煤化工变换装置的设备及管道选材之探讨

2022-09-12

变换装置主要实现的目的, 是通过一氧化碳和水蒸气的结合, 在催化剂的催化作用下在炉内发生变换反应, 调节气化炉煤气产出过程中的氢元素和碳元素比例。同时, 由于变换反应为放热反应, 还可利用反应放出的热量根据全厂需要副产不同压力等级的蒸汽。因此, 变换装置在煤化工产为中必不可少。变换装置主要涉及的部分有:变换炉、冷凝液回收系统、锅炉给水系统、水分离器设备、废热锅炉设备等;

由于变换装置是服务于煤化工设备的, 因此本身也处于一种长期满负荷运转的状态之中, 在设计、制作和安装过程中, 要充分考虑化工环境对变换装置的影响, 如装置运行的稳定性、匹配性、兼容性和耐腐蚀性等等。

首先, 从受影响最严重的腐蚀性角度出发, 煤化工作业中具有腐蚀性的物质通常为硫化物, 针对硫化物腐蚀性的影响进行分析;其次, 煤化工的工艺流程对变换装置的设备和管道材质也造成了一定影响, 对同一工艺流程下的不同类型下的设备进行分析, 包括在不同温度、介质、工艺流程等条件下设备的材质要求。

1 腐蚀作用对煤化工变换设备的选择影响

硫化物是煤炭化工中最容易出现的腐蚀性物质, 对化工设备及装置的影响很大, 具体到变换装置方面, 影响选择的原因有一下几方面:

首先, 由于不同的煤种、煤质及预处理技术等原因, 煤炭资源中所蕴含的硫元素含量是不同的, 同时在发生反应的过程中, 水分多少、气化比例、氧气含量等诸多因素, 也会形成不同的硫化腐蚀结果, 在这一结果难以预测的情况下, 就无法确定变换装置究竟按照什么样的标准选择。

其次, 除了硫化腐蚀作用之外, 还包括其他高浓度的有机物、酚类等强酸或强碱类腐蚀性物质。随着煤化工装置的大型化发展趋势, 变换炉所承受的单位荷载量也在不断提升, 在针对水分离、水汽比例等方面的调整上存在许多有待改进的地方。这些因素, 都会形成静设备的选择标准确定。

再次, 煤种和煤质的选择虽然并没有强制性要求, 但根据煤化工发展的趋势, 褐煤和无烟煤的应用在技术上更加成熟, 而针对褐煤和无烟煤的腐蚀性特征尚未完全采取应对措施。

针对腐蚀作用的影响, 变换装置, 尤其是大型静态变换装置的选择可以依据如下的原则。

根据煤化工过程中的腐蚀性机理分析, 具有针对性的添加化学制剂, 或者从变换装置的密封性方面入手, 改进方式更加简单和快捷;从本质上解决问题的方法, 是通用性防腐材料的使用, 如内衬手段, 或直接采用不锈钢材质。

除此之外, 一些物理工艺也能够影响腐蚀性对设备材质的影响, 进而影响设备及管道材质的选择。如针对变换炉出口的温度控制, 温度在控制在一定范围内, 可以有效降低硫化腐蚀作用的活性。

2 工艺流程对煤化工变换设备的选择影响

变换装置在煤化工产业中的最大用途是对工艺的支持和实现, 本质上说, 工艺流程对变换装置的影响而言是最大的。例如, 为了减少煤化工产业中对水资源的浪费, 化工装置中要设计配套的冷凝液回收循环系统, 但冷凝液中蕴含的有害成分、杂质较多, 变换装置的材质和功能设计都深受影响。

以冷凝液为例进行分析, 煤化工产业的生产中, 冷凝液通常含有大量的硫化物、有机物、氨类、酚类和焦油等复杂有毒成分, 这些物质在通过变换装置进行回流循环使用的过程中, 一旦出现泄漏事物, 势必造成环境的破坏污染;因此, 冷凝液变换装置在设计上要实现密封性要求, 在材料选择上要选择耐腐蚀、光滑度高的材质, 防止密度过大产生粘连。

任何工艺的辅助设施都不是一劳永逸的, 尤其是针对煤化工艺而言, 密封性虽然可以解决掉暂时的问题, 但仍然需要定期的更换。由此就提出了变换装置设计和材料选择的另外一个研究问题, 提高设备的拆卸机动性, 以及材料的稳定性。其中, 材料的稳定性实质自身的化学性质, 性能衰减速度相对固定。

同时, 考虑到煤化工产业的联动生产特性, 越是庞大的产业结构中, 工艺流程的复杂程度就越高。要实现联合作业生产, 变换装置的稳定性、兼容性和可移植性必须良好, 无论嫁接在任何一个部位, 都能够体现标准化的特点。

3 结语

变换装置在煤化工业中的作用十分重要, 它的存在不仅能将不同煤气化技术产生的煤气转化成一定氢碳比的合成气, 以满足产品需要, 同时还能利用反应热副产不同压力等级的蒸汽。截至目前我国在煤化工变换装置的设计和材料选择上, 并没有一定的规范和标准, 企业大多根据自身的需要自行设计开发, 这无疑存在很大的技术发展空间和市场潜力。

随着我国能源结构调整、能源利用形式多元化的要求, 未来煤化工产业的发展会越来越快, 标准化体系的建设势在必行, 因此, 积极展开对煤化工变换装置的研究具有深刻的现实意义。

摘要：在煤化工产业所涉及的装置中, 变换装置介质高温高压, 易燃易爆, 它的正常运转决定了整个系统的生产稳定性。在这种情况下, 要确保装置的安全就需要提升变换装置的优化设计, 以适应煤化工装置所用的工艺体系, 同时从设备类型和管道材料入手, 提升整个系统的安全指数。

关键词：煤化工产业,变换装置,设备材质,耐腐蚀性