水煤漿氣化爐下降管損壞的原因及修復(fù)

李國偉

(寧夏和寧化學(xué)有限公司寧夏銀川750000)

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水煤漿氣化爐下降管損壞的原因及修復(fù)

李國偉

(寧夏和寧化學(xué)有限公司寧夏銀川750000)

水煤漿氣化以GE/多元料漿技術(shù)為代表，是當(dāng)今相當(dāng)成熟的煤氣化技術(shù)之一。在水煤漿氣化爐下降管內(nèi)，熔渣、高溫氣體與激冷水混合后向下流動，經(jīng)受著高溫考驗，在工藝條件的限制下，下降管易發(fā)生鼓包、焊縫開裂、燒穿等事故，進而威脅安全生產(chǎn)，也直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1 氣化爐、下降管相關(guān)參數(shù)及操作條件

水煤漿與氧氣混合后在6.5 MPa，1 300 ℃條件下進行氣化反應(yīng)，生成含CO和H2為主的粗合成氣；粗合成氣與來自激冷水泵的激冷水混合后，沿下降管旋轉(zhuǎn)下降進行傳質(zhì)、傳熱，粗合成氣被激冷，溫度降低至230 ℃后送往洗滌塔；在洗滌塔中，粗合成氣與水浴及塔盤水接觸進一步除塵后送至變換工段。

氣化爐操作壓力/設(shè)計壓力為6.5/7.15 MPa；燃燒室操作溫度/設(shè)計溫度為1 250/1 400 ℃；容積為60 m3(燃燒室)+107 m3(激冷室)；下降管Φ1 150 mm×8 mm，高度5 402 mm，材質(zhì)Incoloy 825，鋸齒高度25 mm，夾角90°，與激冷環(huán)通過焊接連接。

2 下降管損壞的原因分析

下降管內(nèi)高溫粗合成氣與激冷水進行強烈的熱質(zhì)交換，在工藝條件的制約下，如出現(xiàn)激冷水量不足、煤漿負荷過高、渣口堵塞等問題都會引起下降管損壞。激冷水量不足時，下降管所受合成氣熱腐蝕嚴(yán)重，造成下降管鼓包、變形甚至焊縫開裂；渣口堵塞嚴(yán)重時，會導(dǎo)致下降管被堵死，整根下降管可能被燒蝕脫落。因此，氣化爐工藝操作的穩(wěn)定、優(yōu)化至關(guān)重要。

2.1 氧氣量相對低導(dǎo)致氣化爐操作波動較大

由于空分裝置出現(xiàn)氧氣供應(yīng)量不足，加上氣化煤漿綜合負荷較高(由于煤漿泵轉(zhuǎn)速流量與煤漿泵真實流量存在偏差)，導(dǎo)致爐溫相對較低，煤在氣化爐中燃燒不充分，造成短暫性的熔渣堆積，引起合成氣氣量波動、氣化爐壓力波動，而此時又沒有針對性的熔渣操作(渣口堵塞較嚴(yán)重時才有針對性的熔渣操作)。熔渣不好易對渣口磚造成嚴(yán)重損壞，增大了高溫粗合成氣直接對激冷環(huán)、下降管的損害概率。根據(jù)撈渣機現(xiàn)場渣樣判斷，偶有大塊煤渣出現(xiàn)且殘?zhí)枷鄬^高印證了此觀點。激冷室液位控制較高也造成了頻繁帶水，在整個氣化爐-洗滌塔-變換水循環(huán)之間形成惡性循環(huán)。

2.2 激冷水量低對下降管的影響

氣化爐在長時間運行后，由于激冷水管線內(nèi)逐漸積累灰渣，使激冷水管線、激冷水過濾器、激冷環(huán)等發(fā)生堵塞和結(jié)垢，造成激冷水量降低，下降管內(nèi)傳質(zhì)、傳熱失衡，粗煤氣直接與下降管局部接觸，增加了發(fā)生鼓包、裂紋、焊縫開裂甚至下降管穿孔的概率。從實際運行情況來看，激冷水量低制約了生產(chǎn)負荷。經(jīng)過實際生產(chǎn)摸索，在保證設(shè)備安全及傳熱、傳質(zhì)平衡的前提下，激冷水量每降低8 m3/h，氣化爐負荷應(yīng)相應(yīng)降低1 m3/h(標(biāo)態(tài))，以確保氣化系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.3 渣口堵塞對下降管的影響

渣口堵塞可發(fā)生在投料后或正常運行中。投料后氣化爐內(nèi)溫度驟升，大量熔渣在渣口處發(fā)生積累，嚴(yán)重時大量熔渣直接落至下降管，粘連在下降管上而導(dǎo)致下降管堵塞，在熱蝕的作用下出現(xiàn)穿孔、裂紋的現(xiàn)象。在正常生產(chǎn)中，由于操作失誤、煤灰熔點異常升高的情況下也會造成渣口堵塞，處理不當(dāng)也會造成同樣的后果。

2.4 中心氧比例不合適

中心氧設(shè)計值在12%～16%(體積分?jǐn)?shù)，下同)，實際運行中因爐壁空間散熱差導(dǎo)致爐壁溫度較高，中心氧控制在15%以上，導(dǎo)致煤漿在燃燒室中下部燃燒，熱區(qū)整體下移，增大了渣口磚所承受的熱損蝕性，引起渣口磚、托磚板和激冷環(huán)損壞。在原始開車階段，由于缺乏經(jīng)驗、操作不當(dāng)導(dǎo)致激冷環(huán)和渣口磚的壽命較短，正常渣口磚壽命平均在4 500 h左右，而實際運行時間<3 000 h就出現(xiàn)大面積損毀，檢查激冷環(huán)和下降管也有不同程度的損傷。在鎖斗系統(tǒng)不內(nèi)漏的情況下，中心氧比例較高也造成了鎖斗系統(tǒng)溫度過高、破渣機填料密封損壞的異常工況。

2.5 焊接質(zhì)量不過關(guān)

下降管與激冷環(huán)采取焊接連接，施工時應(yīng)制定專門的施工方案，并配備經(jīng)驗豐富的焊接工人作業(yè)，焊后要進行熱處理及探傷，最大限度地保證焊接質(zhì)量，從而滿足正常生產(chǎn)的要求。焊接質(zhì)量不過關(guān)出現(xiàn)的概率較低，但不排除其可能性。

3 下降管修復(fù)措施及技術(shù)要求

3.1 補焊

在出現(xiàn)較明顯的凹坑、未燒穿的孔洞及裂紋時，一般采取補焊修復(fù)措施。首先將壞點用磨光機打磨干凈，加工75°坡口后進行堆焊作業(yè)。

3.2 局部修補

局部修補應(yīng)用于下降管變形不是很嚴(yán)重但局部稍微嚴(yán)重的場合，面積不能過大。具體方法是先用等離子切割機割除變形嚴(yán)重的區(qū)域，然后用大錘或千斤頂矯正，打磨坡口，再將曲率度與下降管相同的Incoloy 825鋼板焊制在所修補處即可。

3.3 更換下降管

當(dāng)下降管焊縫出現(xiàn)開裂或下降管多點變形嚴(yán)重時，可采取整體割除換新的辦法，2016年4月對下降管和渣口磚采取了整體更換。停車進氣化爐檢查后發(fā)現(xiàn)，渣口磚1#和2#磚燒蝕非常嚴(yán)重，渣口尺寸嚴(yán)重偏大，激冷環(huán)護圈直接暴露在外，且70%已直接燒損，3#和4#磚已達到可更換的程度；激冷環(huán)出現(xiàn)裂紋，后進行了補焊處理。渣口磚局部示意見圖1。

圖1 渣口磚局部示意

更換下降管前先要移位破渣機，斷開破渣機與氣化爐法蘭和鎖渣閥短節(jié)法蘭的連接，破渣機Φ1 900 mm大法蘭作為拆裝下降管的進出口；在激冷室內(nèi)搭設(shè)腳手架，但中部必須留有大于Φ1 800 mm的孔以保證下降管拆裝通過；激冷室頂部均布的8個托磚板筋板上共焊接2只吊耳后加掛5 t倒鏈，與檢修桁車配合，用等離子切割機現(xiàn)場切割4個上支架與4個下支架，切開與激冷環(huán)的焊縫，緩慢地將已損壞的下降管移出氣化爐，回裝時同樣共同配合，保證激冷環(huán)與下降管及上升管的同心度后焊接，焊接完成后進行100% PT檢測，以達到JB/T 4730—2005 Ⅰ級為合格標(biāo)準(zhǔn)。損壞的下降管以焊縫為界割為3段后，在機加工卷板機上重新卷板，卷板后測量尺寸，在下降管內(nèi)徑誤差<2.5 mm后重新組裝備用，同時應(yīng)根據(jù)下降管實際使用情況，上段和中段可以交換順序后焊接使用。

3.4 焊接質(zhì)量技術(shù)要求

3.4.1 焊材的選用

Incoloy 825是鈦穩(wěn)定化處理的全奧氏體鎳鐵鉻合金，并添加了銅和鉬，在氧化和還原環(huán)境下都具有抗酸和堿金屬腐蝕性能。焊接Incoloy 825材質(zhì)可選ENiCrMo- 3或ENiCrFe- 3焊條，根據(jù)其化學(xué)成分，本次選用ENiCrMo- 3焊條。Incoloy 825材料與相關(guān)焊材化學(xué)成分見表1。

表1 Incoloy 825材料與相關(guān)焊材化學(xué)成分 %

3.4.2 技術(shù)要求

(1)端口打磨成角度為75°的V形坡口。

(2)筒節(jié)組對時，必須保證對口錯邊量≤2.5 mm，垂直度偏差≤2.0 mm；筒節(jié)組對完成后，筒節(jié)總長偏差≤10 mm。

(3)手工電弧焊打底及蓋面；焊條ENiCrMo- 3(Φ3.2 mm)于200 ℃下烘干，采取直流正接，電流要低，保持在90～130 A，封底層的焊接應(yīng)確保焊縫根部焊透，焊接中對焊縫根部兩邊的熔化狀況要多加注意，保證焊縫根部熔合良好，焊層之間應(yīng)清理干凈，確認(rèn)表面無缺陷后再焊接第2層；蓋面時應(yīng)注意焊縫兩側(cè)不咬邊，每道焊縫原則上應(yīng)1次焊接完成(如發(fā)生意外情況沒有一次性完成時，在封底焊后，應(yīng)填充至一定的厚度以防產(chǎn)生裂紋)；下降管焊接后，要求對焊縫內(nèi)外打磨齊平。

(4)焊縫焊完后，應(yīng)對焊縫表面的咬邊、突瘤進行修理，將周圍的飛濺物清理干凈，并進行100% PT檢測，達到JB/T4730—2005 Ⅰ級為合格。

(5)檢驗不合格的焊縫在返修時，應(yīng)先查明原因，按上述焊接技術(shù)要求返修，同一部位返修次數(shù)≤2次，否則應(yīng)上報焊接技術(shù)負責(zé)人，訂出具體返修方案，并編寫專門的返修方案后方能再次進行返修。

4 檢修后的工藝操作

經(jīng)過對下降管損壞的原因分析，在今后的操作中應(yīng)該更好地保護下降管，畢竟更換下降管經(jīng)濟損失很大。在實際生產(chǎn)中應(yīng)該做到幾點：①做好氣化爐負荷與氧氣之間的平衡關(guān)系，穩(wěn)定操作，氧煤比控制適當(dāng)，并保證系統(tǒng)不帶水；②對中心氧比例加以摸索和調(diào)整來尋求最佳比例；③對激冷水量進行嚴(yán)格監(jiān)控，盡可能以工藝優(yōu)化和相關(guān)技術(shù)改造來實現(xiàn)激冷水量的穩(wěn)定；④對于渣口磚，在充分論證其優(yōu)缺點的情況下，可以對其磚型做適當(dāng)調(diào)整，以最大限度地保護下降管及激冷環(huán)。

2016- 06- 18)