閥門(mén)， 隨后在渣池液位不大于 50%時(shí)打開(kāi)鎖斗沖洗閥和鎖斗出口閥，渣排入渣池。當鎖斗沖洗水罐液位小于 35%時(shí)關(guān)閉鎖斗出口閥， 鎖斗充滿(mǎn)水后關(guān)閉鎖斗沖洗閥， 再打開(kāi)鎖斗充壓閥給鎖斗進(jìn)行充壓，當鎖斗與氣化爐壓差小于 0.18 MPa 時(shí)，打開(kāi)鎖斗入口閥關(guān)閉鎖斗充壓閥， *后渦街流量計入口閥打開(kāi)，泵管線(xiàn)上循環(huán)閥關(guān)閉，此時(shí)鎖斗進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
2 蒸汽計量流量計進(jìn)、出口管線(xiàn)泄漏原因及處理方法
2.1 泄漏現象
1） 渦街流量計進(jìn)、 出口管線(xiàn)泄漏出現在氣化爐運行 3 500 h 左右時(shí)， *先出現漏點(diǎn)位置是泵出口流量計處，鎖斗管線(xiàn)采用的是楔形流量計，在流量計中間有個(gè)楔塊起到截流測量作用， 因此在流量計楔塊處流體產(chǎn)生偏流導致楔塊后區域減薄泄漏，后期經(jīng)過(guò)幾次補焊維持到備爐檢修。
2） 氣化爐運行到 4 300 h 左右時(shí)，渦街流量計進(jìn)、出口管線(xiàn)的三通、彎頭處頻繁出現泄漏現象，影響了現場(chǎng)環(huán)境衛生。
3） 氣化爐運行到 4 882 h 時(shí)，蒸汽計量流量計出口總閥后三通出現漏點(diǎn)， 由于總閥后與氣化爐直接相連接無(wú)法帶壓堵漏，致使氣化爐停車(chē)處理漏點(diǎn)，因鎖斗管線(xiàn)泄漏導致氣化爐停車(chē) 2 次。
2.2 泄漏判斷依據
1） 渦街流量計進(jìn)、出口壓力表指示波動(dòng)，出口流量波動(dòng)。
2） 現場(chǎng)泄漏點(diǎn)向外噴出黑水并帶有少量固體顆粒。
3） 泄漏量大時(shí)可造成氣化爐液位下降， 黑水排放量減小。
4） 運行中的蒸汽計量流量計振動(dòng)大產(chǎn)生汽蝕現象。
2.3 原因分析
1） 原始設計管線(xiàn)厚度較薄， 選用 90°彎頭，故導致介質(zhì)流速增大，沖刷腐蝕速度加快。
2） 在鎖斗排渣過(guò)程中渦街流量計是自身循環(huán)，原始開(kāi)車(chē)后將蒸汽計量流量計出口閥門(mén)全部打開(kāi)，導致自身循環(huán)時(shí)吸入量不夠， 管線(xiàn)內氣液混合對管線(xiàn)造成汽蝕及沖擊。
3） 渦街流量計出口單向閥為碳鋼材質(zhì)， 氣化爐運行 3 000 h 后管線(xiàn)內介質(zhì)將單項閥閥芯沖刷腐蝕脫落堵塞管線(xiàn)， 因沒(méi)有完全堵塞造成的單向閥后介質(zhì)流向改變、流速增大，加快對管線(xiàn)沖刷。
2.4 解決措施
1） 蒸汽計量流量計出口管線(xiàn)總閥泄漏無(wú)法在線(xiàn)處理，導致氣化爐停車(chē)。在入氣化爐根部增加 2 臺儀表氣動(dòng)閥門(mén)，要求每月進(jìn)行 2 次開(kāi)、關(guān)，防止閥門(mén)出現卡塞現象。 新增 2 臺儀表氣動(dòng)閥門(mén)相關(guān)參數見(jiàn)表 1。
2） 為了解決泵出口流量計頻繁泄漏以及流量較低不能滿(mǎn)足工藝需求的問(wèn)題，更換新型流量計，其相關(guān)參數見(jiàn)表 2。 更換后的流量計運行 4 000 h后未出現泄漏現象。
3） 將蒸汽計量流量計出口閥門(mén)限制流量， 一般控制在 45～55 m3 ／ h，并能夠滿(mǎn)足氣化爐下渣順暢。
4） 改造方案。
管道原設計公稱(chēng)直徑 DN100 mm， 壓力等級CL600，壁厚等級 SCH120，材質(zhì) 20#。
①由于 20# 鋼材質(zhì)能滿(mǎn)足現有工況要求，從經(jīng)濟性方面考慮， 對原有的閥門(mén)、 流量計等繼續使用，原設計的管線(xiàn)材質(zhì)、管徑不變，只對管線(xiàn)的厚度進(jìn)行加厚， 壁厚等級由原來(lái)的 SCH120 增加到SCH160。
②由于管線(xiàn)漏點(diǎn)位置按照介質(zhì)流向均出現在彎頭后或三通轉彎后與直管連接段， 為減小介質(zhì)對轉彎處的沖刷， 彎頭改用大曲率半徑的 90°彎 頭：R=3D。
③對原有等徑三通更換為厚壁三通， 由原來(lái)的 NPS4 SCH120 更換為 NPS4 SCH160，通過(guò)增加壁厚來(lái)延長(cháng)其使用壽命。
④考慮到介質(zhì)工況， 長(cháng)時(shí)間運行可能存在管線(xiàn)堵塞情況，從而影響蒸汽計量流量計出口流量，所以在管線(xiàn)上 20 m 與 40 m 處各增加 1 個(gè)三通之路用盲法蘭堵上， 每次備爐檢修時(shí)對管線(xiàn)進(jìn)行檢查清洗。
2017 年 9 月， 氣化裝置 3 臺氣化爐鎖斗系統管線(xiàn)改造完畢。 改造后運行 7 000 h 左右未出現鎖斗管線(xiàn)泄漏現象，保證了氣化爐長(cháng)周期穩定運行。
3 鎖斗管線(xiàn)泄漏預防措施
1） 氣化爐運行中， 定期對鎖斗管線(xiàn)進(jìn)行壁厚檢測，發(fā)現管線(xiàn)變薄及時(shí)進(jìn)行預防性補焊處理。
2） 定期進(jìn)行備爐檢修， 針對鎖斗系統列出單獨檢修項目，并對管線(xiàn)進(jìn)行壁厚檢測，發(fā)現管線(xiàn)減薄及時(shí)更換管線(xiàn)及管件。
3） 鎖斗系統所有手動(dòng)閥及程控閥門(mén)備爐檢修期間進(jìn)行檢查，防止閥門(mén)出現內漏現象。
4） 建立管線(xiàn)壁厚定期檢測臺賬， 摸索其規律性變化。
4 建議
蒸汽計量流量計進(jìn)、出口管線(xiàn)經(jīng)過(guò)改造，雖有很大改觀(guān)，但還應進(jìn)一步優(yōu)化。將渦街流量計電機增加變頻裝置， 這樣可以保證泵出口閥門(mén)始終處于全開(kāi)位置，通過(guò)調節電機轉速來(lái)調節泵出口流量，能減小對泵出口閥門(mén)造成的沖刷損壞， 還能保證蒸汽計量流量計再循環(huán)時(shí)泵吸入量充足， 防止發(fā)生汽蝕現象，使泵穩定運行。
5 結束語(yǔ)
通過(guò)以上改造， 氣化爐運行超過(guò) 8 000 h 未出現鎖斗管線(xiàn)泄漏現象， 目前氣化爐負荷可以達到110%，且運行穩定。
中海石油華鶴煤化有限公司氣化裝置采用水煤漿加壓氣化技術(shù)， 水煤漿與氧氣通過(guò)三流式燒嘴進(jìn)入氣化爐， 在氣化爐燃燒室里發(fā)生部分氧化反應后產(chǎn)生的粗渣進(jìn)入鎖斗進(jìn)行 28 min 的集渣，然后通過(guò)鎖斗自身邏輯程序排放到渣池。 蒸汽計量流量計入口介質(zhì)來(lái)自鎖斗頂部， 在排渣期間通過(guò)自身循環(huán)運行， 集渣時(shí)鎖斗頂部介質(zhì)與氣化爐底部介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)，從而導致渦街流量計進(jìn)、出口管線(xiàn)長(cháng)時(shí)間磨損沖刷后出現泄漏。
1 鎖斗系統流程
氣化爐內反應產(chǎn)生的粗渣及少量沒(méi)有燃燒的碳沉降在激冷室底部，通過(guò)鎖斗安全閥、鎖斗入口閥進(jìn)入鎖斗。 鎖斗集渣需要借助鎖斗系統循環(huán)水的夾帶和沖擊， 該水流是從鎖斗頂部管線(xiàn)進(jìn)入到蒸汽計量流量計， 然后經(jīng)泵打回激冷室錐底以強制水在激冷室錐底和鎖斗之間循環(huán)流動(dòng)。 渣由激冷室進(jìn)入鎖斗后沉淀在鎖斗底部，從而使渣水分離，渣通過(guò)這種方式在給定時(shí)間內收集在鎖斗中，28 min后開(kāi)始排渣。排渣之前，蒸汽計量流量計管線(xiàn)上的循環(huán)閥打開(kāi)，泵入口閥關(guān)閉，使該泵建立自身循環(huán)。鎖斗入口閥關(guān)閉，鎖斗與激冷室隔離。打開(kāi)鎖斗泄壓閥 使 鎖 斗 泄 壓， 鎖斗泄壓后壓力不得大于 0.17MPa，然后打開(kāi)沖洗泄壓管線(xiàn)閥門(mén)對泄壓管線(xiàn)進(jìn)行沖洗，15 s 后關(guān)閉鎖斗泄壓閥和沖洗泄壓管線(xiàn)閥門(mén)， 隨后在渣池液位不大于 50%時(shí)打開(kāi)鎖斗沖洗閥和鎖斗出口閥，渣排入渣池。當鎖斗沖洗水罐液位小于 35%時(shí)關(guān)閉鎖斗出口閥， 鎖斗充滿(mǎn)水后關(guān)閉鎖斗沖洗閥， 再打開(kāi)鎖斗充壓閥給鎖斗進(jìn)行充壓，當鎖斗與氣化爐壓差小于 0.18 MPa 時(shí)，打開(kāi)鎖斗入口閥關(guān)閉鎖斗充壓閥， *后渦街流量計入口閥打開(kāi)，泵管線(xiàn)上循環(huán)閥關(guān)閉，此時(shí)鎖斗進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
2 蒸汽計量流量計進(jìn)、出口管線(xiàn)泄漏原因及處理方法
2.1 泄漏現象
1） 渦街流量計進(jìn)、 出口管線(xiàn)泄漏出現在氣化爐運行 3 500 h 左右時(shí)， *先出現漏點(diǎn)位置是泵出口流量計處，鎖斗管線(xiàn)采用的是楔形流量計，在流量計中間有個(gè)楔塊起到截流測量作用， 因此在流量計楔塊處流體產(chǎn)生偏流導致楔塊后區域減薄泄漏，后期經(jīng)過(guò)幾次補焊維持到備爐檢修。
2） 氣化爐運行到 4 300 h 左右時(shí)，渦街流量計進(jìn)、出口管線(xiàn)的三通、彎頭處頻繁出現泄漏現象，影響了現場(chǎng)環(huán)境衛生。
3） 氣化爐運行到 4 882 h 時(shí)，蒸汽計量流量計出口總閥后三通出現漏點(diǎn)， 由于總閥后與氣化爐直接相連接無(wú)法帶壓堵漏，致使氣化爐停車(chē)處理漏點(diǎn)，因鎖斗管線(xiàn)泄漏導致氣化爐停車(chē) 2 次。
2.2 泄漏判斷依據
1） 渦街流量計進(jìn)、出口壓力表指示波動(dòng)，出口流量波動(dòng)。
2） 現場(chǎng)泄漏點(diǎn)向外噴出黑水并帶有少量固體顆粒。
3） 泄漏量大時(shí)可造成氣化爐液位下降， 黑水排放量減小。
4） 運行中的蒸汽計量流量計振動(dòng)大產(chǎn)生汽蝕現象。
2.3 原因分析
1） 原始設計管線(xiàn)厚度較薄， 選用 90°彎頭，故導致介質(zhì)流速增大，沖刷腐蝕速度加快。
2） 在鎖斗排渣過(guò)程中渦街流量計是自身循環(huán)，原始開(kāi)車(chē)后將蒸汽計量流量計出口閥門(mén)全部打開(kāi)，導致自身循環(huán)時(shí)吸入量不夠， 管線(xiàn)內氣液混合對管線(xiàn)造成汽蝕及沖擊。
3） 渦街流量計出口單向閥為碳鋼材質(zhì)， 氣化爐運行 3 000 h 后管線(xiàn)內介質(zhì)將單項閥閥芯沖刷腐蝕脫落堵塞管線(xiàn)， 因沒(méi)有完全堵塞造成的單向閥后介質(zhì)流向改變、流速增大，加快對管線(xiàn)沖刷。
2.4 解決措施
1） 蒸汽計量流量計出口管線(xiàn)總閥泄漏無(wú)法在線(xiàn)處理，導致氣化爐停車(chē)。在入氣化爐根部增加 2 臺儀表氣動(dòng)閥門(mén)，要求每月進(jìn)行 2 次開(kāi)、關(guān)，防止閥門(mén)出現卡塞現象。 新增 2 臺儀表氣動(dòng)閥門(mén)相關(guān)參數見(jiàn)表 1。
2） 為了解決泵出口流量計頻繁泄漏以及流量較低不能滿(mǎn)足工藝需求的問(wèn)題，更換新型流量計，其相關(guān)參數見(jiàn)表 2。 更換后的流量計運行 4 000 h后未出現泄漏現象。
3） 將蒸汽計量流量計出口閥門(mén)限制流量， 一般控制在 45～55 m3 ／ h，并能夠滿(mǎn)足氣化爐下渣順暢。
4） 改造方案。
管道原設計公稱(chēng)直徑 DN100 mm， 壓力等級CL600，壁厚等級 SCH120，材質(zhì) 20#。
①由于 20# 鋼材質(zhì)能滿(mǎn)足現有工況要求，從經(jīng)濟性方面考慮， 對原有的閥門(mén)、 流量計等繼續使用，原設計的管線(xiàn)材質(zhì)、管徑不變，只對管線(xiàn)的厚度進(jìn)行加厚， 壁厚等級由原來(lái)的 SCH120 增加到SCH160。
②由于管線(xiàn)漏點(diǎn)位置按照介質(zhì)流向均出現在彎頭后或三通轉彎后與直管連接段， 為減小介質(zhì)對轉彎處的沖刷， 彎頭改用大曲率半徑的 90°彎 頭：R=3D。
③對原有等徑三通更換為厚壁三通， 由原來(lái)的 NPS4 SCH120 更換為 NPS4 SCH160，通過(guò)增加壁厚來(lái)延長(cháng)其使用壽命。
④考慮到介質(zhì)工況， 長(cháng)時(shí)間運行可能存在管線(xiàn)堵塞情況，從而影響蒸汽計量流量計出口流量，所以在管線(xiàn)上 20 m 與 40 m 處各增加 1 個(gè)三通之路用盲法蘭堵上， 每次備爐檢修時(shí)對管線(xiàn)進(jìn)行檢查清洗。
2017 年 9 月， 氣化裝置 3 臺氣化爐鎖斗系統管線(xiàn)改造完畢。 改造后運行 7 000 h 左右未出現鎖斗管線(xiàn)泄漏現象，保證了氣化爐長(cháng)周期穩定運行。
3 鎖斗管線(xiàn)泄漏預防措施
1） 氣化爐運行中， 定期對鎖斗管線(xiàn)進(jìn)行壁厚檢測，發(fā)現管線(xiàn)變薄及時(shí)進(jìn)行預防性補焊處理。
2） 定期進(jìn)行備爐檢修， 針對鎖斗系統列出單獨檢修項目，并對管線(xiàn)進(jìn)行壁厚檢測，發(fā)現管線(xiàn)減薄及時(shí)更換管線(xiàn)及管件。
3） 鎖斗系統所有手動(dòng)閥及程控閥門(mén)備爐檢修期間進(jìn)行檢查，防止閥門(mén)出現內漏現象。
4） 建立管線(xiàn)壁厚定期檢測臺賬， 摸索其規律性變化。
4 建議
蒸汽計量流量計進(jìn)、出口管線(xiàn)經(jīng)過(guò)改造，雖有很大改觀(guān)，但還應進(jìn)一步優(yōu)化。將渦街流量計電機增加變頻裝置， 這樣可以保證泵出口閥門(mén)始終處于全開(kāi)位置，通過(guò)調節電機轉速來(lái)調節泵出口流量，能減小對泵出口閥門(mén)造成的沖刷損壞， 還能保證蒸汽計量流量計再循環(huán)時(shí)泵吸入量充足， 防止發(fā)生汽蝕現象，使泵穩定運行。
5 結束語(yǔ)
通過(guò)以上改造， 氣化爐運行超過(guò) 8 000 h 未出現鎖斗管線(xiàn)泄漏現象， 目前氣化爐負荷可以達到110%，且運行穩定。