刘夫瑞
［恒力石化（大连）炼化有限公司，辽宁 大连116318］
［摘 要］某煤制氢变换系统自2019年3月投料开车以来，多次出现煤气水分离器罐内异响、出口煤气带水、内部零部件脱落现象，拆检发现其丝网除沫器存在丝网腐蚀、除沫器骨架脱落等问题。结合丝网除沫器工作原理，分析与探讨煤气水分离器异响产生的原因，通过调研与交流，了解到有一种离心管束式高效除沫器使用效果良好。2022年7月利用系统停车检修机会，拆除煤气水分离器内丝网除沫器，更换为离心管束式高效除沫器，实践表明，离心管束式高效除沫器在运行可靠性、分离处理能力、压降等方面均基本上达到预期要求，消除了安全隐患，保证了系统的长周期、安全、稳定、优质运行。
［关键词］煤制氢变换系统；煤气水分离器；丝网除沫器；运行问题；原因分析；离心管束式高效除沫器；应用效果
［中图分类号］TQ051.8+94 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）02-0055-04
0 引 言
某20 000 kt/a炼化一体化项目之煤制氢联产醋酸装置设计产能为氢气30×108 m3/a、甲醇700 kt/a、醋酸350 kt/a、燃料气10×108 m3/a、食品级CO2 200 kt/a，其气化系统以煤为原料，采用多喷嘴水煤浆加压气化工艺生产粗煤气，粗煤气经激冷洗涤除去灰渣进入变换系统；变换系统分为2个系列，一系列包括制氢变换Ⅰ系统和甲醇变换线，二系列包括制氢变换Ⅱ系统和热回收线；制氢变换线为2个相同的系列，制氢变换Ⅰ系统与甲醇变换线共用1套变换冷凝液汽提系统和除氧器系统，制氢变换Ⅱ系统与热回收线共用1套变换冷凝液汽提系统和除氧器系统。制氢变换线水煤气中的CO通过完全变换反应转化为H2，使变换气中的CO含量（干基）低于1.2%，以满足下游PSA系统对H2纯度的要求；甲醇变换线水煤气中的CO通过部分变换反应调整工艺气氢碳比在2.05～2.15，以满足甲醇合成系统的要求；热回收线不进行变换反应，只对水煤气进行降温，满足CO分离系统对水煤气温度的要求。
气化系统出口水煤气温度237.4 ℃、压力6.3 MPa（A）、水汽比1.22，经煤气水分离器入口进入直径3 200 mm中心筒撞击挡板，沿中心筒本体上直径155 mm、厚度4 mm、长度89 300 mm的螺旋板作圆周旋转向下运动，其中心筒挡板上部采用顶板焊接封闭，顶板下部设有直径为60.3 mm冲洗水管线，洗涤水管线沿中心筒分布一周，环管上有开有多排小孔的管式分布器，水煤气经5 m3/h洗涤水洗涤除去夹带的煤灰后，经高度2 500 mm中心筒到达分离器中下部，利用液体、气体、固体作旋转运动时所受到的离心力不同来实现分离；水煤气经中心筒进入分离器上部，经直径3 800 mm、厚度10 mm丝网除沫器的丝垫除去夹带的雾沫（丝网除沫器不仅能过滤悬浮在气流中的大液滴，还能过滤3～5 μm的雾滴），保证气液分离效果。自该煤制氢变换系统投料开车以来，煤气水分离器多次出现罐内异响、出口煤气带水、内部零部件脱落等现象，后通过改造，在煤气水分离器原支撑架基础上安装一种离心管束式高效除沫器，取得了良好的效果。以下对有关情况作一介绍。
1 丝网除沫器工作原理
丝网除沫器主要由丝网、丝网格栅组成丝网块和固定丝网块的支承装置构成，丝网为各种材质的气液过滤网，气液过滤网由金属丝或非金属丝（非金属丝可为多股非金属纤维捻制而成，亦可为单股非金属丝）组成。
当夹带杂质（液体与固体）的气体以一定的速度通过丝网上升时，由于惯性作用，杂质与丝网发生碰撞而粘附在丝网表面，夹带的固体因重力而沉降，夹带的液体则沿丝网形成较大的液滴，流动到2根细丝的交叉点，由于细丝的润湿性和液体的表面张力，细丝的毛细作用使液滴越来越大，直到产生的大液滴自身重力比气体和液体表面张力的向上力大时，液滴从细丝中分离而下落，气体通过丝网后，基本不会夹带液体。在气体夹带物的分离过程中，需改善操作条件，优化工艺指标，减少设备腐蚀，延长设备使用寿命，提高有价值材料的容量和回收率，而结构简单、体积小、消泡效率高、阻力小、重量轻、易于安装与操作及维护的丝网消泡装置适用于粒径3～5 μm夹带物的捕集，捕集效率高达98.0%～99.8%，且通过消泡装置的气体压降小，仅250～500 Pa，可提高设备的生产效率。
2 丝网除沫器运行问题及分析
2.1 问题描述
该煤制氢变换系统煤气水分离器规格为φ3 800 mm×12 360 mm×120 mm，全容积为100.3 m3，操作温度240 ℃、操作压力6.2 MPa，进料为水煤气和冷凝液；由于进料水煤气含少量氨气，分离器材质选用Q345+S32168，其丝网除沫器规格为X3800-100 HP321/321，适用标准《丝网除沫器》（HG/T 21618—1998）。
2019年3月系统开车运行2月后煤气水分离器内部有异常铁碰铁的响声，初步分析认为，煤气水分离器顶部丝网除沫器可能被吹翻，丝网除沫器支架上脱落的零件掉落到煤气水分离器底部高压冲击罐壁而产生异响；2021年10月21日，首次对煤气水分离器拆检，发现除沫器丝网腐蚀至消失，除沫器骨架脱落，对丝网除沫器进行整体更换；检修中还发现其支撑钢梁也出现悬空现象，对钢梁进行加宽固定。
2020年10月21日，煤气水分离器液位自调阀出现过液不畅，欲关闭其进/出口切断阀进行隔离，煤气水分离器液体临时走副线，对自调阀下线检修，但其进/出口切断阀内漏无法隔离，用旁路阀进行调节，因担心旁路阀也出现堵塞而造成罐内液位突然升高——有液位高高联锁导致系统停车的风险，于是将液位计根部阀浮筒法兰拆开，配直径48.3 mm管线（导淋）至冷凝液槽，系统监控运行。当时初步分析认为，可能是煤气水分离器内的丝网除沫器脱落了，丝网吹掉到达煤气水分离器底部液相出口自调阀导致堵塞，后来的拆检证实了这个判断。
据丝网除沫器的工作原理可知，在一定的温度和压力条件下，介质的表面张力和液体粘度决定了丝网除沫器的除沫效率。气化系统来水煤气夹带煤灰量较大、粘度较高，大部分煤灰在煤气水分离器腔体内分离，少部分与水煤气汇合到达丝网处，煤灰液滴粘度大，难以从网眼脱落，容易堵塞气体通道，导致气速增大、除沫效率低、进出口压差增大。丝网除沫器运行1 a后，在相同气量及负荷工况下，煤气水分离器进出口压差尚可满足系统生产要求。
2. 2 丝网除沫器除沫性能主要影响因素
1）介质特性。在温度、压力一定的条件下，介质的表面张力、液体的粘度决定了丝网除沫器的除沫效率。介质在细丝表面的张力越大，小液滴越容易在丝网表面凝聚，除沫效率也越高；而液体的粘度大时，丝网上的液滴不易脱落，会堵塞气相通道，增大气速和压降，降低除沫效率；雾沫含量高、粒径大时，除沫效率也高。
2）气速。气体通过丝网的速度过低时，夹带的雾沫不能和丝网发生较好的碰撞，易被气体携带出分离器，不能有效完成除沫；气速过高时，丝网上的液滴不易下落，会造成液泛，影响除沫效率。通常，操作气速为极限值（允许最高气速）的60%～80%。
3 离心管束式高效除沫器简介
更多内容详见《中氮肥》2024年第2期