德士古煤气化工艺及装置的长周期安全运行分析.pdf
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1、第39卷 第9期 2005年9月 西 安 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF XIAN J IAOTON G UNIVERSITY Vol. 39 9 Sep. 2005 德士古煤气化工艺及装置的长周期安全运行分析 国 蓉,程光旭,郑宝祥,王 毅 (西安交通大学能源与动力工程学院, 710049 ,西安) 摘要:针对德士古煤气化系统运行周期短的问题,提出了危险与可操作性分析( HAZOP)方法,依据拟定的 引导词,选取6个分析节点,得到煤气化系统可能的故障原因及失效后果.与传统安全分析方法相比,所提方 法的优势在于:将HAZOP与失效模式、 效应和危害度分析(FMECA)方法结合起来
2、,建立了工艺与设备相 结合的综合分析方法.应用该方法,对煤气化操作工艺失常状态及设备的长周期运行可靠性进行了深入分 析,确定了引起煤气化装置非正常运行状态的关键因素和设备故障的危害度.研究表明,气化炉(燃烧室、 激 冷室)是整个系统易发生故障的薄弱环节. 关键词:德士古煤气化;危险与可操作性分析;安全分析;长周期运行 中图分类号: TQ54618 文献标识码: A 文章编号: 0253987X(2005)09099404 Long Period and Safety Running Analysis of Texaco Coal G asification Process and Units
3、Guo Rong , Cheng Guangxu ,Zheng B aoxiang , Wang Yi (School of Energy and Power Engineering , Xian Jiaotong University , Xian 710049 , China) Abstract: Hazard and operability analysis ( HAZOP) method was proposed to solve the short2period run2 ning problems of Texaco coal gasification system. Accord
4、ing to a set of guide words , six analysis nodes were chosen and some possible breakdown causes and consequences of each deviation were obtained. A new comprehensive assessment approach which combined HAZOP with failure modes , effects , and criticality a2 nalysis (FMECA) was established to analyze
5、safety status of process and unit , and then this approach was used to analyze the reliability and unusual operating process of the Texaco coal gasification system. The advantages of this approach are that the most important effect factors on operating process and criticality of the most dangerous e
6、quipment could be found out more easily and quickly. It is shown that the assessment principle is suitable for the long period and safety running analysis of other coal gasification process sys2 tems. The gasifier (consisting of an upper refractory2lined reaction chamber and a lower quench chamber)
7、is easier to break down than other equipment. Keywords:Texaco coal gasif ication; HA ZO P; saf ety analysis; long2period running 德士古( Texaco)水煤浆气化技术是国内外成 功应用的煤气化技术之一,但是统计国内外现有 Texaco煤气化装置的投料和停炉次数以及两次停 车之间的平均运行寿命等几项数据发现,国内装置 的整体运行水平比国际水平落后,尤其是两次停车 之间的平均运行寿命低50 %左右.由于煤气化工艺 及装置长周期安全运行是确保企业安全生产和提高 经济效益的
8、基本条件,煤气化工艺及装置的长周期 安全运行受到了高度重视,因此实现装置安、 稳、 长、 满、 优运行是企业迫切需要达到的目标,也是目前化 学工程与技术领域的热点研究课题.笔者已经从工 艺侧面或设备失效角度研究了煤气化系统的可靠性 收稿日期: 20041118. 作者简介:国 蓉(1972 ) , 女,博士生;程光旭(联系人 ) , 男,教授,博士生导师. 基金项目: 陕西省科学技术研究发展计划资助项目(2002K08G17) . 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 问题1 ,2,但尚未
9、把工艺波动及设备失效与长周期 安全运行结合起来考虑. 危险与可操作性分析( HAZOP)是分析工艺失 常的有效方法,失效模式、 效应和危害度分析 (FMECA)也是国内外行之有效的设备可靠性分析 方法之一.本文将HAZOP方法与FMECA方法结 合起来,建立了综合分析方法,并针对Texaco煤气 化工艺及设备的失效模式及故障分析,找出了其薄 弱环节和潜在的危险源及造成的后果,为确保煤气 化系统长周期安全运行提供了新的理论方法. 1 Texaco煤气化系统的工艺流程和 运行现状 111 工艺流程 Texaco水煤浆气化过程包括煤浆制备、 煤浆气 化、 灰水处理等工序:将煤、 石灰石(助熔剂)、
10、添加剂 和NaOH称量后加入到磨煤机中,与一定量的水混 合后磨成一定粒度的水煤浆;煤浆由高压给料泵与 空分装置来的氧气一起进入气化炉,在1 3001 400 下送入气化炉工艺喷嘴进行部分氧化生成粗 煤气;粗煤气经喷嘴洗涤器进入碳洗塔,冷却除尘后 进入CO变换工序;气化炉出口灰水经灰水处理工 段4级闪蒸处理后,一部分灰水返回碳洗塔作洗涤 水,经泵进入气化炉,另一部分灰水作废水处理1. 112 运行现状 国内某企业Texaco煤气化装置的运行情况见 表1. 1996年开工时,气化装置的单炉平均连续运行 时间仅为3139 d ,即使在情况最好的2001年,也只 有22 d.由停车原因分析可知,大约有
11、4818 %的非 计划停车是因气化炉出现了问题. 2 Texaco煤气化系统的HAZOP方 法与流程 HAZOP即是通过一系列的分析会议对工艺图 纸和操作规程进行分析.在这个过程中,由各专业人 员组成的分析组按照规定的方式系统地分析偏离设 计工艺条件的偏差,以确定是否会导致不希望的后 果.在分析过程中,通过分析 “分析节点”,分析组将 列出引起偏差的原因、 后果,以及针对这些偏差及后 果已使用的安全装置,当分析组确信对这些偏差的 保护措施不当时,将提出相应的改进措施3 5 . HAZOP中最关键的步骤就是将工艺参数与引 导词组合成偏差,但只有组合后有意义的偏差才是 值得分析的,例如:工艺参数
12、“压力” 适用的引导词是 “More , Less , None”;“温 度” 适 用 的 引 导 词 是 “More ,Less”;“流量” 适用的引导词是 “More ,Less , None ,Reverse”;“液位” 适用的引导词是 “More , Less ,None”. 在HAZOP研究中,笔者将需要审查的P 激冷水管 堵塞; 激冷水源失效; 控制器失效, 阀门关闭;泵设计的气蚀余量小; 泵入口破旋板坏;泵电机断电; 泵 连节轴断;泵叶轮脱落; 过滤器堵 死 工艺气出口处温 度过高 安装备用控制阀或手动旁路 阀;设置备用激冷水源;安 装备用控制器; 安装高温报警 器,警告操作者;
13、安装高温紧 急关闭系统;安装激冷水流量 计和低流量报警器;更换或修 复压缩泵; 清理过滤器 More 激冷水流 量偏高 控制阀失效,开度过大;控制器失 效,阀门开度过大 气化炉激冷室液 位过高,工艺气含 水量增加,保温失 控 更换控制阀、 控制器;教育 操作者执行操作规程 Less 激冷水流 量偏低 控制阀失效而关小阀门; 激冷水管 部分堵塞;激冷水管线泄漏;水源 部分失效;控制器失效而关小阀门; 泵入口阀开得太小; 泵出口阀开得 太小; 泵叶轮磨蚀过;泵入口管线 结垢,流通面积变小;泵出口管线结 垢,流通面积变小;? 过滤器部分堵塞 工艺气出口处温 度过高 安装备用控制阀或手动旁路 阀;清理
14、过滤器;设置备用 激冷水源;安装备用控制器; 安装高温报警器,警告操作 者;安装高温紧急关闭系统; 安装激冷水流量计和低流量 报警器; 修复损坏的压缩泵 As Well As 激冷室液 位过高 激冷水流量过高; 激冷水输送管线 泄漏;液位计故障 信号强;黑 水流量异常 激冷室内部黑水 循环量急剧增大, 工艺气将严重带 灰、 带水 检修并更换故障液位计;检 查并维修输送管线;检修并确 保高液位报警装置动作正常 Other Than 激冷水中 含杂质 水源被污染; 污水倒流 工艺气冷却能力 下降,有可能引起 反应失控 在激冷水管上安装备用止逆 阀;安装高温报警装置,以警 告操作者 泵启动 过载 出
15、口阀开得大;泵出口管线断开; 电机过载保护故障; 电机绝缘不好 工艺气无法激冷 检查并修复故障电机; 安装 备用泵 激冷室压 差异常 激冷环压差异常;导气管压差异 常; 工艺气出口接管压差异常;气 化炉压差异常 系统工艺参数偏 离正常,可能造成 系统停车 降低系统负荷,密切观察温 度、 压力等工艺参数的变化; 必要时停车检修 3 Texaco煤气化装置的FMECA 虽然通过HAZOP可得知气化炉的各种故障 模式、 原因及后果,但是诸如 “各种故障模式对整个 系统的具体危害度是多少?”“系统危险预防的关键 部位是什么?” 这类涉及到定量分析的问题,却无法 用HAZOP技术得到答案.这是因为HAZ
16、OP是一 种定性分析技术,虽然现在已有“半定量HAZOP 技术” 等的出现,但都处于尝试阶段,未能实际应用 于具体系统.比较HAZOP与FMECA方法可以发 现,HAZOP的目的等价于FMECA的功能定义,偏 差相当于功能故障, HAZOP的原因相当于故障类 型,后果相当于故障影响,因此HAZOP与FMECA 这两种分析方法具有相当的一致性,可结合起来用 于系统的危险与可靠性分析3.下面,笔者运用 FMECA技术与HAZOP相结合来做定量分析,得 到了各种故障模式的危害度大小,为利用HAZOP 和FMECA综合分析Texaco煤气化系统做了有益 的尝试. 311 FMECA方法与步骤 FMEC
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