Shell气化炉氧气预热器内漏事故剖析

图 1 s h e ll 煤气化工艺供氧系统流程图
文章编号:1006- 4184（2011）06- 0028- 03
S h e ll 气化炉氧气预热器内漏事故剖析
代彩玲 马颖韬 时纪纬
(河南煤化集团中原大化公司，河南 濮阳 457004)
摘 要 ：对中原大化煤气化装置中氧气预热器（E -1309）的内漏事故进行剖析，并根据内漏现象 和数据变化，判断内漏的原因，并提出相应的预防措施。

关键词： 壳牌煤气化；氧气预热器；内漏
河南煤化集团中原大化年产 50 万 t 甲醇项目 煤气化装置采用 S h e ll 煤气化工艺， 设计能力为日 处理 设 计 煤 种 2000 t ， 于 2008 年 5 月 试 车 成 功 。

S h e ll 干煤粉气化工艺是 S h e ll 公司开发的煤粉气化 工艺，具有鲜明的技术特色，也是当前先进的第二 代煤气化工艺，工艺相对成熟。

壳牌煤气化对氧气 系统要求非常严格，氧气的纯度（≥99.99％）及流量
的很小波动都会严重影响整个系统的稳定运行，紧 急状态下会引起气化系统的连锁跳车。

氧气预热器 （E -1309）是氧气系统中的主要静设备，本文根据发 生泄漏时数据的变化，对影响因素进行分析，并提 出相应的处理和预防措施。

1 工艺概述
S h e ll 煤气化工艺供氧系统流程如图 1：
收 稿 日 期 ：2011-02-26
作 者 简 介 ：代彩玲(1983-)，女，2006 年毕业于河南科技学院，助理工程师。

（1） 部分氧化反应：C + 1/2 O 2 CO - 110 M J /
km o l e C
（2）和水蒸汽的吸热转化反应：C + H 2O CO + H 2 + 131 M J /km o l e C
（3） 加 氢 气 化 反 应 ：C + 2H 2 CH 4 - 75 M J /
km o l e C
实际上部分氧化反应分为二步：
C + O 2 CO 2- 393 M J /km o l e C
C + CO 2 2CO+ 173 M J /km o l e C
气化反应进 行时需要的 能量由内部 反应热提 供，这二步反应为平衡反应。

SC GP 工艺中，还有二个反应起作用，第一个反
应是主要的，第二个反应是微量的，二个反应都处 于平衡状态。

CO 变 换 反 应 ：CO + H 2O CO 2 + H 2 - 41 M J /
km o l e C
甲 烷 蒸 汽 转 化 反 应 ：CH 4 + H 2O
CO + 3H 2 +
211 M J /km o l e C
2011 年第 42 卷第 6 期
《 浙 江 化 工 》
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由空分来的高压氧气（4.60 M P a ，25 ℃）分为两 路： 一路供给气化炉开工烧嘴，在气化炉开工阶段 使用；另一路送至氧气预热器 E -1309，并用来自强 制循环水泵 P -1301 的锅炉给水（6.10 M Pa ，271 ℃） 把氧气预热到 180 ℃。

预热后的氧气（4.60 M P a ，180
℃）与中压过热蒸汽（4.60 M Pa ，300 ℃）在蒸气氧气
混合器 X -1321 内混合。

混合气（4.1 M Pa ，187 ℃）进 入两两对置的四个煤烧嘴 A -1301 与来自煤粉管线 的干煤粉在烧嘴处喷射至气化炉反应室发 生如下 反应：负的反应热表示生成热量。

）
碳比，一段时间后发现 14 单元渣水密度增加，气化 炉产汽量明显降低，工况异常，查看其它工艺参数 发现氧气温度保持不变，冷却水回水线阀门开度增 大，预热水流量增大，空分送氧量有减少趋势，估计 有水气漏入气化炉反应室，由于过量的水加入反应 导致粗合成气中的有效成分 CO 和水的反应 CO + H 2O <-> CO 2 + H 2 - 41 M J /km o l e C 加剧使部分 CO 转化为 CO 2 使 CO 2 含量有所增加。

同时导致反应 室温度变化频繁而且不稳定。

（在工况没有改变的 前提下相同氧碳比时所对应的气化温度有所下降） 因此初步判断为氧气预热器内漏，锅炉给水进入了 氧系统。

为进一步确认，退出四个煤烧嘴的混合蒸汽，然 后用现场切断阀切出 E -1309 的管程循环水。

在氧 气预热器被切出后，来自空分的氧气流量增加了大 约 1600 Nm 3/h ，由于水的切出原本由水蒸气取代氧 气的部分瞬时被氧气代替，使得气化炉反应室温度 迅速增加，温度的升高使反应室内壁的一部分挂渣 因高温而流化与反应形成的渣共同向 14 单元渣处 理系统排放，由于瞬时渣的产生量过大导致渣口逐 渐堵塞，最后因气化炉渣口压差高联锁，气化炉跳 车。

4 泄漏原因分析
（1）设备制造原因。

（2）系统引氧程序 13KS0001 运行时，预热器前 控制阀前后压差较大，对氧气预热器有一定冲击。

5 事故影响
氧气预热器内漏，高温锅炉循环水漏入氧气系 2 氧气预热器 E -1309 介绍
氧气预热器 E -1309 是一台 U 形管换热器，其 中氧气 （4.60 M P a ，25 ℃） 走壳程， 锅炉给水（6.10
M P a ，271 ℃） 走管程。

用锅炉给水水将空分送来的 O 2 加热至 180 ℃，避免冷氧气和蒸汽混合后产生冷
凝液腐蚀管线设备。

通过氧气预热器回水管线上的 调节阀对 O 2 温度进行调节。

具体参数如表 1。

表 1 氧气预热器具体参数
统中，与中压过热蒸汽（4.60 M P a ，300 ℃）在蒸气氧
气混合器处混合后，会导致过量的蒸汽夹杂在氧气 中进入系统，会对系统产生以下几点影响：
（1）271 ℃的蒸汽和 20 ℃的氧气混合后必将导 致蒸汽因温度下降而冷凝，附着在管壁上有可能对 氧管线内壁造成腐蚀严重时造成氧泄漏发生事故， 也有可能将杂质带入氧系统，在高压输送氧气的过 程中因打出火花而引发爆炸。

（2）一部分水蒸气漏入氧系统中影响氧气的纯 度和流速，从而导致进入反应室参加反应的实际氧 流量降低，使反应室温度比正常工况下偏低，进 而 影响到后系统的稳定运行。

（3）在四个煤烧嘴都正常加入混合蒸气的情况 下，氧气预热器处蒸气的漏入将导致过量的蒸汽加 入反应室，从而导致合成气组份的变化 CO 2 和 H 2 的
设备名称 组成部分 设计压力/ 工作压力/ 设计温度/ 工作温度/
介质 MPa MPa ℃ ℃ 氧气预热器
壳程 氧气
5.2 7.3
4.6 6.1
278 278
0~180
(E -1309)
管程
271~210 中压循环水
3 事故现象和经过
系统运行过程中，操作人员发现气化产品粗合 成气组分在线分析中 CO 2 含量大幅增加，适当减氧
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ZHE J I A NG C HEM I C AL I NDU S TR Y V o l ．42 N o ．06（2011）
含量会突然上升，而 CO 2 和 H 2 的比值略有下降，对 后系统的正常运行和操作有一定影响。

如表 2。

（3）在系统停车后有条件的话交出氧气预热器， 进行查漏，如发现漏点在换热效果能满足生产需求 的前提下对泄漏的 U 形管进行处理。

表 2 合成气组份对比
％
气体成分 CO
H 2 CO 2 CH 4 N 2+Ar H 2S +CO S 7 结束语
采取以上措施后，通过对合成气的组分分析判 正常时 事故时
60.73 57.32 18.03 20.36 9.86 10.22 12.26ppm 14.31ppm 11.36 12.08
0.07 0.07
断，重新投入运行系统的氧气预热器换热效果良
好，上述现象基本消失 换热器换热效果明显好转并 趋于稳定。

通过上述分析可以看出，氧气预热器的泄 漏对系统的影响十分大，内件处理和技改只能在停 车检修过程中实施，做好日常运行管理和优化，是延 长设备寿命的重要手段。

操作中要严格控制好负荷 大小，确保氧含量 、氧碳比、 水氧比、 管程中压循环 水流量，合成气组分等重要控制参数，全方位的使用 维护好氧气预热器，以延长其检修周期和使用寿命， 充分发挥出设备的最大经济效益。

6 处理预防措施
（1）开车前系统引氧时在与空分协调的同时严 密监视引氧程序 13KS0001 的运行情况，控制好预 热器前控制阀前后压差，减少对设备的冲击。

（2）当系统运行时，严格监控 O/C 的控制，尽量 避免或减小 O/C 的调节次数和幅度，以维持正常反 应室温度，同时注意监视循环水流量的变化，中压汽 包整齐产量的变化，氧气预热器蒸汽管线回水阀的 开度等重要数据，及时通过炉渣的物理形态和合成 气的组分分析来判断反应室内部的反应情况。

An a l y s i s and S o l u t i o n on the L e a k a k ag e of S h e ll G a s i f i e r Oxygen P r e h e aa t e r
DAI Cai -ling, MA Ying -tao, SHI Ji -wei
（Zh o n g yu a n Dahua Co., Ltd., P uy a n g ， Henan 457004, Ch i n a ）
Abstract: The l ea k age of oxygen preheater in Zhongyuan Dahua G as i f i c a t i o n P l a nt was a n a l y se d. Acc o rd i n g to the changes and l ea k age data, the causes of the l ea k age was found, and the c o rr es p o nd i n g treatments on the pr o b l e m s were g i v e n.
Key words: S h e ll gas i f i c a t i o n; oxygen preheater; l ea k age。