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蒸汽計(jì)量流量計(jì)進(jìn)出口管線泄漏原因分析及處理
點(diǎn)擊次數(shù)：2780 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(jì)進(jìn)、出口管線在運(yùn)行中因泄漏問題造成氣化爐停車，針對(duì)泄漏問題進(jìn)行分析，并提出改造措施，改造后的鎖斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期運(yùn)行，目前氣化爐負(fù)荷可以達(dá)到 110%，且運(yùn)行穩(wěn)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(yīng)后產(chǎn)生的粗渣進(jìn)入鎖斗進(jìn)行 28 min 的集渣，然后通過鎖斗自身邏輯程序排放到渣池。 蒸汽計(jì)量流量計(jì)入口介質(zhì)來自鎖斗頂部， 在排渣期間通過自身循環(huán)運(yùn)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(dǎo)致渦街流量計(jì)進(jìn)、出口管線長(zhǎng)時(shí)間磨損沖刷后出現(xiàn)泄漏。
1 鎖斗系統(tǒng)流程
氣化爐內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的粗渣及少量沒有燃燒的碳沉降在激冷室底部，通過鎖斗安全閥、鎖斗入口閥進(jìn)入鎖斗。 鎖斗集渣需要借助鎖斗系統(tǒng)循環(huán)水的夾帶和沖擊， 該水流是從鎖斗頂部管線進(jìn)入到蒸汽計(jì)量流量計(jì)， 然后經(jīng)泵打回激冷室錐底以強(qiáng)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，渣通過這種方式在給定時(shí)間內(nèi)收集在鎖斗中，28 min后開始排渣。排渣之前，蒸汽計(jì)量流量計(jì)管線上的循環(huán)閥打開，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，然后打開沖洗泄壓管線閥門對(duì)泄壓管線進(jìn)行沖洗，15 s 后關(guān)閉鎖斗泄壓閥和沖洗泄壓管線閥門， 隨后在渣池液位不大于 50%時(shí)打開鎖斗沖洗閥和鎖斗出口閥，渣排入渣池。當(dāng)鎖斗沖洗水罐液位小于 35%時(shí)關(guān)閉鎖斗出口閥， 鎖斗充滿水后關(guān)閉鎖斗沖洗閥， 再打開鎖斗充壓閥給鎖斗進(jìn)行充壓，當(dāng)鎖斗與氣化爐壓差小于 0.18 MPa 時(shí)，打開鎖斗入口閥關(guān)閉鎖斗充壓閥， *后渦街流量計(jì)入口閥打開，泵管線上循環(huán)閥關(guān)閉，此時(shí)鎖斗進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
2 蒸汽計(jì)量流量計(jì)進(jìn)、出口管線泄漏原因及處理方法
2.1 泄漏現(xiàn)象
1） 渦街流量計(jì)進(jìn)、 出口管線泄漏出現(xiàn)在氣化爐運(yùn)行 3 500 h 左右時(shí)， *先出現(xiàn)漏點(diǎn)位置是泵出口流量計(jì)處，鎖斗管線采用的是楔形流量計(jì)，在流量計(jì)中間有個(gè)楔塊起到截流測(cè)量作用， 因此在流量計(jì)楔塊處流體產(chǎn)生偏流導(dǎo)致楔塊后區(qū)域減薄泄漏，后期經(jīng)過幾次補(bǔ)焊維持到備爐檢修。
2） 氣化爐運(yùn)行到 4 300 h 左右時(shí)，渦街流量計(jì)進(jìn)、出口管線的三通、彎頭處頻繁出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，影響了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境衛(wèi)生。
3） 氣化爐運(yùn)行到 4 882 h 時(shí)，蒸汽計(jì)量流量計(jì)出口總閥后三通出現(xiàn)漏點(diǎn)， 由于總閥后與氣化爐直接相連接無法帶壓堵漏，致使氣化爐停車處理漏點(diǎn)，因鎖斗管線泄漏導(dǎo)致氣化爐停車 2 次。
2.2 泄漏判斷依據(jù)
1） 渦街流量計(jì)進(jìn)、出口壓力表指示波動(dòng)，出口流量波動(dòng)。
2） 現(xiàn)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(yùn)行中的蒸汽計(jì)量流量計(jì)振動(dòng)大產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。
2.3 原因分析
1） 原始設(shè)計(jì)管線厚度較薄， 選用 90°彎頭，故導(dǎo)致介質(zhì)流速增大，沖刷腐蝕速度加快。
2） 在鎖斗排渣過程中渦街流量計(jì)是自身循環(huán)，原始開車后將蒸汽計(jì)量流量計(jì)出口閥門全部打開，導(dǎo)致自身循環(huán)時(shí)吸入量不夠， 管線內(nèi)氣液混合對(duì)管線造成汽蝕及沖擊。
3） 渦街流量計(jì)出口單向閥為碳鋼材質(zhì)， 氣化爐運(yùn)行 3 000 h 后管線內(nèi)介質(zhì)將單項(xiàng)閥閥芯沖刷腐蝕脫落堵塞管線， 因沒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(duì)管線沖刷。
2.4 解決措施
1） 蒸汽計(jì)量流量計(jì)出口管線總閥泄漏無法在線處理，導(dǎo)致氣化爐停車。在入氣化爐根部增加 2 臺(tái)儀表氣動(dòng)閥門，要求每月進(jìn)行 2 次開、關(guān)，防止閥門出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象。 新增 2 臺(tái)儀表氣動(dòng)閥門相關(guān)參數(shù)見表 1。
2） 為了解決泵出口流量計(jì)頻繁泄漏以及流量較低不能滿足工藝需求的問題，更換新型流量計(jì)，其相關(guān)參數(shù)見表 2。 更換后的流量計(jì)運(yùn)行 4 000 h后未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。
3） 將蒸汽計(jì)量流量計(jì)出口閥門限制流量， 一般控制在 45～55 m3 ／ h，并能夠滿足氣化爐下渣順暢。
4） 改造方案。
管道原設(shè)計(jì)公稱直徑 DN100 mm， 壓力等級(jí)CL600，壁厚等級(jí) SCH120，材質(zhì) 20#。
①由于 20# 鋼材質(zhì)能滿足現(xiàn)有工況要求，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮， 對(duì)原有的閥門、 流量計(jì)等繼續(xù)使用，原設(shè)計(jì)的管線材質(zhì)、管徑不變，只對(duì)管線的厚度進(jìn)行加厚， 壁厚等級(jí)由原來的 SCH120 增加到SCH160。
②由于管線漏點(diǎn)位置按照介質(zhì)流向均出現(xiàn)在彎頭后或三通轉(zhuǎn)彎后與直管連接段， 為減小介質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)彎處的沖刷， 彎頭改用大曲率半徑的 90°彎 頭：R=3D。
③對(duì)原有等徑三通更換為厚壁三通， 由原來的 NPS4 SCH120 更換為 NPS4 SCH160，通過增加壁厚來延長(zhǎng)其使用壽命。
④考慮到介質(zhì)工況， 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能存在管線堵塞情況，從而影響蒸汽計(jì)量流量計(jì)出口流量，所以在管線上 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(duì)管線進(jìn)行檢查清洗。
2017 年 9 月， 氣化裝置 3 臺(tái)氣化爐鎖斗系統(tǒng)管線改造完畢。 改造后運(yùn)行 7 000 h 左右未出現(xiàn)鎖斗管線泄漏現(xiàn)象，保證了氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。
3 鎖斗管線泄漏預(yù)防措施
1） 氣化爐運(yùn)行中， 定期對(duì)鎖斗管線進(jìn)行壁厚檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)管線變薄及時(shí)進(jìn)行預(yù)防性補(bǔ)焊處理。
2） 定期進(jìn)行備爐檢修， 針對(duì)鎖斗系統(tǒng)列出單獨(dú)檢修項(xiàng)目，并對(duì)管線進(jìn)行壁厚檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)管線減薄及時(shí)更換管線及管件。
3） 鎖斗系統(tǒng)所有手動(dòng)閥及程控閥門備爐檢修期間進(jìn)行檢查，防止閥門出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。
4） 建立管線壁厚定期檢測(cè)臺(tái)賬， 摸索其規(guī)律性變化。
4 建議
蒸汽計(jì)量流量計(jì)進(jìn)、出口管線經(jīng)過改造，雖有很大改觀，但還應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化。將渦街流量計(jì)電機(jī)增加變頻裝置， 這樣可以保證泵出口閥門始終處于全開位置，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)泵出口流量，能減小對(duì)泵出口閥門造成的沖刷損壞， 還能保證蒸汽計(jì)量流量計(jì)再循環(huán)時(shí)泵吸入量充足， 防止發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，使泵穩(wěn)定運(yùn)行。
5 結(jié)束語
通過以上改造， 氣化爐運(yùn)行超過 8 000 h 未出現(xiàn)鎖斗管線泄漏現(xiàn)象， 目前氣化爐負(fù)荷可以達(dá)到110%，且運(yùn)行穩(wěn)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(yīng)后產(chǎn)生的粗渣進(jìn)入鎖斗進(jìn)行 28 min 的集渣，然后通過鎖斗自身邏輯程序排放到渣池。 蒸汽計(jì)量流量計(jì)入口介質(zhì)來自鎖斗頂部， 在排渣期間通過自身循環(huán)運(yùn)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(dǎo)致渦街流量計(jì)進(jìn)、出口管線長(zhǎng)時(shí)間磨損沖刷后出現(xiàn)泄漏。
1 鎖斗系統(tǒng)流程
氣化爐內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的粗渣及少量沒有燃燒的碳沉降在激冷室底部，通過鎖斗安全閥、鎖斗入口閥進(jìn)入鎖斗。 鎖斗集渣需要借助鎖斗系統(tǒng)循環(huán)水的夾帶和沖擊， 該水流是從鎖斗頂部管線進(jìn)入到蒸汽計(jì)量流量計(jì)， 然后經(jīng)泵打回激冷室錐底以強(qiáng)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，渣通過這種方式在給定時(shí)間內(nèi)收集在鎖斗中，28 min后開始排渣。排渣之前，蒸汽計(jì)量流量計(jì)管線上的循環(huán)閥打開，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，然后打開沖洗泄壓管線閥門對(duì)泄壓管線進(jìn)行沖洗，15 s 后關(guān)閉鎖斗泄壓閥和沖洗泄壓管線閥門， 隨后在渣池液位不大于 50%時(shí)打開鎖斗沖洗閥和鎖斗出口閥，渣排入渣池。當(dāng)鎖斗沖洗水罐液位小于 35%時(shí)關(guān)閉鎖斗出口閥， 鎖斗充滿水后關(guān)閉鎖斗沖洗閥， 再打開鎖斗充壓閥給鎖斗進(jìn)行充壓，當(dāng)鎖斗與氣化爐壓差小于 0.18 MPa 時(shí)，打開鎖斗入口閥關(guān)閉鎖斗充壓閥， *后渦街流量計(jì)入口閥打開，泵管線上循環(huán)閥關(guān)閉，此時(shí)鎖斗進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
2 蒸汽計(jì)量流量計(jì)進(jìn)、出口管線泄漏原因及處理方法
2.1 泄漏現(xiàn)象
1） 渦街流量計(jì)進(jìn)、 出口管線泄漏出現(xiàn)在氣化爐運(yùn)行 3 500 h 左右時(shí)， *先出現(xiàn)漏點(diǎn)位置是泵出口流量計(jì)處，鎖斗管線采用的是楔形流量計(jì)，在流量計(jì)中間有個(gè)楔塊起到截流測(cè)量作用， 因此在流量計(jì)楔塊處流體產(chǎn)生偏流導(dǎo)致楔塊后區(qū)域減薄泄漏，后期經(jīng)過幾次補(bǔ)焊維持到備爐檢修。
2） 氣化爐運(yùn)行到 4 300 h 左右時(shí)，渦街流量計(jì)進(jìn)、出口管線的三通、彎頭處頻繁出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，影響了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境衛(wèi)生。
3） 氣化爐運(yùn)行到 4 882 h 時(shí)，蒸汽計(jì)量流量計(jì)出口總閥后三通出現(xiàn)漏點(diǎn)， 由于總閥后與氣化爐直接相連接無法帶壓堵漏，致使氣化爐停車處理漏點(diǎn)，因鎖斗管線泄漏導(dǎo)致氣化爐停車 2 次。
2.2 泄漏判斷依據(jù)
1） 渦街流量計(jì)進(jìn)、出口壓力表指示波動(dòng)，出口流量波動(dòng)。
2） 現(xiàn)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(yùn)行中的蒸汽計(jì)量流量計(jì)振動(dòng)大產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。
2.3 原因分析
1） 原始設(shè)計(jì)管線厚度較薄， 選用 90°彎頭，故導(dǎo)致介質(zhì)流速增大，沖刷腐蝕速度加快。
2） 在鎖斗排渣過程中渦街流量計(jì)是自身循環(huán)，原始開車后將蒸汽計(jì)量流量計(jì)出口閥門全部打開，導(dǎo)致自身循環(huán)時(shí)吸入量不夠， 管線內(nèi)氣液混合對(duì)管線造成汽蝕及沖擊。
3） 渦街流量計(jì)出口單向閥為碳鋼材質(zhì)， 氣化爐運(yùn)行 3 000 h 后管線內(nèi)介質(zhì)將單項(xiàng)閥閥芯沖刷腐蝕脫落堵塞管線， 因沒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(duì)管線沖刷。
2.4 解決措施
1） 蒸汽計(jì)量流量計(jì)出口管線總閥泄漏無法在線處理，導(dǎo)致氣化爐停車。在入氣化爐根部增加 2 臺(tái)儀表氣動(dòng)閥門，要求每月進(jìn)行 2 次開、關(guān)，防止閥門出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象。 新增 2 臺(tái)儀表氣動(dòng)閥門相關(guān)參數(shù)見表 1。
2） 為了解決泵出口流量計(jì)頻繁泄漏以及流量較低不能滿足工藝需求的問題，更換新型流量計(jì)，其相關(guān)參數(shù)見表 2。 更換后的流量計(jì)運(yùn)行 4 000 h后未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。
3） 將蒸汽計(jì)量流量計(jì)出口閥門限制流量， 一般控制在 45～55 m3 ／ h，并能夠滿足氣化爐下渣順暢。
4） 改造方案。
管道原設(shè)計(jì)公稱直徑 DN100 mm， 壓力等級(jí)CL600，壁厚等級(jí) SCH120，材質(zhì) 20#。
①由于 20# 鋼材質(zhì)能滿足現(xiàn)有工況要求，從經(jīng)濟(jì)性方面考慮， 對(duì)原有的閥門、 流量計(jì)等繼續(xù)使用，原設(shè)計(jì)的管線材質(zhì)、管徑不變，只對(duì)管線的厚度進(jìn)行加厚， 壁厚等級(jí)由原來的 SCH120 增加到SCH160。
②由于管線漏點(diǎn)位置按照介質(zhì)流向均出現(xiàn)在彎頭后或三通轉(zhuǎn)彎后與直管連接段， 為減小介質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)彎處的沖刷， 彎頭改用大曲率半徑的 90°彎 頭：R=3D。
③對(duì)原有等徑三通更換為厚壁三通， 由原來的 NPS4 SCH120 更換為 NPS4 SCH160，通過增加壁厚來延長(zhǎng)其使用壽命。
④考慮到介質(zhì)工況， 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能存在管線堵塞情況，從而影響蒸汽計(jì)量流量計(jì)出口流量，所以在管線上 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(duì)管線進(jìn)行檢查清洗。
2017 年 9 月， 氣化裝置 3 臺(tái)氣化爐鎖斗系統(tǒng)管線改造完畢。 改造后運(yùn)行 7 000 h 左右未出現(xiàn)鎖斗管線泄漏現(xiàn)象，保證了氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。
3 鎖斗管線泄漏預(yù)防措施
1） 氣化爐運(yùn)行中， 定期對(duì)鎖斗管線進(jìn)行壁厚檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)管線變薄及時(shí)進(jìn)行預(yù)防性補(bǔ)焊處理。
2） 定期進(jìn)行備爐檢修， 針對(duì)鎖斗系統(tǒng)列出單獨(dú)檢修項(xiàng)目，并對(duì)管線進(jìn)行壁厚檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)管線減薄及時(shí)更換管線及管件。
3） 鎖斗系統(tǒng)所有手動(dòng)閥及程控閥門備爐檢修期間進(jìn)行檢查，防止閥門出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。
4） 建立管線壁厚定期檢測(cè)臺(tái)賬， 摸索其規(guī)律性變化。
4 建議
蒸汽計(jì)量流量計(jì)進(jìn)、出口管線經(jīng)過改造，雖有很大改觀，但還應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化。將渦街流量計(jì)電機(jī)增加變頻裝置， 這樣可以保證泵出口閥門始終處于全開位置，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)泵出口流量，能減小對(duì)泵出口閥門造成的沖刷損壞， 還能保證蒸汽計(jì)量流量計(jì)再循環(huán)時(shí)泵吸入量充足， 防止發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，使泵穩(wěn)定運(yùn)行。
5 結(jié)束語
通過以上改造， 氣化爐運(yùn)行超過 8 000 h 未出現(xiàn)鎖斗管線泄漏現(xiàn)象， 目前氣化爐負(fù)荷可以達(dá)到110%，且運(yùn)行穩(wěn)定。