蒸汽管道流量計進出口管線泄漏原因分析及處理
點擊次數(shù)：3198 發(fā)布時間：2021-01-07 15:07:32
摘要：水煤漿氣化爐渦街流量計進、出口管線在運行中因泄漏問題造成氣化爐停車，針對泄漏問題進行分析，并提出改造措施，改造后的鎖斗系統(tǒng)實現(xiàn)了長周期運行，目前氣化爐負荷可以達到 110%，且運行穩(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， 水煤漿與氧氣通過三流式燒嘴進入氣化爐， 在氣化爐燃燒室里發(fā)生部分氧化反應后產(chǎn)生的粗渣進入鎖斗進行 28 min 的集渣，然后通過鎖斗自身邏輯程序排放到渣池。 蒸汽管道流量計入口介質來自鎖斗頂部， 在排渣期間通過自身循環(huán)運行， 集渣時鎖斗頂部介質與氣化爐底部介質進行循環(huán)，從而導致渦街流量計進、出口管線長時間磨損沖刷后出現(xiàn)泄漏。
1 鎖斗系統(tǒng)流程
氣化爐內反應產(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入到蒸汽管道流量計， 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。 渣由激冷室進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間內收集在鎖斗中，28 min后開始排渣。排渣之前，蒸汽管道流量計管線上的循環(huán)閥打開，泵入口閥關閉，使該泵建立自身循環(huán)。鎖斗入口閥關閉，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泄壓管線進行沖洗，15 s 后關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%時打開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%時關閉鎖斗出口閥， 鎖斗充滿水后關閉鎖斗沖洗閥， 再打開鎖斗充壓閥給鎖斗進行充壓，當鎖斗與氣化爐壓差小于 0.18 MPa 時，打開鎖斗入口閥關閉鎖斗充壓閥， *后渦街流量計入口閥打開，泵管線上循環(huán)閥關閉，此時鎖斗進入下一個循環(huán)。
2 蒸汽管道流量計進、出口管線泄漏原因及處理方法
2.1 泄漏現(xiàn)象
1） 渦街流量計進、 出口管線泄漏出現(xiàn)在氣化爐運行 3 500 h 左右時， *先出現(xiàn)漏點位置是泵出口流量計處，鎖斗管線采用的是楔形流量計，在流量計中間有個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(qū)域減薄泄漏，后期經(jīng)過幾次補焊維持到備爐檢修。
2） 氣化爐運行到 4 300 h 左右時，渦街流量計進、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)場環(huán)境衛(wèi)生。
3） 氣化爐運行到 4 882 h 時，蒸汽管道流量計出口總閥后三通出現(xiàn)漏點， 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，因鎖斗管線泄漏導致氣化爐停車 2 次。
2.2 泄漏判斷依據(jù)
1） 渦街流量計進、出口壓力表指示波動，出口流量波動。
2） 現(xiàn)場泄漏點向外噴出黑水并帶有少量固體顆粒。
3） 泄漏量大時可造成氣化爐液位下降， 黑水排放量減小。
4） 運行中的蒸汽管道流量計振動大產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。
2.3 原因分析
1） 原始設計管線厚度較薄， 選用 90°彎頭，故導致介質流速增大，沖刷腐蝕速度加快。
2） 在鎖斗排渣過程中渦街流量計是自身循環(huán)，原始開車后將蒸汽管道流量計出口閥門全部打開，導致自身循環(huán)時吸入量不夠， 管線內氣液混合對管線造成汽蝕及沖擊。
3） 渦街流量計出口單向閥為碳鋼材質， 氣化爐運行 3 000 h 后管線內介質將單項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流向改變、流速增大，加快對管線沖刷。
2.4 解決措施
1） 蒸汽管道流量計出口管線總閥泄漏無法在線處理，導致氣化爐停車。在入氣化爐根部增加 2 臺儀表氣動閥門，要求每月進行 2 次開、關，防止閥門出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象。 新增 2 臺儀表氣動閥門相關參數(shù)見表 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足工藝需求的問題，更換新型流量計，其相關參數(shù)見表 2。 更換后的流量計運行 4 000 h后未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。
3） 將蒸汽管道流量計出口閥門限制流量， 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。
管道原設計公稱直徑 DN100 mm， 壓力等級CL600，壁厚等級 SCH120，材質 20#。
①由于 20# 鋼材質能滿足現(xiàn)有工況要求，從經(jīng)濟性方面考慮， 對原有的閥門、 流量計等繼續(xù)使用，原設計的管線材質、管徑不變，只對管線的厚度進行加厚， 壁厚等級由原來的 SCH120 增加到SCH160。
②由于管線漏點位置按照介質流向均出現(xiàn)在彎頭后或三通轉彎后與直管連接段， 為減小介質對轉彎處的沖刷， 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， 由原來的 NPS4 SCH120 更換為 NPS4 SCH160，通過增加壁厚來延長其使用壽命。
④考慮到介質工況， 長時間運行可能存在管線堵塞情況，從而影響蒸汽管道流量計出口流量，所以在管線上 20 m 與 40 m 處各增加 1 個三通之路用盲法蘭堵上， 每次備爐檢修時對管線進行檢查清洗。
2017 年 9 月， 氣化裝置 3 臺氣化爐鎖斗系統(tǒng)管線改造完畢。 改造后運行 7 000 h 左右未出現(xiàn)鎖斗管線泄漏現(xiàn)象，保證了氣化爐長周期穩(wěn)定運行。
3 鎖斗管線泄漏預防措施
1） 氣化爐運行中， 定期對鎖斗管線進行壁厚檢測，發(fā)現(xiàn)管線變薄及時進行預防性補焊處理。
2） 定期進行備爐檢修， 針對鎖斗系統(tǒng)列出單獨檢修項目，并對管線進行壁厚檢測，發(fā)現(xiàn)管線減薄及時更換管線及管件。
3） 鎖斗系統(tǒng)所有手動閥及程控閥門備爐檢修期間進行檢查，防止閥門出現(xiàn)內漏現(xiàn)象。
4） 建立管線壁厚定期檢測臺賬， 摸索其規(guī)律性變化。
4 建議
蒸汽管道流量計進、出口管線經(jīng)過改造，雖有很大改觀，但還應進一步優(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始終處于全開位置，通過調節(jié)電機轉速來調節(jié)泵出口流量，能減小對泵出口閥門造成的沖刷損壞， 還能保證蒸汽管道流量計再循環(huán)時泵吸入量充足， 防止發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，使泵穩(wěn)定運行。
5 結束語
通過以上改造， 氣化爐運行超過 8 000 h 未出現(xiàn)鎖斗管線泄漏現(xiàn)象， 目前氣化爐負荷可以達到110%，且運行穩(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， 水煤漿與氧氣通過三流式燒嘴進入氣化爐， 在氣化爐燃燒室里發(fā)生部分氧化反應后產(chǎn)生的粗渣進入鎖斗進行 28 min 的集渣，然后通過鎖斗自身邏輯程序排放到渣池。 蒸汽管道流量計入口介質來自鎖斗頂部， 在排渣期間通過自身循環(huán)運行， 集渣時鎖斗頂部介質與氣化爐底部介質進行循環(huán)，從而導致渦街流量計進、出口管線長時間磨損沖刷后出現(xiàn)泄漏。
1 鎖斗系統(tǒng)流程
氣化爐內反應產(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入到蒸汽管道流量計， 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。 渣由激冷室進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間內收集在鎖斗中，28 min后開始排渣。排渣之前，蒸汽管道流量計管線上的循環(huán)閥打開，泵入口閥關閉，使該泵建立自身循環(huán)。鎖斗入口閥關閉，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泄壓管線進行沖洗，15 s 后關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%時打開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%時關閉鎖斗出口閥， 鎖斗充滿水后關閉鎖斗沖洗閥， 再打開鎖斗充壓閥給鎖斗進行充壓，當鎖斗與氣化爐壓差小于 0.18 MPa 時，打開鎖斗入口閥關閉鎖斗充壓閥， *后渦街流量計入口閥打開，泵管線上循環(huán)閥關閉，此時鎖斗進入下一個循環(huán)。
2 蒸汽管道流量計進、出口管線泄漏原因及處理方法
2.1 泄漏現(xiàn)象
1） 渦街流量計進、 出口管線泄漏出現(xiàn)在氣化爐運行 3 500 h 左右時， *先出現(xiàn)漏點位置是泵出口流量計處，鎖斗管線采用的是楔形流量計，在流量計中間有個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(qū)域減薄泄漏，后期經(jīng)過幾次補焊維持到備爐檢修。
2） 氣化爐運行到 4 300 h 左右時，渦街流量計進、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)場環(huán)境衛(wèi)生。
3） 氣化爐運行到 4 882 h 時，蒸汽管道流量計出口總閥后三通出現(xiàn)漏點， 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，因鎖斗管線泄漏導致氣化爐停車 2 次。
2.2 泄漏判斷依據(jù)
1） 渦街流量計進、出口壓力表指示波動，出口流量波動。
2） 現(xiàn)場泄漏點向外噴出黑水并帶有少量固體顆粒。
3） 泄漏量大時可造成氣化爐液位下降， 黑水排放量減小。
4） 運行中的蒸汽管道流量計振動大產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。
2.3 原因分析
1） 原始設計管線厚度較薄， 選用 90°彎頭，故導致介質流速增大，沖刷腐蝕速度加快。
2） 在鎖斗排渣過程中渦街流量計是自身循環(huán)，原始開車后將蒸汽管道流量計出口閥門全部打開，導致自身循環(huán)時吸入量不夠， 管線內氣液混合對管線造成汽蝕及沖擊。
3） 渦街流量計出口單向閥為碳鋼材質， 氣化爐運行 3 000 h 后管線內介質將單項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流向改變、流速增大，加快對管線沖刷。
2.4 解決措施
1） 蒸汽管道流量計出口管線總閥泄漏無法在線處理，導致氣化爐停車。在入氣化爐根部增加 2 臺儀表氣動閥門，要求每月進行 2 次開、關，防止閥門出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象。 新增 2 臺儀表氣動閥門相關參數(shù)見表 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足工藝需求的問題，更換新型流量計，其相關參數(shù)見表 2。 更換后的流量計運行 4 000 h后未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。
3） 將蒸汽管道流量計出口閥門限制流量， 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。
管道原設計公稱直徑 DN100 mm， 壓力等級CL600，壁厚等級 SCH120，材質 20#。
①由于 20# 鋼材質能滿足現(xiàn)有工況要求，從經(jīng)濟性方面考慮， 對原有的閥門、 流量計等繼續(xù)使用，原設計的管線材質、管徑不變，只對管線的厚度進行加厚， 壁厚等級由原來的 SCH120 增加到SCH160。
②由于管線漏點位置按照介質流向均出現(xiàn)在彎頭后或三通轉彎后與直管連接段， 為減小介質對轉彎處的沖刷， 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， 由原來的 NPS4 SCH120 更換為 NPS4 SCH160，通過增加壁厚來延長其使用壽命。
④考慮到介質工況， 長時間運行可能存在管線堵塞情況，從而影響蒸汽管道流量計出口流量，所以在管線上 20 m 與 40 m 處各增加 1 個三通之路用盲法蘭堵上， 每次備爐檢修時對管線進行檢查清洗。
2017 年 9 月， 氣化裝置 3 臺氣化爐鎖斗系統(tǒng)管線改造完畢。 改造后運行 7 000 h 左右未出現(xiàn)鎖斗管線泄漏現(xiàn)象，保證了氣化爐長周期穩(wěn)定運行。
3 鎖斗管線泄漏預防措施
1） 氣化爐運行中， 定期對鎖斗管線進行壁厚檢測，發(fā)現(xiàn)管線變薄及時進行預防性補焊處理。
2） 定期進行備爐檢修， 針對鎖斗系統(tǒng)列出單獨檢修項目，并對管線進行壁厚檢測，發(fā)現(xiàn)管線減薄及時更換管線及管件。
3） 鎖斗系統(tǒng)所有手動閥及程控閥門備爐檢修期間進行檢查，防止閥門出現(xiàn)內漏現(xiàn)象。
4） 建立管線壁厚定期檢測臺賬， 摸索其規(guī)律性變化。
4 建議
蒸汽管道流量計進、出口管線經(jīng)過改造，雖有很大改觀，但還應進一步優(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始終處于全開位置，通過調節(jié)電機轉速來調節(jié)泵出口流量，能減小對泵出口閥門造成的沖刷損壞， 還能保證蒸汽管道流量計再循環(huán)時泵吸入量充足， 防止發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，使泵穩(wěn)定運行。
5 結束語
通過以上改造， 氣化爐運行超過 8 000 h 未出現(xiàn)鎖斗管線泄漏現(xiàn)象， 目前氣化爐負荷可以達到110%，且運行穩(wěn)定。