水煤漿氣化爐激冷環(huán)損壞的問(wèn)題分析與改造

劉立國(guó)，張曉北

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154111）

氣化爐是水煤漿加壓氣化裝置的核心設(shè)備，而激冷環(huán)是氣化爐的核心部件，氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到整套氣化裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。激冷環(huán)的作用是將氣化爐燃燒室出來(lái)的粗煤氣進(jìn)行冷卻。粗煤氣夾帶燃燒后的灰渣，經(jīng)過(guò)激冷環(huán)和下降管，被激冷水降溫洗滌除渣，然后通過(guò)水封由上升管與下降管之間的通道，到達(dá)托磚錐體后，流出氣化爐。由于激冷環(huán)的位置處于高溫區(qū)域，并且不斷的被激冷水沖刷，容易造成損壞，所以需要定期檢查、維修更換，損耗大量的人力、物力和財(cái)力。文中對(duì)氣化爐激冷環(huán)損壞的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行闡述和分析，并提出了相應(yīng)的解決對(duì)策。

1 問(wèn)題的提出

中海石油華鶴煤化有限公司3052 項(xiàng)目配備3 套水煤漿氣化爐系統(tǒng)，2015 年4 月開車投料運(yùn)行，2016 年3 月和6 月在備爐檢修期間均檢查發(fā)現(xiàn)激冷環(huán)圓弧形擋水板被沖刷出孔洞（圖1），且厚度減薄。這樣激冷水就會(huì)從破損的孔洞噴出，無(wú)法在下降管內(nèi)壁形成有效的保護(hù)水膜，容易使下降管損壞。更換一套激冷環(huán)和下降管的費(fèi)用約為41 萬(wàn)元，且工作量大，耗費(fèi)大量的人力、物力及財(cái)力，且對(duì)備爐的檢修周期帶來(lái)巨大影響。

2 問(wèn)題分析

2.1 激冷環(huán)的結(jié)構(gòu)及工作原理

（1）主要結(jié)構(gòu)。原始激冷環(huán)設(shè)計(jì)為“C 型”激冷環(huán)，主要由4 根激冷水進(jìn)水總管、半圓環(huán)管擋水板、布水內(nèi)環(huán)和激冷水室、連接法蘭等部件構(gòu)成。結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

圖2 原始開車激冷環(huán)結(jié)構(gòu)與改造后對(duì)比示意圖

（2）工作原理。激冷環(huán)是高溫的爐渣和粗煤氣的下降通道，引導(dǎo)粗煤氣與爐渣的混合物同下降管下部的水充分接觸，從而完成激冷過(guò)程，與此同時(shí)，粗煤氣和爐渣氣固兩相進(jìn)行分離。由于爐渣和煤氣的溫度都很高，達(dá)1100 ～1300℃，且爐渣遇水而溫度降低后容易產(chǎn)生粘結(jié)。來(lái)自4 條供水管的激冷水進(jìn)入激冷水室，在該處形成相同的水壓，然后經(jīng)圓周均勻排列的多個(gè)徑向布水孔沖擊進(jìn)入半圓形布水環(huán)管，從半圓布水環(huán)管（擋水板）與下降管之間的縫隙（環(huán)隙）流下。激冷環(huán)布水孔進(jìn)水方向與激冷環(huán)中心軸線有一定的角度，經(jīng)布水內(nèi)環(huán)折流發(fā)散，從而有效地減輕了激冷水對(duì)半圓環(huán)管的沖刷，也使得激冷水在半圓環(huán)管內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，通過(guò)環(huán)隙后，在下降管內(nèi)壁上形成旋轉(zhuǎn)向下的水膜，更有利于保護(hù)下降管。半圓環(huán)管擋水板采用整體鍛件加工，其與下降管之間環(huán)隙的控制尺寸為8mm，保證下降管內(nèi)壁上水膜厚度均勻。激冷水室則是由整體鍛件加工而成。

2.2 分析

激冷環(huán)設(shè)計(jì)為Incoloy 825 材質(zhì)，屬鐵級(jí)超耐熱合金鍛件，在氧化、還原的環(huán)境下都具有抗酸和堿金屬腐蝕性能。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。激冷環(huán)與氣化爐錐型底部采用法蘭連接的形式，其下部焊接下降管，四周對(duì)稱均勻分布4 根激冷水彎管，作為激冷水流入的通道。在使用過(guò)程中，激冷環(huán)主要的損壞表現(xiàn)形式有3 種：激冷環(huán)圓弧形擋水板向火面由于沖刷及腐蝕會(huì)損壞出現(xiàn)孔洞；激冷環(huán)孔道由于氣化黑水中夾雜固體顆粒導(dǎo)致堵塞；激冷環(huán)的出水環(huán)隙變形，最后導(dǎo)致堵塞。

激冷環(huán)圓弧形擋水板的向火面出現(xiàn)孔洞，是由于激冷環(huán)向火面承受著氣化爐運(yùn)行時(shí)生產(chǎn)的高溫粗煤氣的直接沖刷，同時(shí)內(nèi)壁還承受著介質(zhì)的高溫和激冷水的沖刷，加之煤氣中含有H2S 腐蝕作用，以及激冷環(huán)布水孔的堵塞，激冷水就會(huì)分布不均及流向改變，某些部位就會(huì)產(chǎn)生沖蝕孔洞。激冷環(huán)內(nèi)部孔道的堵塞現(xiàn)象也比較常見，主要是由于介質(zhì)中所含大量的固體顆粒進(jìn)入孔道所造成。設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)在激冷水進(jìn)入氣化爐之前，安裝激冷水過(guò)濾器對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾，濾網(wǎng)孔的直徑通常為6mm，激冷環(huán)噴水孔通常為8mm，通常情況下按照孔徑來(lái)看是否會(huì)堵塞激冷環(huán)孔道，但是由于介質(zhì)中大量的細(xì)小顆粒會(huì)在管道內(nèi)壁長(zhǎng)時(shí)間積累結(jié)垢，使孔道變小以及結(jié)垢，其脫落就會(huì)堵塞噴水孔。環(huán)縫變形的主要原因是在熱應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，金屬材料會(huì)發(fā)生變形，從而使部分位置的環(huán)縫變小而發(fā)生堵塞。

由于激冷環(huán)補(bǔ)水管或環(huán)隙堵塞，或檔水板出現(xiàn)孔洞，導(dǎo)致下降管內(nèi)壁水量不足，水膜形成不完整，從而使下降管被保溫粗煤氣與渣直接沖刷，導(dǎo)致變形損壞。

3 處理措施

針對(duì)以上分析，對(duì)激冷環(huán)的結(jié)構(gòu)采取以下改進(jìn)措施。

3.1 擋水板改造

原激冷環(huán)擋水板由于現(xiàn)場(chǎng)擋水板受損比較嚴(yán)重，沖蝕出的孔洞較多，且整體厚度變薄，應(yīng)對(duì)擋水板進(jìn)行更換，并且將原設(shè)計(jì)的C 形擋水板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，改為方形擋水板，同時(shí)保證內(nèi)部水通道的型面，并保證擋水板的厚度最薄處不小于12mm，激冷環(huán)擋水板采用INCOLOY825 整體鍛件加工而成，具體形式見圖3。

圖3 激冷環(huán)擋水板改造前后對(duì)比

改造后，可有效增加激冷環(huán)擋水板的耐沖刷性能，大大增加激冷環(huán)的使用壽命。

3.2 增加清洗孔

由于每次檢修高壓水槍，對(duì)于激冷環(huán)內(nèi)部流道的清洗可能存在死角或清洗不充分，所以對(duì)原激冷環(huán)的4個(gè)進(jìn)水孔的中間位置，均增加4 個(gè)清洗口，防止內(nèi)部流道堵塞使激冷水分布不均。清洗口規(guī)格采用2 寸法蘭蓋，采用MFM 面，纏繞墊密封D0220，并對(duì)開孔位置進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，具體形式見圖4。改造后，可保證激冷環(huán)內(nèi)部流道的高壓清洗更充分、更徹底，保證內(nèi)部通道的流暢，有效防止堵塞和急冷水分布不均的狀況。

3.3 清洗孔絲堵加長(zhǎng)

由于原激冷環(huán)設(shè)計(jì)周邊的絲堵較短，且在凹槽內(nèi)被堅(jiān)硬的灰渣掩蓋，每次檢修時(shí)拆卸困難，耗費(fèi)大量時(shí)間，此處改造為加長(zhǎng)的新型絲堵，絲堵采用316L 材料，如圖5 所示。

圖4 激冷環(huán)均布增加4 個(gè)清洗孔

圖5 激冷環(huán)絲堵改造

改造后，絲堵的拆裝較為方便、快捷，省時(shí)省力，大大提高工作效率，縮短檢修時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

目前中海石油華鶴煤化有限公司3 臺(tái)氣化爐共6 臺(tái)激冷環(huán)，已改造完成5 臺(tái)，并在備爐期間對(duì)前期改造過(guò)的運(yùn)行2 年多的激冷環(huán)進(jìn)行了檢查和檢測(cè)，外觀完好，厚度無(wú)明顯變化。通過(guò)1 年多的實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，達(dá)到了改造目的，為公司生產(chǎn)運(yùn)行“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”提供了有力保證，每臺(tái)激冷環(huán)的改造費(fèi)用僅4.5 萬(wàn)元，用小投入換來(lái)了大效益，而且可以節(jié)省拆裝更換激冷環(huán)及下降管的8 天檢修時(shí)間和工作量，為公司節(jié)約成本，保證設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，取得理想的成效。