多元料浆气化装置氧气输送管线事故的防范

时间：2024-07-28

赵伯平

（陕西煤化集团陕化公司，陕西渭南 714100）

多元料浆气化系一种气流床加压气化技术，压力为8.3 MPa的高纯度氧气和压力为7.8 MPa的水煤浆通过特制的三流道预混式单喷嘴工艺烧嘴喷入气化炉内，在压力6.5 MPa、温度1 300～1 400℃的条件发生火焰型非催化部分氧化还原反应，生成水煤气和熔融态的灰渣。生成的水煤气经激冷降温洗涤除尘后送往变换工段。气化炉及碳洗塔排出的黑水经3级闪蒸，浓缩降温回收热量后进入澄清槽进行沉降处理，澄清的灰水经除氧返回系统循环使用，沉降浓缩后的渣浆送往真空带式过滤机系统脱水处理，滤饼外运。气化过程产生的熔融态灰渣经激冷固化后，由破渣机破碎后再经锁斗系统收集排放到渣池，渣池中的灰渣经捞渣机捞出后外运。

多元料浆气化装置主要包括水煤浆制备、煤浆气化、灰水处理3个操作单元。因此氧气输送管线是多元料浆气化装置必不可少的设备，其安全运行是多元料浆气化炉长周期满负荷运行的有力保障。本文从诱发此类事故的因素、激发能源出发，对多元料浆气化装置氧气输送管线事故的防范措施做一说明，以供业内同仁参考。多元料浆气化装置氧气输送管线在不同阶段事故发生的过程是不同的，其事故的诱发因素也是不同的。

1 多元料浆气化装置氧气工艺流程

多元料浆气化装置气化炉单系列氧管线工艺流程见图1。

1.1 建立氧气开工流量过程

此过程中，氧气的流程为空分工段→氧气缓冲罐（V11）→氧气入单炉切断阀（XV007）→单炉氧气流量调节阀（FV007）→单炉氧气放空阀（XV005）→单炉消音器（Y001）→大气。

1.2 正常运行过程

此过程中，氧气的流程为空分工段→氧气缓冲罐（V11）→氧气入单炉切断阀（XV007）→单炉氧气流量调节阀（FV007）→氧气上游切断阀（XV003）→氧气下游切断阀（XV004）→氧气炉头手动大阀。氧气流过氧气炉头手动大阀后分成2路，1路经工艺烧嘴外环氧管线单向阀进入工艺烧嘴外环氧流道，另1路经工艺烧嘴中心氧流量手动遥控调节阀（HV006）、工艺烧嘴中心氧单向阀进入工艺烧嘴中心氧流道。

2 预防事故发生措施

2.1 建立氧气开工流量过程

在此过程诱发事故的激发能源为高速运动的物质微粒（如铁锈、灰尘、焊渣、杂质颗粒等）与管壁的摩擦。可燃物为铁粉、铁锈，氧化物为被输送的氧气。

气化炉进行开工氧气流量建立过程中，氧气放空切断阀打开的瞬间，如果氧气流量大、流速较高，也可能在氧气放空管消音器出口处发生意外。在此阶段诱发事故的激发能源为阀门开启时，气流与消音器出口管壁、气流与阀瓣与阀座的冲击、挤压，阀门部件之间的摩擦、静电感应、雷击。可燃物为消音器出口处表面的固体颗粒，氧化物为被放空的氧气[1]。

图1 气化炉单系列氧管线工艺流程Fig 1 Single series oxygen pipeline process of gasifier

在建立氧气开工流量前，应采取如下防范措施：

1)根据多元料浆气化系统吹扫方案，对氧气输送管线进行彻底的清洗、吹扫、脱脂处理。如果该管线中含有碳钢部件，还应进行酸洗钝化处理。以消除多元料浆气化装置氧气输送管线在建立氧气开工流量过程发生事故的激发能源及可燃物。

2)对氧气放空流量调节阀、单炉氧气流量调节阀进行调试，确保其动作灵敏、精确、可靠。

3)根据相关技术要求，用氮气按照由低压到高压逐步升压查漏的方法，严把质量关，做好氧气系统设备及管道气密性试验。

4)建立氧气开工流量操作法、现场处置预案方案已下发并全员学习。所有操作人员培训合格，能够熟练进行正确的工艺操作，掌握安全防护技能。消防及救护部门已联系妥当，具备随时实施救援的条件。所有参与开车工作的人员必须服从开车领导小组的统一指挥和领导。引氧操作前由中央控制室指挥人员统一通过对讲机及高音广播指令现场所有工作人员撤离至危险源100 m以外，通过对讲机联系及监视摄像，2次确认所有人员撤离。引氧操作时相关区域内不得滞留任何人员，放置重要物品。

2.2 气化炉运行过程

气化炉运行中，如果因多元料浆气化装置氧气输送管线上法兰连接螺栓松动、阀门密封部件失效，发生轻微泄露而及时消漏，就有可能发生燃爆事故。因此开车前应做好气密性试验，以杜绝泄漏事故的发生。

气化炉运行时，因空分装置故障导致入气化炉氧气压力波动且呈下降趋势，气化炉应根据氧气压力波动幅度，进行减量操作。如果当入炉氧气压力小于等于入炉煤浆压力的时候，气化炉没有进行紧急停车操作，那么水煤浆就会倒窜至入炉氧气管线造成氧气急剧压缩，由于速度很快，来不及散热，形成所谓“绝热压缩”，局部温度猛升，成为着火源，引发部分氧化还原反应，形成爆炸性气体混合物。引发化学物理爆炸事故。采取下列措施就能预防此类事故的发生：

1)因空分装置故障导致气化炉氧气压力波动且呈下降趋势，立即汇报调度，操作人员应根据氧气压力波动幅度适当减负荷运行，并做好停车准备。

2)减量时，中控操作人员密切关注氧气压力、煤浆压力、系统压力及氧煤比的变化，及时调节使之达标；同时，入炉氧气流量、入炉煤浆流量应降低；加强与调度的沟通，掌握空分情况。

3)如果氧气压力波动且呈下降趋势且入炉氧气压力小于等于入炉煤浆压力的时候，应立即对运行的气化炉进行紧急停车处理。

4)当空分装置因故障停运1套时，气化炉应立即停运1台；当空分装置因故障停运2套时，第2台气化炉也应立即停车。

5)没有经过相关技术人员及车间领导的批准，气化炉入炉氧气流量低安全停车联锁不得旁路。

6)加强员工业务，提高其业务水平。

在气化炉运行过程中必须保证有与相匹配的空分装置正常运行，ESD安全联锁动作灵敏可靠，否则，一旦与气化炉相匹配的空分装置出现故障而气化炉并不能通过ESD安全联锁系统停车，就会引发事故。预防此类事故发生的措施是，在工艺烧嘴安全就位后，进行ESD安全联锁系统阀门开、停车动作测试，发现问题，联系电仪工及时解决。

2.3 气化炉停车过程

气化炉停车按钮按下后，气化炉ESD安全联锁系统就会按既定程序自动执行气化炉停车工艺操作。如果气化炉ESD安全联锁系统阀门动作不到位，就会造成气化炉工艺烧嘴中心氧流道、外环氧流道、水煤浆流道高压氮气吹扫不彻底与气化炉内倒回的合成气形成爆炸性气体混合物，引发事故。

氧气入单炉氧气切断阀、流量调节阀门、上下游切断阀门、炉头手动阀、中心氧流量调节阀、单向阀安装前未进行耐压试验。阀门内漏没有被发现是这类事故的诱发因素。采取以下措施可预防此类事故的发生：

1)在气化炉投料前，对气化炉ESD安全联锁系统进行调试，调试时，应保证氧气入单炉切断阀、单炉氧气流量调节阀处于关闭状态。煤浆入炉切断阀、手动阀之间双道球阀间盲板导通，双道球阀处于开启状态，其开度应符合相关技术要求。在调试过程中发现问题及时联系电仪人员解决。合格标准为：气化炉开停车按钮按下后，气化炉ESD安全联锁系统就会按既定程序自动执行气化炉开停车工艺操作，ESD安全联锁系统阀门动作灵敏到位。

2)氧气入单炉氧气切断阀、流量调节阀门、上下游切断阀门、炉头手动阀、中心氧流量调节阀、单向阀检修结束后，安装前应进行耐压试验。试验介质为脱盐水，试验压力应大于8.5 MPa小于10.0 MPa，保压3 h无泄漏为合格。实验结束后，对上述阀门按照相关技术要求进行清洗、吹扫、脱脂处理合格复位。

3)氧气入单炉氧气切断阀、流量调节阀门、上下游切断阀门、炉头手动阀、中心氧流量调节阀、单向阀复位后，用氮气采用由低压到高压缓慢充压的方法，根据流程分段进行耐压试验。按以下步骤分段进行耐压试验：

进行耐压试验，关闭氧气入单炉切断阀XV007、单炉氧气流量调节阀FV007，稍开遥控手动阀HV023前手动阀，打开氮气储罐出口压力调节阀前后手阀，设定PV021压力为8.5 MPa。缓慢打开遥控手动阀HV023，以小于0.1 MPa/s的速率给氧气入单炉切断阀XV007、单炉氧气流量调节阀FV007之间的氧气管线充压至9.3 MPa后关闭HV023。通知现场用脱盐水对氧气入单炉切断阀XV007、单炉氧气流量调节阀FV007之间的氧气管线连接法兰、流量变送器接头、根部阀、各压力表导压管根部阀、接头查漏，确认无泄漏现象后，通过PT027观察压力变化，如有下降则说明FV007内漏。如有上涨趋势则说明XV007内漏。经观察如果压力无变化，则说明氧气入单炉切断阀XV007、单炉氧气流量调节阀FV007之间的氧气管线无泄漏点。

上述工作完成后，检查确认单炉氧气放空切断阀XV005处于关闭状态，稍开单炉氧气流量调节阀FV007，以小于0.1 MPa/s的速率缓慢给单炉氧气流量调节阀FV007、单炉氧气上游切断阀XV003之间的氧气管线充压至9.0 MPa后，缓慢关闭单炉氧气流量调节阀FV007。通知现场用脱盐水对氧气流量调节阀XV007、单炉氧气上游切断阀XV003之间的氧气管线连接法兰、压力表、压力变送器导压管根部阀、接头及单炉氧气放空切断阀XV005前单炉氧气放空管查漏，如无泄漏。通过PT010、PG006、PT003观察压力变化。如果PT010、PG006压力下降且PT003压力为零则说明XV005内漏。如果PT010、PG006压力下降且PT003不为0且有上涨趋势，则说明单炉氧气上游切断阀XV003内漏。如果PT010、PG006压力无变化且PT003压力为零，则说明XV005、XV003性能良好，不存在内漏现象。此项工作完成后，通知现场打开XV005后手动放空阀后撤离并清场。确认所有现场人员撤离后，进行氧气管线泄压操作。

氧气管线泄压操作结束后，通知现场检查并确认 XV003、XV04 及 XV020、XV026 前后手动阀、入炉氧气炉头手动阀关闭、置换气化炉燃烧室低压氮气手动阀关闭后，将氮塞阀XV006前、后手动阀关死后再开一扣。完成操作撤离现场并清场。确认所有现场人员已撤离时，打开氮气保护阀XV006给氧气上、下游切断阀之间管线充压至9.0 MPa关闭氮塞阀XV006。操作完成并确认安全后，通知现场用脱盐水对氧气上、下游切断阀之间管线连接法兰、压力表、压力变送器导压管根部阀、接头查漏，如果无泄漏现象。通过PT003、PT026、PG007观察压力变化，如果PT003压力下降，而RO012为0、PT026、PG007不为0且有上涨趋势，则说明氧气下游切断阀XV004内漏。如果PT003压力无变化且PT026、PG007为0，则说明氧气下游切断阀XV004性能良好，不存在内漏现象。

此段管线耐压试验结束后，通知现场打开XV005后手动放空阀后撤离并清场。确认所有现场人员撤离后，进行氧气管线泄压操作。此操作完成确认安全后，通知现场导通置换气化炉燃烧室低压氮气手动阀后盲板。打开置换气化炉燃烧室低压氮气双道手动阀缓慢给XV004、入炉氧气炉头手动阀之间氧气管线充压至9.0 MPa后，关闭置换气化炉燃烧室低压氮气双道手动阀。再次检查确认XV020、XV026前后手动阀、入炉氧气炉头手动阀关闭，现场用脱盐水对氧气下游切断阀XV004、入炉氧气炉头手动阀之间氧气管线连接法兰、压力表、压力变送器导压管及其根部阀查漏。如果无泄漏可通过PT026、PG007观察压力变化。如果 PT026、PG007压力指示下降，则说明入炉氧气炉头手动阀内漏。如果PT026、PG007压力指示无变化，则说明入炉氧气炉头手动阀不存在内漏现象。

此段管线耐压试验结束时，确认中心氧流量调节阀HV006关闭、中心氧高压氮气吹扫阀XV025及其前后手动阀关闭、外环氧入炉管线出口法兰处加盲板，通知现场缓慢打开入炉氧气炉头手动阀，外环氧入炉单向阀之间的氧气管线及中心氧入炉流量调节阀HV006前管线充压。待PT026、PG007指示恒定9.0 MPa后，关闭入炉氧气炉头手动阀。现场用脱盐水对入炉氧气炉头手动阀、外环氧入炉单向阀之间的氧气管线及中心氧入炉流量调节阀HV006前管线查漏。

如果无漏点，打开氧气入炉手动后，缓慢打开HV006以小于0.1 MPa/s的速率泄压。待PT026、PG007指示为零时，拆除外环氧入炉管线出口法兰盲板。

在中心氧入炉管线出口法兰处加盲板。待盲板加好后，确认XV004、HV006、置换气化炉燃烧室低压氮气双道手动阀、入炉氧气炉头手动阀关闭到位。在XV025、中心氧高压氮气吹扫阀XV025后手阀之间的倒淋阀处加装压力表。装好后，稍开XV025前手动阀，打开XV025。现场缓慢打开XV025后手动阀给HV006后中心氧入炉管线充压至9.0 MPa后，关闭XV025后、前手动阀。开始用脱盐水对中心氧入炉管线查漏，如果没有漏点，缓慢打开HV006以小于0.1 MPa/s的速率对HV006后中心氧入炉管线泄压。泄压结束后，拆除盲板将入炉氧气管线与工艺烧嘴联接就位。至此多元料浆气化装置氧气输送管线耐压试验结束。

2.4 停车后的检修过程

在气化炉安全停车后，氧气入单炉系统切断阀与单炉氧气流量调节阀之间的管线内、入炉氧气上、下游切断阀之间的管线内仍然存有高压气体。如果不进行氧气管线泄压操作就冒然检修氧气管线上的任何设施，就会引发事故造伤害人员损坏设备。这类事故的诱发因素为气化炉操作、检修人员业务水平不高[2]。

在气化炉安全停车，氧气泄压操作后。检修前应用低压氮气分段吹扫置换氧气管线，分析合格后方可进行动火作业。否则就会引发爆燃事故。这类事故的诱发因素为对氧气管道动火前，未按规定进行相应工艺置换处理或置换处理不彻底，未制定动火方案。

氧气入单炉氧气切断阀、流量调节阀门、上下游切断阀门、炉头手动阀、中心氧流量调节阀、单向阀检修结束后安装前进行耐压试验时，没有按规定速率进行升压、减压操作，没有按规定时间进行保压操作，就会引发滑脱、超压、爆炸事故，伤害人员、损坏设备。阀门开启、关闭过快是此类事故的诱发因素，启闭阀门时，阀瓣与阀座的冲击、挤压，阀门部件之间的摩擦是诱发此类事故激发能源。采取以下措施预防此类的事故发生：

1)检修前进行氧气管线泄压操作，用氮气分段吹扫置换氧气管线，并制定检修方案、动火方案。

2)氧气入单炉氧气切断阀、流量调节阀门、上下游切断阀门、炉头手动阀、中心氧流量调节阀、单向阀检修结束后安装前进行耐压试验时，严格按照规定速率进行升压、减压、保压操作。

3)加强职工业务培训，提高其业务水平。