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[摘 要]本文主要对多元料浆气化中黑水对锁斗管线以及闪蒸管线侵蚀情况进行描述和分析，并针对现状提出了减少黑水侵蚀能力和增强管道耐侵蚀的一些改善思路。
[关键词]黑水 侵蚀 锁斗管线 闪蒸管道 改善思路
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0381-01
1.引言
安徽淮化集团现有一套年产30万吨合成氨的生产装置，该项目气化工段采用多元料浆气化工艺，以纯氧和多原料浆为原料，采用气流床，进行加压部分氧化反应，生成以CO和H2为主要组成的粗合成气，作为合成氨生产的原料气。在生产过程中，气化炉和碳洗塔会产生含有灰渣及酸性物质的黑水。黑水经过处理后大部分循环利用，小部分外排。实际运行中，黑水对输送管道的磨损十分严重。而这种情况在整个黑水管线中又以锁斗循环管线和高压闪蒸至中压闪蒸管道磨损情况尤为突出，在这里针对这两部分作主要介绍，并在最后提出一些改善的思路。
2.黑水对管道的侵蚀
气化炉燃烧室内煤浆与纯氧进行不完全氧化反应后，生成粗合成气，燃烧的同时会产生无法反应的固态灰渣和未反应完的煤灰，粗合成气裹挟大量飞灰与熔融状态的灰渣一起进入激冷室进行激冷，大部分大颗粒灰渣会在激冷室底部从锁斗系统排出，一部分细渣从激冷室底部排水排入闪蒸系统。经过初步洗涤的粗合成气进入碳洗塔后再次对合成气中夹带的飞灰进行洗涤，产生的黑水由碳洗塔底部排入闪蒸。在闪蒸系统对黑水做闪蒸处理。黑水中灰渣含量大，并含有一定的酸性物质，对系统黑水管道有一定侵蚀磨损，由于一部分管道情况特殊，所以侵蚀磨损情况尤为严重，锁斗循环管道与高压闪蒸至中压闪蒸管道情况最具代表性。
2.1 黑水对锁斗管道的磨损情况
激冷室底部的渣和水由破渣机破碎灰渣后，在收渣阶段经重力和循环管线黑水冲洗作用下由锁斗安全阀、锁斗进口阀进入锁斗。这部分黑水是由锁斗循环泵从锁斗顶部抽取相对洁净的水送回激冷室底部，带动激冷室底部渣水向下的流动，帮助排渣。水泵直接从锁斗顶部抽水，这部分黑水并没有经过充分的沉淀，因此这部分黑水灰渣含量较大，这部分灰渣持续的对管道进行着磨损。这部分管道的内径为86mm，正常收渣时流量为50 m3/h，管道内流速达到了2.4m/s。黑水在这样的流速作用下，加剧了管道的磨损。整条管线中，磨损最严重的地方总是出现在弯头和三通以及它们后部的直管。观察管道内壁我们发现，在距离弯头和三通较远的直管中，它们的内壁还是比较平滑的，并没有出现太多磨损，这是因为在这部分管道中介质为层流状态，管道内介质流速由管道中心到管壁逐渐降低，与管壁接触的黑水流速非常的低。而流体经过弯头和三通等管件时，黑水的层流状态会被打破，出现了流速的不平均，进而引起了介质的扰动，黑水携带灰渣会对这部分管道直接进行冲击。这部分管道内，由于部分流体流速突然加快，可能还会出现部分气蚀现象，从而加剧管道的磨损。此处黑水管道的内壁在连续使用120至150天后，就会出现直径3至10mm的坑状磨损，随着运行时间的加长，磨损坑的密度加大，坑的深度逐渐加深，直至将管道磨通。在遇到管道磨通泄露的情况时，有时候我们不得不停车对泄露管线进行处理，从而造成巨大的经济损失。
2.2 黑水对高压闪蒸至中压闪蒸管道的侵蚀情况
激冷室底部以及碳洗塔底部的这部分黑水含有较多的细渣、残煤等悬浮物及少量的溶解固体、溶解气体，不能直接循环利用。这些黑水由减压角阀送入高压闪蒸罐中，经过高压0.9MPa、中压0.15MPa和真空30KPa（绝压）这三级闪蒸，对黑水逐步浓缩，降低其温度，并使其中大部分酸性气体逸出，再将这部分黑水送入沉降池进行沉降。在闪蒸工序中，管道磨损情况最为严重的就是高压闪蒸通往中压闪蒸的管线，。高闪与中闪的压差为0.75MPa，从高闪罐底部送至中闪的黑水约为200 m3/h，这其中灰渣含量约为3.5%，黑水中还含有H2S和COS这类酸性物质。这部分黑水在经过高闪液位调节角阀后，高温液体经过减压，气液两相平衡打破，大量气体从黑水中逸出，同时静压能转化为动能，液体流速加快。与锁斗循环管线类似，这部分黑水携带灰渣对弯头和三通等直接进行着冲击，而这部分介质是气、液、固三相混合，流动状态十分复杂。这些因素导致了这部分管线的严重磨损。磨损最明显的地方出现在角阀出口下部三通部分以及管道的两个弯头处。在角阀出口后第一个弯头处，曾出现大修更换后28天磨通的情况。此处的磨损剧烈情况可见一斑。此处管道出现泄漏后，在切出消漏的过程中会对整个水循环造成很大的干扰，热量大量流失，合成气出口水气比会受到很大影响。
3.改善目前情况的一些思路
由于黑水这种介质灰渣含量高并且溶解了H2、COS等酸性物质，所以对管线的磨损是必然的，在这里我们要做的就是怎样去延长管道的使用，这主要从两方面去考虑，一是减少黑水对管道的磨损能力，二是增加管道的耐侵蚀能力。
3.1 减少黑水对管道的磨损能力
首先是想办法降低管道内黑水的流速。这里举两个例子。在锁斗循环管线中，我们目前的流量达到了50 m3/h，管道内流速达到2.4m/s，这个速度对于洁净介质并不算高，但对于黑水，这个流速就算是比较高了。而且，在我们实际运行中，循环黑水的流量30 m3/h到35 m3/h就已经能达到需求。这样，管道内黑水的流速可以下降30%到40%，这对降低黑水磨损能力的效果是十分明显的。而由于黑水介质的特殊，关小手动阀、加限流孔板这类方法并不合适。目前比较可行的方法就是对水泵进行改动，如减小叶轮尺寸。黑水进过减压阀时，由于压力突然降低，流速会突然加快，并伴有气蚀，有时还会出现大颗粒堵塞在阀芯与阀座之间，造成介质的偏流，这样就会对阀后的某一部分管道造成集中的高强度冲击。避免这一点的方法就是定期动作阀门，并保持阀门在较大的开度，从而降低流速同时避免堵住大颗粒。
然后就是想办法控制黑水中的灰渣含量。黑水中的灰渣是煤浆中不能燃烧的灰份和未反应完的煤灰。关于灰份，我们可以选择灰份较低的煤，如当初我们用的是灰份15%的义马煤，现在用的是榆林、神化煤，灰份一般只有8%左右。飞灰在合成气中的多少很大程度上取决于炉温的控制，温度过高，合成气就更容易携带飞灰，所以，要适当控制炉温很重要。
3.2 增加管道的耐侵蚀能力
首先是管道的选择，我厂黑水管道的材质原先选用的是20G，在磨损后，更换为更加耐磨的16MN材质，效果比原先的要好。管道壁厚也从原先的SCH80更换为SCH160。在一些管道的内壁衬耐磨陶瓷也是不错的选择。有些厂家采用304L材质的管道，这对耐酸有一定好处，但成本过高。
然后是对管道结构的一些改进。最容易磨损的地方就是弯头、三通等这些管件，所以最直接的方法就是减少这些管件的用量，尽量在管线设计上少使用这些管件。还有就是我厂常使用的一个办法，在最易磨损的部位，如高闪去中闪的角阀后的弯头上，再另焊接一个壁厚的铁箱，这样就相当于弯头部位呈双层结构，在第一层被冲破后，两层之间还有一定空间，可以用来缓冲水流。这种方法比单纯的增加管道壁厚要好。
4.结束语
水煤浆制合成气工艺中，黑水对管道侵蚀的问题对稳定生产有较大影响。以目前情况来看，完全解决这个问题还无法做到，但依照上述两个方向去改善，可以很大程度上缓解侵蚀问题。
[关键词]黑水 侵蚀 锁斗管线 闪蒸管道 改善思路
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0381-01
1.引言
安徽淮化集团现有一套年产30万吨合成氨的生产装置，该项目气化工段采用多元料浆气化工艺，以纯氧和多原料浆为原料，采用气流床，进行加压部分氧化反应，生成以CO和H2为主要组成的粗合成气，作为合成氨生产的原料气。在生产过程中，气化炉和碳洗塔会产生含有灰渣及酸性物质的黑水。黑水经过处理后大部分循环利用，小部分外排。实际运行中，黑水对输送管道的磨损十分严重。而这种情况在整个黑水管线中又以锁斗循环管线和高压闪蒸至中压闪蒸管道磨损情况尤为突出，在这里针对这两部分作主要介绍，并在最后提出一些改善的思路。
2.黑水对管道的侵蚀
气化炉燃烧室内煤浆与纯氧进行不完全氧化反应后，生成粗合成气，燃烧的同时会产生无法反应的固态灰渣和未反应完的煤灰，粗合成气裹挟大量飞灰与熔融状态的灰渣一起进入激冷室进行激冷，大部分大颗粒灰渣会在激冷室底部从锁斗系统排出，一部分细渣从激冷室底部排水排入闪蒸系统。经过初步洗涤的粗合成气进入碳洗塔后再次对合成气中夹带的飞灰进行洗涤，产生的黑水由碳洗塔底部排入闪蒸。在闪蒸系统对黑水做闪蒸处理。黑水中灰渣含量大，并含有一定的酸性物质，对系统黑水管道有一定侵蚀磨损，由于一部分管道情况特殊，所以侵蚀磨损情况尤为严重，锁斗循环管道与高压闪蒸至中压闪蒸管道情况最具代表性。
2.1 黑水对锁斗管道的磨损情况
激冷室底部的渣和水由破渣机破碎灰渣后，在收渣阶段经重力和循环管线黑水冲洗作用下由锁斗安全阀、锁斗进口阀进入锁斗。这部分黑水是由锁斗循环泵从锁斗顶部抽取相对洁净的水送回激冷室底部，带动激冷室底部渣水向下的流动，帮助排渣。水泵直接从锁斗顶部抽水，这部分黑水并没有经过充分的沉淀，因此这部分黑水灰渣含量较大，这部分灰渣持续的对管道进行着磨损。这部分管道的内径为86mm，正常收渣时流量为50 m3/h，管道内流速达到了2.4m/s。黑水在这样的流速作用下，加剧了管道的磨损。整条管线中，磨损最严重的地方总是出现在弯头和三通以及它们后部的直管。观察管道内壁我们发现，在距离弯头和三通较远的直管中，它们的内壁还是比较平滑的，并没有出现太多磨损，这是因为在这部分管道中介质为层流状态，管道内介质流速由管道中心到管壁逐渐降低，与管壁接触的黑水流速非常的低。而流体经过弯头和三通等管件时，黑水的层流状态会被打破，出现了流速的不平均，进而引起了介质的扰动，黑水携带灰渣会对这部分管道直接进行冲击。这部分管道内，由于部分流体流速突然加快，可能还会出现部分气蚀现象，从而加剧管道的磨损。此处黑水管道的内壁在连续使用120至150天后，就会出现直径3至10mm的坑状磨损，随着运行时间的加长，磨损坑的密度加大，坑的深度逐渐加深，直至将管道磨通。在遇到管道磨通泄露的情况时，有时候我们不得不停车对泄露管线进行处理，从而造成巨大的经济损失。
2.2 黑水对高压闪蒸至中压闪蒸管道的侵蚀情况
激冷室底部以及碳洗塔底部的这部分黑水含有较多的细渣、残煤等悬浮物及少量的溶解固体、溶解气体，不能直接循环利用。这些黑水由减压角阀送入高压闪蒸罐中，经过高压0.9MPa、中压0.15MPa和真空30KPa（绝压）这三级闪蒸，对黑水逐步浓缩，降低其温度，并使其中大部分酸性气体逸出，再将这部分黑水送入沉降池进行沉降。在闪蒸工序中，管道磨损情况最为严重的就是高压闪蒸通往中压闪蒸的管线，。高闪与中闪的压差为0.75MPa，从高闪罐底部送至中闪的黑水约为200 m3/h，这其中灰渣含量约为3.5%，黑水中还含有H2S和COS这类酸性物质。这部分黑水在经过高闪液位调节角阀后，高温液体经过减压，气液两相平衡打破，大量气体从黑水中逸出，同时静压能转化为动能，液体流速加快。与锁斗循环管线类似，这部分黑水携带灰渣对弯头和三通等直接进行着冲击，而这部分介质是气、液、固三相混合，流动状态十分复杂。这些因素导致了这部分管线的严重磨损。磨损最明显的地方出现在角阀出口下部三通部分以及管道的两个弯头处。在角阀出口后第一个弯头处，曾出现大修更换后28天磨通的情况。此处的磨损剧烈情况可见一斑。此处管道出现泄漏后，在切出消漏的过程中会对整个水循环造成很大的干扰，热量大量流失，合成气出口水气比会受到很大影响。
3.改善目前情况的一些思路
由于黑水这种介质灰渣含量高并且溶解了H2、COS等酸性物质，所以对管线的磨损是必然的，在这里我们要做的就是怎样去延长管道的使用，这主要从两方面去考虑，一是减少黑水对管道的磨损能力，二是增加管道的耐侵蚀能力。
3.1 减少黑水对管道的磨损能力
首先是想办法降低管道内黑水的流速。这里举两个例子。在锁斗循环管线中，我们目前的流量达到了50 m3/h，管道内流速达到2.4m/s，这个速度对于洁净介质并不算高，但对于黑水，这个流速就算是比较高了。而且，在我们实际运行中，循环黑水的流量30 m3/h到35 m3/h就已经能达到需求。这样，管道内黑水的流速可以下降30%到40%，这对降低黑水磨损能力的效果是十分明显的。而由于黑水介质的特殊，关小手动阀、加限流孔板这类方法并不合适。目前比较可行的方法就是对水泵进行改动，如减小叶轮尺寸。黑水进过减压阀时，由于压力突然降低，流速会突然加快，并伴有气蚀，有时还会出现大颗粒堵塞在阀芯与阀座之间，造成介质的偏流，这样就会对阀后的某一部分管道造成集中的高强度冲击。避免这一点的方法就是定期动作阀门，并保持阀门在较大的开度，从而降低流速同时避免堵住大颗粒。
然后就是想办法控制黑水中的灰渣含量。黑水中的灰渣是煤浆中不能燃烧的灰份和未反应完的煤灰。关于灰份，我们可以选择灰份较低的煤，如当初我们用的是灰份15%的义马煤，现在用的是榆林、神化煤，灰份一般只有8%左右。飞灰在合成气中的多少很大程度上取决于炉温的控制，温度过高，合成气就更容易携带飞灰，所以，要适当控制炉温很重要。
3.2 增加管道的耐侵蚀能力
首先是管道的选择，我厂黑水管道的材质原先选用的是20G，在磨损后，更换为更加耐磨的16MN材质，效果比原先的要好。管道壁厚也从原先的SCH80更换为SCH160。在一些管道的内壁衬耐磨陶瓷也是不错的选择。有些厂家采用304L材质的管道，这对耐酸有一定好处，但成本过高。
然后是对管道结构的一些改进。最容易磨损的地方就是弯头、三通等这些管件，所以最直接的方法就是减少这些管件的用量，尽量在管线设计上少使用这些管件。还有就是我厂常使用的一个办法，在最易磨损的部位，如高闪去中闪的角阀后的弯头上，再另焊接一个壁厚的铁箱，这样就相当于弯头部位呈双层结构，在第一层被冲破后，两层之间还有一定空间，可以用来缓冲水流。这种方法比单纯的增加管道壁厚要好。
4.结束语
水煤浆制合成气工艺中，黑水对管道侵蚀的问题对稳定生产有较大影响。以目前情况来看，完全解决这个问题还无法做到，但依照上述两个方向去改善，可以很大程度上缓解侵蚀问题。