梅钢脱萘系统异常原因分析及处理方法.pdf

2023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER梅钢脱萘系统异常原因分析及处理方法谢礼健，王自龙（上海梅山钢铁股份有限公司，江苏南京 210039）【摘要】阐述了梅钢焦炉煤气脱萘系统蒸汽再生存在的问题及热煤气再生改造后的调试过程。重点对热煤气再生温度、流量的调试过程进行了说明，对热煤气再生过程中出现脱萘塔严重堵塞的原因进行了分析，并通过制定相关措施使现场问题得到有效解决。【关键词】焦炉煤气；脱萘再生；堵塞【中图分类号】TQ546【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2023）04-0115-04 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Cause Analysis and Solutions to Abnormal Operation of Meisteel Denaphthalene SystemXIE Lijian,WANG Zilong(Shanghai Meishan Iron&Steel Co.,Nanjing,Jiangsu 210039,China)【Abstract】The article describes the problems of steam regeneration of coke oven gas denaphthalene system and the commissioning process of hot gas regeneration after transformation in Meisteel,focuses on the commissioning process of hot gas regeneration temperature and flow rate,analyzes the reasons for the serious blockage of the denaphthalene tower in the process of hot gas regeneration,and solves the problems effectively by formulating relevant measures.【Keywords】coke oven gas;denaphthalene regeneration;clogging前言梅钢有设计处理量为3 万m3/h焦炉煤气深度净化装置一套，主要包含2座电捕焦油器、2台离心式鼓风机、4台脱萘塔及 4台脱硫塔。其工艺为：H2S含量为200 mg/m3的焦炉煤气经电捕焦脱除焦油，使其含量5 mg/m3，再经鼓风机增压至25 kPa并冷却至 40 以下，送入并列运行的 4 台脱萘塔进行脱萘，得到萘含量20 mg/m3的焦炉煤气，再送至4台并列运行的脱硫塔中，以脱除焦炉煤气中的H2S，使其含量10 mg/m3，最终送往各用户。1 脱萘再生系统新旧工艺简介原脱萘再生工艺为蒸汽再生，脱萘塔运行30天后，用电加热器将低压饱和蒸汽加热至400 左右送入脱萘塔对吸附剂进行再生，产生的冷凝水进入污水池集中处理。再生结束后利用氮气冷吹至200 以下，再用制氢工序解析气冷吹至40 以下投用。由于该再生工艺产生大量含萘废水，同时未充分冷却的热蒸汽直接排放至大气中，会对周边环境造成较大污染，因此2020年公司对脱萘再生系统进行了改造，改造后脱萘再生系统简图见图1。改造后工艺为热煤气再生，再生周期为30天，再生气取自站区出口总管焦炉煤气，经加热器加热至130 左右进入脱萘塔对吸附剂进行再生，再生后的尾气进入低压焦炉煤气总管，送至热电厂。待再生出口管网末端温度达到100 以上，保持1天后，停止再生并利用常温焦炉煤气将脱萘塔冷吹至40 以下后恢复运行1。2 运行中存在的问题及解决措施2.1 蒸汽再生工艺存在问题2.1.1 冷凝水及尾气造成环境污染再生过程产生的冷凝水引入污水池后，利用槽罐车抽走进行集中处理。由于再生时在短时间内1152023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER产生大量污水，常因车辆抽送不及时导致污水外溢，污染环境。此外，部分未能充分冷却而含有大量萘的蒸汽从集水池飘散至大气，导致周边气味刺鼻难闻，一方面对环境造成污染，另一方面对周边作业人员健康造成危害2。2.1.2 设备故障率高由于蒸汽再生工艺存在冷凝水处理困难、对周边环境影响大等问题，蒸汽再生一度处于停用状态，后为改善设备状况，仅在每年12月中旬对4台脱萘塔逐一进行再生，每次再生持续时间约15天。因为该再生周期远大于原设计的30天，使得脱萘剂超负荷运行并存在失效情况，最终导致脱萘塔、脱硫塔、管网及压缩机等设备中积累了大量的萘3。通过对2019年、2020年两年的数据统计，发现存在以下问题：（1）排污管道堵塞严重。由于煤气中的萘不能及时有效被吸附，导致运行过程中大量萘沉积在煤气管网内壁及排污管处，尤其在每年10月至次年3月低温期间，因积萘严重导致大量排污管堵塞，进而增加管网阻损，影响焦煤净化等工序。（2）管网附属设备堵塞严重。为了保护压缩机各级气缸气阀，压缩机一级进气管入口设置有过滤器，过滤器因积萘堵塞，常导致进气压力低而发生压缩机跳机现象。此外，因管网积萘较多，导致管网排水器堵塞而出现排水不畅，最终加剧煤气管道的腐蚀，同时部分管道因排水不畅而出现“水锤”现象。（3）压缩机故障率高。因脱萘剂长期处于吸附饱和状态，导致煤气中的萘往后工序聚集，大量的萘沉积在制氢工序压缩机气阀内，导致气阀出现卡塞、漏气等问题（见图23），最终使得各级排气压力不足，无法正常生产氢气。由于积萘导致压缩机检修周期最短为15天。（4）造成用户熄火。因管道内的萘不断往后沉积，导致冷轧用户前置过滤器、烧嘴等发生堵塞，最终因煤气压力不足而发生熄火现象，对公司生产造成较大经济损失。2.1.3 解决措施针对蒸汽再生工艺存在的诸多问题，通过与同行业走访调研、与相关设计单位进行交流沟通，最终确定将蒸汽再生工艺改造为热煤气再生工艺。图1 脱萘再生系统简图（红色为改造后）图2 前置过滤器积萘严重图3 气阀及活塞缸内大量杂质热煤气再生工艺可以避免冷凝水和尾气的排放，确保脱萘塔的再生周期，保障脱萘塔净化能力，有效避免焦炉煤气中的萘往管网及后端用户沉积的现象。2.2 热煤气再生工艺调试过程中存在的问题2.2.1 再生过程中热煤气无流量（1）调试时热煤气无流量现象。调试初期发现热煤气流量在使用过程中逐渐减小直至为零。为此，沿着热煤气走向开始对管网进行测温梳理，最终发现在脱萘塔排污阀前后出现较大温差，排污阀前温度高达80，排污阀后温度仅为35，经分析推断排污阀发生了堵塞。通过进一步分析还发现，在调试初期，为避免因再生气用量过大而造成管网压力波动，排污阀仅打开了1/3。脱萘塔再生的过程中从脱萘剂中解析出来的萘不断融化并沉积，同时由于热煤气流量较小，未能及时将融化后的萘带走，萘凝聚于排污阀处并最终导致堵塞。最终通过将排污阀开度调至最大，使得以上问题得到解决。（2）周期性再生时热煤气无流量。在2021年12月份的一次再生过程中出现流量为零的情况。按照调试期间的排查方式发现整个系统温度均未明显上升，为此推断再生系统在短时间内发生了堵塞。通过对脱萘塔运行压力的比对发现，塔内压力从运行压力 18 kPa下降至再生压力 13 kPa后无法下降，因此可以排除整个管网堵塞的可能。将脱萘塔有效隔离并拆除排污阀后，管道内大量冷凝水流出。根据这一现象，最终判断堵塞的根本原因是再生尾气管网形成了水封，热煤气无法流动。因脱萘再生尾气管网为自下而上去往低压焦炉煤气总管，而在每次再生结束后仅关闭了脱萘塔排污管，进入总管处的阀门并未关闭，处于较高位置的低压焦炉煤气总管内的冷凝水逐渐往下溢流并沉积于下部管网，最终导致再生时出现堵塞现象。为解决该问题，在排污管最低处增设一处排水点并定期排放。2.2.2 加热温度不足（1）热煤气温度无法达到设计温度。调试过程发现煤气温度始终无法达到设计温度130 以上。检测加热器本体煤气进口温度发现，进口蒸汽温度达到180 以上，出口温度仅50 左右，这说明蒸汽的热量被充分吸收，因此初步推断为换热器处理量不足，换热器自身堵塞导致。为此，对换热器通入大量蒸汽进行吹扫，直至末端蒸汽排出量由小逐渐变大，并最终保持稳定。待再次将换热器恢复运行后，煤气最高温度达170。后经分析，推断因加热器投用前未有效吹扫，内部杂质堵塞疏水器导致冷凝水溢流不畅，并逐渐填满换热器，致使热煤气温度偏低。通过对加热器的进一步跟踪发现，只有当疏水器有蒸汽间断性排出时才能说明加热器内冷凝水排水通畅。（2）热煤气温度存在波动现象。此外，在调试过程中还出现一个现象，即：当煤气流量设定为 2 000 m3/h时，热煤气温度从150 逐渐降低，最低时仅70。经分析，主要原因为煤气流量过大，疏水器排水量不足，冷凝水不能够有效排出，导致换热效果不佳。为此，一方面对排水管增加旁通阀，使冷却器中冷凝水及时排出；另一方面将再生用煤气流量调至 1 500 m3/h，最终确保了热煤气温度的稳定4。2.2.3 精焦出口总管压力低随着站区热煤气再生工艺的投用，部分脱萘塔再生后，焦炉煤气系统压损显著增大。再生前，风机出口压力为 22 kPa 时即可满足站区出口压力 18 kPa的要求；再生后，风机出口压力达29 kPa时也无法满足该要求。为此，将四台脱萘塔逐一退出运行，观察管网压力波动情况，最终判断发生堵塞的塔为脱萘B塔和脱萘C塔，排查过程数据见表1。在实际操作过程中，当A塔、D塔退出运行时，管网压力急速下降，风机频率和出口压力均明显上升。B塔、C塔退出运行时，管网压力及风机运行频率波动均较小。因此，最终判定发生堵塞的塔为脱萘B塔和C塔。针对脱萘塔发生堵塞的问题，对脱萘塔填料进行更换，在更换填料的过程中发现脱萘塔底部起支撑作用的钢丝网存在大量碳化的焦油（见图45）。通过以上现象推断发生堵塞原因主要为起支撑作用的钢丝网孔隙过小、脱萘再生温度过高，导致焦油碳化，大量焦油粘附其上。针对以上原因，表1 不同塔退出运行时焦煤系统运行参数1162023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER热煤气再生工艺可以避免冷凝水和尾气的排放，确保脱萘塔的再生周期，保障脱萘塔净化能力，有效避免焦炉煤气中的萘往管网及后端用户沉积的现象。2.2 热煤气再生工艺调试过程中存在的问题2.2.1 再生过程中热煤气无流量（1）调试时热煤气无流量现象。调试初期发现热煤气流量在使用过程中逐渐减小直至为零。为此，沿着热煤气走向开始对管网进行测温梳理，最终发现在脱萘塔排污阀前后出现较大温差，排污阀前温度高达80，排污阀后温度仅为35，经分析推断排污阀发生了堵塞。通过进一步分析还发现，在调试初期，为避免因再生气用量过大而造成管网压力波动，排污阀仅打开了1/3。脱萘塔再生的过程中从脱萘剂中解析出来的萘不断融化并沉积，同时由于热煤气流量较小，未能及时将融化后的萘带走，萘凝聚于排污阀处并最终导致堵塞。最终通过将排污阀开度调至最大，使得以上问题得到解决。（2）周期性再生时热煤气无流量。在2021年12月份的一次再生过程中出现流量为零的情况。按照调试期间的排查方式发现整个系统温度均未明显上升，为此推断再生系统在短时间内发生了堵塞。通过对脱萘塔运行压力的比对发现，塔内压力从运行压力 18 kPa下降至再生压力 13 kPa后无法下降，因此可以排除整个管网堵塞的可能。将脱萘塔有效隔离并拆除排污阀后，管道内大量冷凝水流出。根据这一现象，最终判断堵塞的根本原因是再生尾气管网形成了水封，热煤气无法流动。因脱萘再生尾气管网为自下而上去往低压焦炉煤气总管，而在每次再生结束后仅关闭了脱萘塔排污管，进入总管处的阀门并未关闭，处于较高位置的低压焦炉煤气总管内的冷凝水逐渐往下溢流并沉积于下部管网，最终导致再生时出现堵塞现象。为解决该问题，在排污管最低处增设一处排水点并定期排放。2.2.2 加热温度不足（1）热煤气温度无法达到设计温度。调试过程发现煤气温度始终无法达到设计温度130 以上。检测加热器本体煤气进口温度发现，进口蒸汽温度达到180 以上，出口温度仅50 左右，这说明蒸汽的热量被充分吸收，因此初步推断为换热器处理量不足，换热器自身堵塞导致。为此，对换热器通入大量蒸汽进行吹扫，直至末端蒸汽排出量由小逐渐变大，并最终保持稳定。待再次将换热器恢复运行后，煤气最高温度达170。后经分析，推断因加热器投用前未有效吹扫，内部杂质堵塞疏水器导致冷凝水溢流不畅，并逐渐填满换热器，致使热煤气温度偏低。通过对加热器的进一步跟踪发现，只有当疏水器有蒸汽间断性排出时才能说明加热器内冷凝水排水通畅。（2）热煤气温度存在波动现象。此外，在调试过程中还出现一个现象，即：当煤气流量设定为 2 000 m3/h时，热煤气温度从150 逐渐降低，最低时仅70。经分析，主要原因为煤气流量过大，疏水器排水量不足，冷凝水不能够有效排出，导致换热效果不佳。为此，一方面对排水管增加旁通阀，使冷却器中冷凝水及时排出；另一方面将再生用煤气流量调至 1 500 m3/h，最终确保了热煤气温度的稳定4。2.2.3 精焦出口总管压力低随着站区热煤气再生工艺的投用，部分脱萘塔再生后，焦炉煤气系统压损显著增大。再生前，风机出口压力为 22 kPa 时即可满足站区出口压力 18 kPa的要求；再生后，风机出口压力达29 kPa时也无法满足该要求。为此，将四台脱萘塔逐一退出运行，观察管网压力波动情况，最终判断发生堵塞的塔为脱萘B塔和脱萘C塔，排查过程数据见表1。在实际操作过程中，当A塔、D塔退出运行时，管网压力急速下降，风机频率和出口压力均明显上升。B塔、C塔退出运行时，管网压力及风机运行频率波动均较小。因此，最终判定发生堵塞的塔为脱萘B塔和C塔。针对脱萘塔发生堵塞的问题，对脱萘塔填料进行更换，在更换填料的过程中发现脱萘塔底部起支撑作用的钢丝网存在大量碳化的焦油（见图45）。通过以上现象推断发生堵塞原因主要为起支撑作用的钢丝网孔隙过小、脱萘再生温度过高，导致焦油碳化，大量焦油粘附其上。针对以上原因，表1 不同塔退出运行时焦煤系统运行参数退出塔号A塔B塔C塔D塔退出前运行参数/kPa风机出口压力26.526.526.526.5总管出口压力18181818退出后运行参数/kPa风机出口压力29.527.026.629.7总管出口压力14.217.817.614.51172023 年第 4 期总 第 266 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER一方面将钢丝网由15目增大至5目；另一方面，调整蒸汽用量，降低热煤气温度至120 以下。然而经过两个周期的运行，以上问题又反复出现。为此，通过对现场调试及投用后近两年的运行数据进行分析，发现为了确保热煤气温度达标，再生热煤气量被调整为1 500 m3/h（该量仅为设计流量的一半），再生气量不足会导致脱萘塔内萘和焦油在被析出后不能及时带出塔体，这也是造成塔体堵塞的重要原因。针对以上问题，对再生流量进行了调整，确保热煤气量始终保持在3 000 m3/h以上。3 效果分析与措施固化3.1 效果分析通过将蒸汽再生工艺改造为热煤气再生工艺，解决了萘凝结堵塞管道、压缩机故障率高等问题，且热煤气再生工艺无废气、废水外排，彻底杜绝了对环境的污染。同时通过对脱萘塔轮流进行7天的再生作业，再生后萘含量为8 mg/m3，脱萘效果满足工艺要求。3.2 措施固化通过对热煤气再生工艺的不断调试改进，最终对该工艺的技术规程进行了完善，主要确定了以下几个重要参数，见表2。（1）脱萘塔再生周期为每30天一次。（2）对再生过程工艺参数进行了修订。通过对相关再生参数的修订和完善，进一步提升了脱萘再生系统的稳定性。4 结束语通过对脱萘再生工艺的改造，消除了再生过程废气、废水的产生，实现了绿色生产的目标。同时，对热煤气再生过程的不断调试与优化，确保了热煤气再生工艺稳定运行；对工艺参数的固化，提升了作业效率。而相关问题的分析与解决，也为同行业解决类似问题提供一定参考。参 考 文 献 1 段常贵.燃气输配 M.北京：中国建筑工业出版社，2001.2 吴世华.动力燃料工 M.北京：冶金工业部工人教材编辑，1993.3 王玉兴，刘继云.焦炉煤气脱萘系统再生方法的探讨 J.冶金动力，2012（5）：11-15.4 蒋玉岭.酒钢焦炉煤气净化脱萘系统再生气改造 J.冶金动力，2018（6）：24-26.收稿日期：2023-01-18作者简介：谢礼健（1988-），男，硕士研究生，工程师，主要从事动力技术相关工作。表2 热煤气再生工艺运行参数参数名称脱萘塔再生周期/天蒸汽进口阀开度/%脱萘塔排污阀开度/%热煤气流量/(m3/h)数值30100100%3 000 参数名称热煤气进口温度/停止再生条件塔内支撑网规格/目热煤气压力/kPa数值140160 出口总管温度达100 以上并持续1天5717 图4 堵塞严重的钢丝网图5 发生碳化的焦油118