仇鹏，周建欣，陈阳
（中海油惠州石化有限公司，广东 惠州516086）
［摘 要］中海油惠州石化有限公司煤制氢项目多喷嘴对置式水煤浆加压气化装置设有2台气化炉（一开一备，分别称为多喷嘴气化5系列、6系列），于2023年3月开始试生产，2023年12月实现达标达产。2024年4月，多喷嘴气化6系列首次长周期运行（运行时长91 d）过程中，黑水闪蒸系统出现蒸发热水塔塔盘压差波动、蒸发热水塔气相带水、高温热水罐液位与酸气分离器液位频繁大幅波动及蒸发热水塔塔盘结垢等异常问题。采取了一系列优化调整措施后，有效缓解了蒸发热水塔塔盘压差波动、高压闪蒸气带水等问题，此后再未出现过类似问题，保障了黑水闪蒸系统及多喷嘴气化装置的安全、稳定、长周期运行。
［关键词］多喷嘴水煤浆气化装置；黑水闪蒸系统；蒸发热水塔；塔盘结垢；高压闪蒸气带水；优化调整
［中图分类号］TQ546.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）02-0020-03
0 引 言
中海油惠州石化有限公司（简称惠州石化）150 kt/a煤制氢项目气化装置包括两条生产线，一条生产线采用具有碳转化率高、热回收效率高等优势的E-Gas气化工艺，于2018年7月投产，气化炉设计为两开一备，设计产粗合成气\[以有效气（CO+H2）计]260 km3/h（标态，下同）；另一条生产线采用具有有效气成分高、耐火砖使用寿命长等优势的多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺，于2023年3月开始试生产，设有2台气化炉（设计为一开一备，简称为多喷嘴气化5系列、6系列），正常运行时多喷嘴气化炉操作压力4.1～4.2 MPa、操作温度1 220～1 350 ℃，单炉处理原料煤2 500 t/d（收到基），单炉有效气（CO+H2）产量140 km3/h，年操作时间8 400 h。2023年3月以来，惠州石化多喷嘴水煤浆气化装置历经了试生产、正式生产、装置标定等阶段，整体运行状况良好，于2023年12月实现达标达产。2024年4月，多喷嘴气化6系列首次长周期运行过程中，黑水闪蒸系统（采用高压闪蒸、低压闪蒸、真空闪蒸三级闪蒸工艺）出现蒸发热水塔塔盘压差波动、蒸发热水塔气相（高压闪蒸气）带水、高温热水罐液位频繁大幅波动、酸气分离器液位频繁大幅波动及蒸发热水塔塔盘结垢等异常问题，到运行周期后期，蒸发热水塔气相带水很频繁且带水多。结合工艺流程与系统运行情况，分析与探讨高压闪蒸系统工况异常的原因，总结经验，得出了一些优化调整措施。以下对有关情况作一介绍。
1 多喷嘴水煤浆气化装置工艺流程简介
惠州石化多喷嘴水煤浆气化装置单系列包括煤浆进料系统、气化系统、粗合成气洗涤系统、锁斗系统、黑水闪蒸系统、公用工程系统等，多喷嘴气化两系列共用热回收系统、灰水澄清及过滤系统。煤浆进入气化炉与高压氧气反应生成以CO+H2为主的粗合成气，粗合成气经除固、洗涤后送至热回收系统调整水气比。热回收系统出口粗合成气分为两部分，大部分粗合成气（用于生产变换气）与E-Gas气化炉生产的粗合成气汇合后一起进入耐硫变换系统，经变换、低温甲醇洗系统脱除酸性气后进入PSA提氢系统得到产品氢气，大部分产品氢气送至管网作为下游加氢装置的原料气，少部分氢气用于调整羰基合成气氢碳比；热回收系统出口少部分粗合成气（非变换气）经进一步冷却后与E-Gas气化炉激冷段产生的抽出气汇合，然后送至低温甲醇洗系统非变换气酸性气脱除单元处理，之后与来自PSA提氢系统的少部分氢气混合，即用氢气调整净化气氢碳比后得到羰基合成气，送至下游丁辛醇装置作为原料气。
多喷嘴气化装置高压闪蒸系统流程示意如图1。多喷嘴气化装置黑水闪蒸系统包括高压闪蒸、低压闪蒸、真空闪蒸等系统，高压闪蒸系统主要设备有蒸发热水塔、高温热水罐及酸气分离器等。其中，蒸发热水塔分为蒸发室和热水室，热水室上部有7层塔盘（固阀塔盘），气化系统来的三路高温高压黑水在蒸发室内大量汽化，闪蒸气通过填料进入热水室，低压灰水、除氧水与从蒸发室出来的高温闪蒸气在固阀塔盘上直接接触换热，吸热后的热水室热水流入高温热水罐，作为高温热水泵的进水，同时还有一路低压灰水直接进入高温热水罐，用于调节高温热水罐液位及温度。蒸发热水塔顶部气相（含酸性气）经酸气冷凝器降温后在酸气分离器中闪蒸，闪蒸气送入克劳斯硫回收装置（副产硫磺）处理，液相进入气化灰水槽。简言之，高压闪蒸系统的作用是脱除黑水中的酸性气并回收热量，使返回气化系统的灰水升温，而闪蒸系统的稳定运行对于整个多喷嘴气化装置的长周期稳定运行至关重要。
2 高压闪蒸系统运行情况分析
正常工况下高压闪蒸系统工艺控制指标：蒸发热水塔闪蒸压力（P14）0.49～0.51 MPa、塔盘压差（PD10）20～30 kPa，入蒸发热水塔低压灰水流量（F13）240～270 m3/h，入高温热水罐灰水遥控阀开度（HC11）18%～25%，高温热水罐液位（L2）70%～80%，酸气分离器液位（L3）40%～50%，高温热水泵出口压力（P9）5.9～6.3 MPa、出口热水温度（T9）140～145 ℃。随着系统运行时间的延长，蒸发热水塔塔盘压差开始增大，且高温热水罐液位开始频繁波动甚至迅速下降，酸气分离器液位也频繁出现波动，造成高温热水泵抽空（汽蚀）而泵出口去水洗塔热水流量急剧降低，影响系统的安全稳定运行[1]。本次工况异常期间高压闪蒸系统运行参数与系统灰水水质参数如表1。以下结合生产数据就高压闪蒸系统异常工况及调整措施等分为三个阶段（第一阶段为2024年4月12—28日，第二阶段为2024年4月29日—5月19日，第三阶段为2024年5月20日—6月11日）进行讨论。
2.1 高压闪蒸系统第一阶段运行情况及调整
第一阶段（2024年4月12—28日），高压闪蒸系统主要异常现象为蒸发热水塔塔盘压差出现数次波动，塔盘压差最高达60 kPa、压差波动范围最大达30 kPa；高温热水罐液位和酸气分离器液位均出现一定程度的波动。据这些现象分析，蒸发热水塔热水室中的热水难以回到高温热水罐中，蒸发热水塔高压闪蒸气带水量明显增大，而此时气化系统来黑水温度和流量以及蒸发热水塔闪蒸压力都稳定，表明蒸发热水塔塔盘上的水不能正常流下至热水室再到高温热水罐中，高温热水在塔盘上的行程受阻。据表1灰水水质数据，此时系统灰水硬度相对较高（总硬度指标≤ 650 mg/L）。
第一阶段调整思路：为靠近正常操作指标，防止或减缓蒸发热水塔塔盘积垢[2]，入蒸发热水塔低压灰水流量原则上不低于240 m3/h（以提高 “清洗”效果）、蒸发热水塔出口热水温度不低于140 ℃（减少系统不必要的冷量加入）且最高不超过150 ℃（防止高温热水泵汽蚀，避免高温热水泵出口压力升高）。
高压闪蒸系统运行中，一方面需关注高温热水泵振值和出口压力，当高温热水泵振动速度超过4 mm/s、出口压力出现波动、出水温度升高时适当开大入高温热水罐灰水遥控阀开度，并向高温热水罐补充低温灰水；另一方面需保持蒸发热水塔塔盘压差稳定，当压差有增长趋势时，适当增加入高温热水塔低压灰水流量以冲掉垢层，减缓塔盘压差增长趋势。但实际生产中发现，入蒸发热水塔低压灰水流量很难控制在不低于240 m3/h，因为热水在塔盘上的行程受阻，若入蒸发热水塔低压灰水流量较高，高压闪蒸气带水会更严重，高温热水罐液位也更难控制。
2.2 高压闪蒸系统第二阶段运行情况及调整
第二阶段（2024年4月29日—5月19日），高压闪蒸系统蒸发热水塔塔盘压差最高达70 kPa、压差波动范围最大达30 kPa，酸气分离器几次满液位且液位波动范围更大，高温热水罐液位最低到了63%。分析认为，蒸发室出来的高温闪蒸气穿过塔盘的有效通道进一步变小，高温热水逐渐在塔盘上积聚而无法顺畅回到高温热水罐中，气液行程受阻导致蒸发热水塔塔盘压差增大趋势进一步加剧；同时，塔盘上方更多的灰水被气流携带至酸气分离器中，酸气分离器每12 h就会出现1～3次的满液位现象，高压闪蒸气带水加剧，酸气分离器气相（酸性气）流量大幅波动，影响下游克劳斯硫回收装置的稳定运行。
为稳定高温热水罐液位、高压闪蒸气流量及下游克劳斯硫回收装置排放尾气氮氧化物指标，只能逐步降低入蒸发热水塔的低压灰水流量，最低降至了128 m3/h；同时，不得不将入高温热水罐灰水遥控阀开度频繁开大以稳定其液位，这也变相导致了高温热水罐液位波动更加频繁。另外，此阶段还适当加大了灰水分散剂的使用量。
2.3 高压闪蒸系统第三阶段运行情况及调整
更多内容详见《中氮肥》2025年第2期