渣脱水罐环管结垢原因及对策

2021-09-03周建欣

氮肥与合成气 2021年9期

周建欣

(中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086)

中海油惠州石化有限公司(简称惠州石化)煤制氢气化装置渣水系统通过渣脱水罐进行粗渣和水的分离。运行中，来自气化炉激冷室的渣和渣水一起送到渣水粗分单元，大约90%的渣水直接回到沉降槽，剩余的渣水和粗渣一起进入渣脱水罐。之后，渣中的水通过过滤元件排入脱水环管，进而流入渣水缓冲罐。渣水缓冲罐中的水大部分送至在注水步骤的渣脱水罐，小部分送到沉降槽中进一步沉降，沉降槽中的溢流水流入渣水罐中，通过泵送到气化炉激冷室循环使用。渣脱水罐脱水后的粗渣送出气化装置。渣水系统在渣水缓冲罐底泵入口和沉降槽溢流水中注入阻垢剂，缓解系统结垢。渣水系统流程示意简图见图1。

图1 渣水系统流程简图

1 渣脱水罐运行状况

国内气化装置的灰水系统普遍存在容易结垢的问题，并且大多采用化学药剂来阻止灰水系统结垢[1-4]。惠州石化煤制氢装置3台气化炉共用1套渣水处理系统。渣水系统运行过程中，渣脱水罐出现了结垢严重的问题，主要体现在渣脱水罐的过滤元件和脱水环管处。其中渣脱水罐脱水环管在运行7 d后，环管的直径就会因结垢减小20～60 mm(见图2)，造成渣脱水罐排水效果变差，渣脱水罐的脱水时间由设计的4～6 h延长到36 h以上。粗渣中的水含量升高较多，呈现水渣现象，不但影响渣的排放和输送，也对渣场的环境造成不利影响。渣脱水罐脱水和排渣困难，更是直接影响气化炉的稳定运行。

图2 渣脱水罐环管结垢

2 原因分析

2.1 结垢及阻垢原理

惠州石化煤气化装置渣水具有硬度高、碱度高和悬浮物含量高的特点，渣水中钙镁离子容易水解生成碳酸钙和碳酸镁，附着在渣水中的悬浮物颗粒上，形成固体晶粒。固体晶粒又起到了结晶种子的作用，促使固体颗粒变大，最终形成钙镁离子为主的沉淀物，附着在管道的内部。渣脱水罐脱水环管与渣水的接触时间较长，渣水中固含量高，水的硬度、碱度高，使得环管内容易结垢。渣水的水质分析结果见表1。

由表1可知:煤气化的渣水中碱度和硬度偏高，这是渣水管线存在结垢的根本原因。

表1 渣水的水质分析

灰水中加入的阻垢剂，因物理或化学作用被吸附到碳酸钙微晶及其他悬浮物离子表面。吸附了阻垢剂的微晶体，改变了颗粒表面原来的电荷状况。在静电作用下，颗粒相互排斥，避免了颗粒碰撞后长大沉积，并使碳酸钙微晶及悬浮物微粒分散在灰水中，见图3。

图3 微粒的排斥避免成垢

阻垢剂不仅对小晶体有分散作用，而且对灰水中悬浮物亦起分散作用，同时也能吸附于设备和管线的接触面，形成吸附层，阻止微晶和悬浮物在接触面上沉积，见图4。

图4 微粒不会在管壁上沉积

2.2 原料性质的影响

惠州石化煤气化装置的原料为1#煤炭和2#煤炭，两种原料的分析结果见表2和表3。

表2 煤的分析数据

表3 煤中各组分质量分数 %

由原料性质可知，煤炭灰分中钙镁含量较高，这是导致渣水中钙镁离子高的根本原因，也是渣水容易结垢的主要原因。同时，由于1#煤炭灰熔点偏低，气化炉的反应温度偏低，造成气化炉渣中碳含量升高，从而使渣水中碳粒增加，为渣水提供了结垢晶核。

2.3 阻垢剂加入方式的影响

目前阻垢剂只在渣水缓冲罐底泵入口和沉降槽溢流管线中注入，渣水缓冲罐底泵入口和出口管线、沉降槽溢流水管线和渣脱水罐系统运行正常，没有出现结垢现象。加入阻垢剂的渣水在进入气化炉激冷室后，阻垢剂被渣水中的固体吸附消耗。进入渣脱水罐后，由于酸性气的挥发，其中水的pH值较高；在经过渣脱水罐时，受渣脱水罐内部剧烈的搅动作用，破坏了阻垢剂在渣水中形成的阻垢防护层，且渣脱水罐中脱除的水中细碳粒较多，给钙镁离子结晶创造了充分条件。因此，加入阻垢剂的渣水在进入渣脱水罐的脱水环管后，阻垢剂的作用几乎消失殆尽。