解決甲烷流量計故障的實驗方案說明
點擊次數(shù)：1810 發(fā)布時間：2020-11-06 08:52:51
摘要：水煤漿為氣化反應(yīng)的重要原料，水煤漿成漿性能、濃度以及粘度對氣化反應(yīng)有著重要影響，尤其是濃度影響。如果濃度偏小，就會增加較多能耗，并且降低系統(tǒng)有效氣產(chǎn)率，所以水煤漿濃度提高是降低成本的重要手段。但在實際生產(chǎn)中，隨著煤漿濃度提升，水煤漿越來越難以通過滾筒篩，產(chǎn)生跑漿現(xiàn)象，給工藝人員帶來較大工作量。為了改善此種狀況所帶來的影響，對磨煤機跑漿進(jìn)行了回收優(yōu)化實驗，通過配備跑漿回收裝置，將煤漿回收，并重新返回磨煤機進(jìn)行研磨。本次研究的目的在于減少現(xiàn)場工藝人員勞動強度，降低煤漿粒度分布，提高水煤漿濃度。
煙臺萬華氣化裝置使用甲烷流量計制備水煤漿供氣化爐使用，甲烷流量計出口處設(shè)置有滾筒篩 , 對水煤漿進(jìn)行過濾。合格的煤漿穿過滾筒篩篩孔進(jìn)入小煤漿槽，進(jìn)而送入氣化爐系統(tǒng)；進(jìn)入滾筒篩的水煤漿設(shè)計濃度為 59%. 隨著煤氣化工藝不斷發(fā)展，煤漿濃度逐漸提高，不僅降低了生產(chǎn)能耗，而且能夠提高工藝氣產(chǎn)氣率。通過 Aspen Plus 軟件模擬運行結(jié)果，可知煤漿濃度每提高 1.0%，對應(yīng)氧耗減少4.4Nm3/1000Nm3，煤耗降低 3.4Kg/1000Nm3。因此，為了降低生產(chǎn)成本，提高有效氣產(chǎn)量，水煤漿提濃逐漸成為各煤化工企業(yè)的重點節(jié)能項目。然而，在煤漿提濃狀況下，*易發(fā)生磨煤機跑漿情況，即水煤漿不能完全通過滾筒篩而被螺旋擋板帶出系統(tǒng)外，此種異常生產(chǎn)狀況稱為跑漿，需要人為干預(yù)進(jìn)行清理；不僅影響現(xiàn)場衛(wèi)生、污染嚴(yán)重，還加重了工藝人員勞動強度。通過對跑出煤漿進(jìn)行分析研究，通過檢驗測出數(shù)據(jù)進(jìn)行了跑漿回收裝置設(shè)計，并進(jìn)行了實驗嘗試，該系統(tǒng)可代替人工清理，獨立于主裝置，不會對主裝置穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響。
1 磨煤機跑漿原因及跑漿物質(zhì)實驗分析
1.1 鋼棒影響
磨煤機制漿原理如下：不同規(guī)格的鋼棒按照一定配比在磨煤機內(nèi)襯板帶動下做自由落體運動，通過鋼棒研磨制備合格水煤漿。磨煤機筒體內(nèi)部鋼棒總數(shù)量越多，則煤漿研磨程度越大，煤漿粒度越細(xì)，煤漿顆粒的比表面積加大，顆粒間分子作用力加大，表現(xiàn)為煤漿粘度增大，通過滾筒篩篩孔時阻力增大；相反，鋼棒量減少，則煤漿粒度增大，容易產(chǎn)生粒度較大的煤漿顆粒，不容易通過滾筒篩；粗鋼棒多則煤漿中粗粒字較多，細(xì)鋼棒多則煤漿中細(xì)粒子多。另外，甲烷流量計中的鋼棒在磨損到一定程度后會發(fā)生斷裂，斷裂后的鋼棒不會隨煤漿進(jìn)入系統(tǒng)，會隨著跑出煤漿一同帶出系統(tǒng)。
1.2 磨煤機進(jìn)料影響
磨煤機進(jìn)料量多，煤漿在磨機中停留時間短，研磨程度小，煤漿出料粒度就大；相反，磨煤機進(jìn)料少，在磨機中停留時間就長，煤漿出料粒度就細(xì)。同樣，磨煤機跑漿跟磨煤機入口進(jìn)料粒度有關(guān)，在相同時間內(nèi)，進(jìn)料粒度越大，則出料粒度越大；進(jìn)料粒度越細(xì)，則出料粒度也越細(xì)。
1.3 跑漿物質(zhì)實驗分析
對跑漿進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，跑漿是一種由煤漿和一些雜質(zhì)混合而成的半流體物質(zhì)，當(dāng)甲烷流量計使用煤倉中煤堆中上部煤時，由于煤質(zhì)較好，跑漿中小煤塊*少，性質(zhì)同正常煤漿，只是固含量稍高；而使用煤堆底部的煤時，煤質(zhì)差甲烷流量計研磨不充分，跑漿中含有約 15% 的小煤塊，分析后的跑漿物質(zhì)參數(shù)如表 1 所示。
2 提高煤漿濃度的通用措施
根據(jù)甲烷流量計跑漿原因可以了解到，在保證甲烷流量計不存在跑漿情況下，制備高品質(zhì)煤漿需要滿足兩點要求，即較小入口原煤粒度和較低磨機負(fù)荷，保證原煤在磨機內(nèi)部有較長停留時間與充足滾筒篩過濾面積 . 通用的方法一般有以下兩種，如表 2 所示。
3 跑漿回收工藝設(shè)計流程簡介
通過以上煤漿提濃通用方法優(yōu)缺點比較可以了解到，在現(xiàn)有設(shè)計條件基礎(chǔ)上，煤漿濃度提升會帶來一定設(shè)備損耗及能源損耗。針對這種情況，為了達(dá)到節(jié)能而保證甲烷流量計不跑漿，對于磨機跑漿問題進(jìn)行改善，對跑漿進(jìn)行回收，重新送回磨煤機進(jìn)行二次研磨，降低了甲烷流量計入口原料煤的粒度；同時降低了人員勞動強度，改善了現(xiàn)場衛(wèi)生情況。具體跑漿回收裝置設(shè)計流程如圖 1 所示。
3.1 跑漿回收裝置流程介紹
跑漿回收工藝主要設(shè)備包括跑漿罐、跑漿泵以及相關(guān)閥門管件等附屬設(shè)備。跑漿回收裝置主要流程如下：跑出磨煤機的煤漿從滾筒篩的排渣管流下，經(jīng)過進(jìn)料斗中鐵絲網(wǎng)濾去夾帶鋼棒后進(jìn)入跑漿罐儲存，裝置實驗中觀察到的*大跑漿量為 0.65m3/h，但跑漿流量十分不穩(wěn)定，料斗和鐵絲網(wǎng)同時啟到緩沖跑漿進(jìn)入罐內(nèi)的作用；鐵絲網(wǎng)上方設(shè)置有 IW 水噴頭對鐵絲網(wǎng)上堆積跑漿進(jìn)行沖洗，提高跑漿流動性；沖洗水量正常操作流量為 0.5m3/h。跑漿罐容積為7m3，罐中設(shè)置有垂直攪拌設(shè)備以防止煤漿沉降，罐底為圓底使跑漿中的煤塊沉積在底部，定期從底部排渣口排出；圓底容納煤塊的容積為 1m3/h，罐內(nèi)設(shè)置液位計。
罐體側(cè)方靠下位置設(shè)置出口閥和出料管線，出料管線接入放置于地面跑漿泵，出料管線上設(shè)置 IW 水沖洗管線和沖洗閥，IW 水沖洗管線的*大流量為 5m3/h。跑漿泵出口管線連接到甲烷流量計進(jìn)料口處，跑漿泵、出口閥和 IW 水沖洗閥由跑漿罐液位控制。
3.2 跑漿回收裝置設(shè)計運行程序步驟
*一，投用。系統(tǒng)投用前，確認(rèn)排渣閥關(guān)閉，打開稀釋水閥，將液位對泵和攪拌系統(tǒng)的邏輯控制投用。
*二，高液位觸發(fā)邏輯。液位高于 L2 后，跑漿罐出口閥打開，泵啟動，跑漿通過跑漿泵送回甲烷流量計入口。
*三，低液位觸發(fā)邏輯。液位高于 L1 時，攪拌系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，低于 L1 時停止；液位低于 L1 時，觸發(fā)沖洗停泵程序，出口閥關(guān)閉，沖洗水閥打開，沖洗管路 5min，之后泵停止運行，沖洗水閥關(guān)閉。
*四，排渣。排渣前由中控降低甲烷流量計進(jìn)煤量，降低煤漿濃度，使?jié)L筒篩不跑漿，并關(guān)閉稀釋水閥；隨后啟動跑漿程序。跑漿程序啟動后，泵啟動，降低液位至 Lmin 后觸發(fā)沖洗停泵程序。現(xiàn)場人員確認(rèn)收集車就位，打開排渣閥；現(xiàn)場人員確認(rèn)排渣完畢后，關(guān)閉排渣閥，將磨機進(jìn)煤量調(diào)至正常，打開稀釋水閥。
4 實驗運行效果分析
通過近半個月實驗運行，在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)實際效果并不是特別理想，雖然在一定程度上減少了工作人員勞動量，但是對于煤漿濃度提升沒有明顯改善，存在一些阻礙因素，影響了實驗順利進(jìn)行，主要問題如下。
*先，跑漿罐入口管線過濾器堵塞，跑漿無法順利進(jìn)入跑漿罐。此處設(shè)計過濾器的目的是為了防止較大顆粒雜志進(jìn)入跑漿罐從而堵塞跑漿泵。后期整改措施為取消此處過濾器，使煤漿能夠順利進(jìn)入跑漿罐。
其次，跑漿泵堵塞，無法正常打量。雖然跑漿罐內(nèi)有攪拌器，但是跑漿泵是間歇運行，跑漿中大部分顆粒在跑漿罐內(nèi)部聚集到罐底，當(dāng)跑漿泵啟動時，較多的煤漿大顆粒進(jìn)入到跑漿泵，導(dǎo)致機泵堵塞。后期整改措施為增加跑漿罐罐底排污開啟頻次，降低大塊顆粒煤進(jìn)入跑漿泵的可能性。
*后，跑漿容易在滾筒篩跑漿口斜坡處聚集。由于跑漿自身性質(zhì)，跑漿流動性及穩(wěn)定性*差，跑漿進(jìn)入到跑漿回收罐入口管線處有一定坡度，大約為 45°，跑漿在此處特別容易聚集。針對這項問題，解決措施為在斜坡處增加IW 持續(xù)小流量沖洗，把跑漿進(jìn)行稀釋后返回磨煤機。但是此項整改措施增加了磨煤機進(jìn)料的水煤比調(diào)節(jié)難度，磨煤機進(jìn)水量不確定使得煤漿濃度不易調(diào)節(jié)。
5 結(jié)語
盡管這次跑漿回收實驗結(jié)果不是特別理想，由于實際生產(chǎn)中的一些因素存在，導(dǎo)致與理想結(jié)果存在偏差，但是卻為我們下一步整改方案指明了方向。通過合理優(yōu)化跑漿回收罐入口管線坡度，斜坡沖洗水使用磨煤機進(jìn)料中的一部分水，跑漿回收系統(tǒng)調(diào)整為持續(xù)供水，保證磨煤機水煤比調(diào)控，從而提高煤漿濃度，達(dá)到降低能耗、降低勞動強度的目的。
煙臺萬華氣化裝置使用甲烷流量計制備水煤漿供氣化爐使用，甲烷流量計出口處設(shè)置有滾筒篩 , 對水煤漿進(jìn)行過濾。合格的煤漿穿過滾筒篩篩孔進(jìn)入小煤漿槽，進(jìn)而送入氣化爐系統(tǒng)；進(jìn)入滾筒篩的水煤漿設(shè)計濃度為 59%. 隨著煤氣化工藝不斷發(fā)展，煤漿濃度逐漸提高，不僅降低了生產(chǎn)能耗，而且能夠提高工藝氣產(chǎn)氣率。通過 Aspen Plus 軟件模擬運行結(jié)果，可知煤漿濃度每提高 1.0%，對應(yīng)氧耗減少4.4Nm3/1000Nm3，煤耗降低 3.4Kg/1000Nm3。因此，為了降低生產(chǎn)成本，提高有效氣產(chǎn)量，水煤漿提濃逐漸成為各煤化工企業(yè)的重點節(jié)能項目。然而，在煤漿提濃狀況下，*易發(fā)生磨煤機跑漿情況，即水煤漿不能完全通過滾筒篩而被螺旋擋板帶出系統(tǒng)外，此種異常生產(chǎn)狀況稱為跑漿，需要人為干預(yù)進(jìn)行清理；不僅影響現(xiàn)場衛(wèi)生、污染嚴(yán)重，還加重了工藝人員勞動強度。通過對跑出煤漿進(jìn)行分析研究，通過檢驗測出數(shù)據(jù)進(jìn)行了跑漿回收裝置設(shè)計，并進(jìn)行了實驗嘗試，該系統(tǒng)可代替人工清理，獨立于主裝置，不會對主裝置穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響。
1 磨煤機跑漿原因及跑漿物質(zhì)實驗分析
1.1 鋼棒影響
磨煤機制漿原理如下：不同規(guī)格的鋼棒按照一定配比在磨煤機內(nèi)襯板帶動下做自由落體運動，通過鋼棒研磨制備合格水煤漿。磨煤機筒體內(nèi)部鋼棒總數(shù)量越多，則煤漿研磨程度越大，煤漿粒度越細(xì)，煤漿顆粒的比表面積加大，顆粒間分子作用力加大，表現(xiàn)為煤漿粘度增大，通過滾筒篩篩孔時阻力增大；相反，鋼棒量減少，則煤漿粒度增大，容易產(chǎn)生粒度較大的煤漿顆粒，不容易通過滾筒篩；粗鋼棒多則煤漿中粗粒字較多，細(xì)鋼棒多則煤漿中細(xì)粒子多。另外，甲烷流量計中的鋼棒在磨損到一定程度后會發(fā)生斷裂，斷裂后的鋼棒不會隨煤漿進(jìn)入系統(tǒng)，會隨著跑出煤漿一同帶出系統(tǒng)。
1.2 磨煤機進(jìn)料影響
磨煤機進(jìn)料量多，煤漿在磨機中停留時間短，研磨程度小，煤漿出料粒度就大；相反，磨煤機進(jìn)料少，在磨機中停留時間就長，煤漿出料粒度就細(xì)。同樣，磨煤機跑漿跟磨煤機入口進(jìn)料粒度有關(guān)，在相同時間內(nèi)，進(jìn)料粒度越大，則出料粒度越大；進(jìn)料粒度越細(xì)，則出料粒度也越細(xì)。
1.3 跑漿物質(zhì)實驗分析
對跑漿進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，跑漿是一種由煤漿和一些雜質(zhì)混合而成的半流體物質(zhì)，當(dāng)甲烷流量計使用煤倉中煤堆中上部煤時，由于煤質(zhì)較好，跑漿中小煤塊*少，性質(zhì)同正常煤漿，只是固含量稍高；而使用煤堆底部的煤時，煤質(zhì)差甲烷流量計研磨不充分，跑漿中含有約 15% 的小煤塊，分析后的跑漿物質(zhì)參數(shù)如表 1 所示。
2 提高煤漿濃度的通用措施
根據(jù)甲烷流量計跑漿原因可以了解到，在保證甲烷流量計不存在跑漿情況下，制備高品質(zhì)煤漿需要滿足兩點要求，即較小入口原煤粒度和較低磨機負(fù)荷，保證原煤在磨機內(nèi)部有較長停留時間與充足滾筒篩過濾面積 . 通用的方法一般有以下兩種，如表 2 所示。
3 跑漿回收工藝設(shè)計流程簡介
通過以上煤漿提濃通用方法優(yōu)缺點比較可以了解到，在現(xiàn)有設(shè)計條件基礎(chǔ)上，煤漿濃度提升會帶來一定設(shè)備損耗及能源損耗。針對這種情況，為了達(dá)到節(jié)能而保證甲烷流量計不跑漿，對于磨機跑漿問題進(jìn)行改善，對跑漿進(jìn)行回收，重新送回磨煤機進(jìn)行二次研磨，降低了甲烷流量計入口原料煤的粒度；同時降低了人員勞動強度，改善了現(xiàn)場衛(wèi)生情況。具體跑漿回收裝置設(shè)計流程如圖 1 所示。
3.1 跑漿回收裝置流程介紹
跑漿回收工藝主要設(shè)備包括跑漿罐、跑漿泵以及相關(guān)閥門管件等附屬設(shè)備。跑漿回收裝置主要流程如下：跑出磨煤機的煤漿從滾筒篩的排渣管流下，經(jīng)過進(jìn)料斗中鐵絲網(wǎng)濾去夾帶鋼棒后進(jìn)入跑漿罐儲存，裝置實驗中觀察到的*大跑漿量為 0.65m3/h，但跑漿流量十分不穩(wěn)定，料斗和鐵絲網(wǎng)同時啟到緩沖跑漿進(jìn)入罐內(nèi)的作用；鐵絲網(wǎng)上方設(shè)置有 IW 水噴頭對鐵絲網(wǎng)上堆積跑漿進(jìn)行沖洗，提高跑漿流動性；沖洗水量正常操作流量為 0.5m3/h。跑漿罐容積為7m3，罐中設(shè)置有垂直攪拌設(shè)備以防止煤漿沉降，罐底為圓底使跑漿中的煤塊沉積在底部，定期從底部排渣口排出；圓底容納煤塊的容積為 1m3/h，罐內(nèi)設(shè)置液位計。
罐體側(cè)方靠下位置設(shè)置出口閥和出料管線，出料管線接入放置于地面跑漿泵，出料管線上設(shè)置 IW 水沖洗管線和沖洗閥，IW 水沖洗管線的*大流量為 5m3/h。跑漿泵出口管線連接到甲烷流量計進(jìn)料口處，跑漿泵、出口閥和 IW 水沖洗閥由跑漿罐液位控制。
3.2 跑漿回收裝置設(shè)計運行程序步驟
*一，投用。系統(tǒng)投用前，確認(rèn)排渣閥關(guān)閉，打開稀釋水閥，將液位對泵和攪拌系統(tǒng)的邏輯控制投用。
*二，高液位觸發(fā)邏輯。液位高于 L2 后，跑漿罐出口閥打開，泵啟動，跑漿通過跑漿泵送回甲烷流量計入口。
*三，低液位觸發(fā)邏輯。液位高于 L1 時，攪拌系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，低于 L1 時停止；液位低于 L1 時，觸發(fā)沖洗停泵程序，出口閥關(guān)閉，沖洗水閥打開，沖洗管路 5min，之后泵停止運行，沖洗水閥關(guān)閉。
*四，排渣。排渣前由中控降低甲烷流量計進(jìn)煤量，降低煤漿濃度，使?jié)L筒篩不跑漿，并關(guān)閉稀釋水閥；隨后啟動跑漿程序。跑漿程序啟動后，泵啟動，降低液位至 Lmin 后觸發(fā)沖洗停泵程序。現(xiàn)場人員確認(rèn)收集車就位，打開排渣閥；現(xiàn)場人員確認(rèn)排渣完畢后，關(guān)閉排渣閥，將磨機進(jìn)煤量調(diào)至正常，打開稀釋水閥。
4 實驗運行效果分析
通過近半個月實驗運行，在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)實際效果并不是特別理想，雖然在一定程度上減少了工作人員勞動量，但是對于煤漿濃度提升沒有明顯改善，存在一些阻礙因素，影響了實驗順利進(jìn)行，主要問題如下。
*先，跑漿罐入口管線過濾器堵塞，跑漿無法順利進(jìn)入跑漿罐。此處設(shè)計過濾器的目的是為了防止較大顆粒雜志進(jìn)入跑漿罐從而堵塞跑漿泵。后期整改措施為取消此處過濾器，使煤漿能夠順利進(jìn)入跑漿罐。
其次，跑漿泵堵塞，無法正常打量。雖然跑漿罐內(nèi)有攪拌器，但是跑漿泵是間歇運行，跑漿中大部分顆粒在跑漿罐內(nèi)部聚集到罐底，當(dāng)跑漿泵啟動時，較多的煤漿大顆粒進(jìn)入到跑漿泵，導(dǎo)致機泵堵塞。后期整改措施為增加跑漿罐罐底排污開啟頻次，降低大塊顆粒煤進(jìn)入跑漿泵的可能性。
*后，跑漿容易在滾筒篩跑漿口斜坡處聚集。由于跑漿自身性質(zhì)，跑漿流動性及穩(wěn)定性*差，跑漿進(jìn)入到跑漿回收罐入口管線處有一定坡度，大約為 45°，跑漿在此處特別容易聚集。針對這項問題，解決措施為在斜坡處增加IW 持續(xù)小流量沖洗，把跑漿進(jìn)行稀釋后返回磨煤機。但是此項整改措施增加了磨煤機進(jìn)料的水煤比調(diào)節(jié)難度，磨煤機進(jìn)水量不確定使得煤漿濃度不易調(diào)節(jié)。
5 結(jié)語
盡管這次跑漿回收實驗結(jié)果不是特別理想，由于實際生產(chǎn)中的一些因素存在，導(dǎo)致與理想結(jié)果存在偏差，但是卻為我們下一步整改方案指明了方向。通過合理優(yōu)化跑漿回收罐入口管線坡度，斜坡沖洗水使用磨煤機進(jìn)料中的一部分水，跑漿回收系統(tǒng)調(diào)整為持續(xù)供水，保證磨煤機水煤比調(diào)控，從而提高煤漿濃度，達(dá)到降低能耗、降低勞動強度的目的。
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