煤直接液化装置易磨蚀部位分析和对策

2022-12-29

0 引言

煤直接液化技术始于19世纪中期, 至今为止已经历了100余年的发展历史, 且已形成了以埃克森供氢溶剂、容积精炼煤和氢煤法三种技术方法为主的煤直接液化技术, 有效提高了煤的利用效率。然而, 在以加氢为主的煤直接液化过程中, 部分液化装置在长期的运行过程中均会出现不同程度的磨损, 在降低了煤的加氢液化效率的同时, 对煤的整体利用效率的提高也产生了严重影响。因此, 有必要对煤直接液化装置易磨蚀部分进行分析并制定相应的对策, 以保证煤直接液化工艺的顺利进行。

1 煤直接液化简述

1.1 煤直接液化的概念

煤的直接液化是煤液化的主要方法之一, 具体说来就是使煤在相关催化剂以及氢气的共同作用下, 通过发生加氢裂化反应而转化为液体燃料的全过程, 由于此过程的完成离不开氢气的参与, 故煤直接液化又称为煤加氢液化。

1.2 煤直接液化的意义

由煤直接液化的概念可知, 煤液化的实质就是在氢气以及相关催化剂的作用下转变为液体燃料的过程, 通常情况下, 固体煤中含有多种硫化物与砷化物, 由于此类物质的存在, 使得煤在进行工业生产时难以完全燃烧, 进而在降低了煤燃烧效率的同时, 也增加了煤化工企业的生产成本[1]。以氢气作为主要媒介, 对煤进行液化处理进而将固体煤转化至液体形态, 使其能够充分燃烧, 进而在提高煤利用效率的同时, 为企业节省成本, 促进企业的全面发展。

2 煤直接液化装置易磨损部位研究及应对措施

2.1 煤液化车间的进料泵

液化车间进料泵磨损常见于吸入球阀部分, 而吸入球阀的磨损主要是由集合管中的油煤浆经沉淀而造成的。由于进料泵的集合管具有较大的管径, 且油煤浆属于固液混合物料, 因在流动过程中符合幂律流体规则, 故在实际的煤直接液化过程中, 油煤浆原料为流层。在一般的煤直接液化过程中, 因油煤浆在管径中流动时所产生的粘滞阻力要大于其本身的流体惯力, 故油煤浆在进料泵聚集管管壁处的流动速度要远远小于其在管道内的流速, 由此便导致了以固液混合物形态存在的油煤浆在进料泵聚集管的管壁处发生沉积。而随着沉积物厚度的不断加大, 使得聚集管内壁的粗糙程度也逐渐增加, 又进一步降低了油煤浆在管壁处流动的速度, 从而形成恶性循环, 导致管壁内的油煤浆在重力的作用下坠落, 使得进料泵吸入口球阀在运行过程中产生磨损[2]。

由于集料泵吸入球阀产生磨损的原因主要是沉积于集合管管壁处的油煤浆掉落因占据空间而引起的, 故可针对进料泵吸入球阀的磨损采取以下措施:将进料泵入口膨胀节的位置进行适当移动, 使其位于进料泵集合管的正下方, 则因膨胀节的吸入作用进而使油煤浆在集合管中的流动情况发生变更, 从而降低油煤浆在进料泵集合管管壁以及管底的沉积[3]。这种方法虽然无法完全避免吸入球阀产生磨损, 但可以保证吸入球阀所产生的磨损分布较为均匀, 进而减少因局部磨损而产生的堵塞情况。此外, 将持续性的冲刷油线加至进料泵集合管入口处的排污线上, 进而降低集合管内油煤浆的沉积。值得注意的是, 当进料泵停止运行时, 必须利用冲洗油对其进行全面而彻底的清洗, 以达到预防管线中油煤浆的沉积。

2.2 液控阀控制阀

经过加工后的油煤浆经过加热炉加热和配氢后, 经进料泵输送至反应器, 在反应器内高温高压催化剂及加氢作用下, 发生反应, 反应产物由第二悬浮床反应器顶部输送至热高分, 油气分离后的液体物料由热高分低经液控阀输送至热中分, 而热高分底部至热中分之间的液位控制阀液容易造成磨损腐蚀, 首先热高分液位控制完全由液控阀开度控制, 同时, 热高分压力在17MP~20MP左右, 经液控阀减压后到达热中分就成了2MP~4MP左右, 较大的压力变化会对阀体及管线造成冲击和损坏;其次, 此间物料温度在400多度, 物料中又含有大量固体物质, 如未完全反应的煤粉, 催化剂, 结焦物等, 对阀芯、阀座及管线造成冲刷, 长时间运行, 必造成磨损;再者反应器及热高分受到装置波动影响, 会造成压力温度等大幅度波动, 液控阀为稳定热高分波动, 会大幅度开关液控阀, 物料压力及流速波动对阀体造成巨大冲击, 造成磨损[4]。

针对以上磨损原因可采取如下解决措施:首先, 寻求更适合煤液化工况的抗压耐磨材质, 更换为抗压耐磨材质;其次, 设置备用路及阀门, 热高分底部出来后, 分成了四路 (ABCD路) 相同管线, 在热中分前AC路合在一起扎在热中分罐壁, BD路合在一起扎在AC路对面的罐壁, 在有一路液控阀磨损故障后切换至其他路, 对故障路检修;再次, 严格控制反应压力及温度, 稳定上游波动, 减少波动冲刷, 同时, 加强对液控阀及管线进行定期检测, 对磨损情况进行记录监控。

2.3 常压塔塔底泵

由于常压塔塔底泵的泵体并无夹套, 因此, 在运行过程中, 后备泵难以长时间保持其自身的热备状态, 加之在实际的煤直接液化工艺流程中, 相关工艺条件始终处于不断的变化当中, 使得原泵的初始流量已难以满足加氢工艺的要求。对于长时间处于高温工作下的耐磨材料而言, 由于其材质较为脆弱, 故在泵体持续升温的过程中极易受到温差应力的影响而发生磨蚀甚至破裂。针对此种情况, 应采取机械密封的方法进行处理。通过引入双端面的背靠背设置, 进而将硬质合金和碳化钨共同作为摩擦副。在想泵中注入外接的冲洗油, 使其冲洗位于介质端的密封端口, 将磨蚀程度降至最低。

2.4 减压塔塔底泵

减压塔塔底泵的作用为将塔底含有的高温物料进行抽取, 并将其中一部分作为塔底的循环油浆, 另一部分送至煤直接液化体系的油渣的成型装置当中。但由于其底泵的最高运行温度为300多度, 所要输送残渣的主要成分大都为催化剂、沥青烯、以及煤中的矿物质与重油等。而残渣当中, 煤系催化剂与铁系催化剂的存在, 大幅提高了介质本身的磨蚀性, 加之沥青烯等具有较高粘稠度液态物质的存在严重阻碍了煤渣输送的连续性, 从而使得减压塔底泵产生磨蚀。此外, 减压塔工段磨损突出部位还有减压塔入口气动阀后进料靠近塔壁的喇叭段, 由于含固物料冲刷造成磨损。

针对上述情况, 设计暖泵方案, 具体说来就是利用底泵的功率, 当有暖泵存在时, 关闭底泵的进出口阀门, 并将冲洗油或其他具有较高热量的介质加入其中, 然后开启底泵, 通过输入的冲洗油或其他热媒进而使整个减压塔底泵的温度明显提升, 且在此过程中, 通过加强对泵转速的控制, 进而调节并稳定输入功率, 加速催化剂的反应并提高沥青烯等高粘稠物质的流速, 减少底泵磨蚀。

3 结语

本文以煤直接液化装置的易磨蚀部位产生磨损的原因及对策作为研究对象, 通过煤直接液化的概念和意义进行分析, 在结合煤浆加热炉炉前加氢工艺相关特点的基础上, 对液化车间的进料泵、液控阀、常压塔以及减压塔等煤直接液化装置产生磨损的原因做出了系统分析, 并提出了具有较强针对性的解决办法。可见, 未来加强对煤直接液化装置的易磨蚀部位产生磨损的原因和对策的研究力度, 对于提高煤直接液化的效率具有重要的现实意义。

摘要：煤直接液化能够有效提高煤的利用效率, 通过对煤直接液化的概念以及煤直接液化的意义进行分析, 分别从煤液化车间的进料泵、液控阀、常压塔以及减压塔等煤直接液化装置中, 易磨损的部位发生磨损的原因及对策展开了深入研究, 以期为提高煤直接液化效率提供良好的设备保障。

关键词：煤直接液化,加氢工艺,进料泵,反应器,常压塔