張　楠，李　寅，劉　成

(天津渤海化工集團(tuán)化工設(shè)備檢驗檢測中心站,天津　300171)

在煤制氣的化工工藝主要有以Shell的氣流床干粉氣化(干法)和GE的水煤漿氣化(濕法)。這兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點：對于GE氣化技術(shù)，其優(yōu)點是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，工作壓力高，投資成本低，爐內(nèi)操作溫度和冷煤氣效率均較低；對于Shell氣化技術(shù)，最突出的優(yōu)點是操作溫度高，冷煤氣效率和炭轉(zhuǎn)化率發(fā)起人高于GE，但其氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且完全需要進(jìn)口，一次投資成本大[1]。截至2013年底Shell氣化爐國內(nèi)已有19家生產(chǎn)企業(yè)建成或在建Shell煤制氣工藝。

1　天津渤化永利化工股份有限責(zé)任公司氣化爐的相關(guān)資料

天津渤化永利化工股份有限責(zé)任公司在用兩臺2000噸/天氣化爐，始建于2009年，建成于2011年。氣化爐總高68.9m，殼體材料為SA387Gr11C12，殼體內(nèi)掛20mm厚RAM PS68 HR耐火層；爐內(nèi)汽水管件材料為1.7335。單臺氣化爐每小時生產(chǎn)合成氣200000Nm3，使用煤種為蒙煤、同煤、貧瘦煤，每小時激冷氣體用量270000Nm3，爐內(nèi)燃燒溫度1600℃，尾部合成氣體溫度350℃。合成氣化學(xué)成份見表1，氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，氣化爐工藝流程見圖2，氣化爐各段工作參數(shù)見表2。

表1　合成氣體化學(xué)成份表

氣化爐結(jié)構(gòu)如圖1。

1-噴水環(huán)+渣斗; 2-氣化爐壓力容器外殼;3-氣化傳熱面;4-急冷管 ;5-輸氣管內(nèi)件;6-拱頂;7-氣體進(jìn)口支管;8-氣體返回室壓力容器外殼;9-返回室傳熱面;10-蒸發(fā)段及過熱段傳熱面I; 11-保溫云撐;12-合成氣冷卻器外殼; 13-蒸發(fā)段及過熱段傳熱面II;14-恒力吊;15-合成氣冷卻器裙座

圖1氣化爐結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　氣化爐的工藝流程 表2　氣化爐各段工作參數(shù)

區(qū)域環(huán)系合成氣側(cè)汽水管道溫度/℃壓力/MPa溫度/℃壓力/MPa溫度/℃壓力/MPaA1- A52303.8516003.852806.39A5- A22303.8516003.852806.39A2- A32303.8516003.852806.39A3- A42303.8516003.852806.39A4- A52303.8516003.852806.39A5- A62303.8516003.852806.39A6- A72403.859003.852806.39A7- A102503.858003.852806.39A10- A112603.857003.85280-4006.39A11- A123003.856003.85280-4006.39A12- A132903.855003.854006.39A13- A142903.854003.85280-4006.39A14- A152903.853503.852806.39

2　易生缺陷部位分析

2.1　材質(zhì)劣化

根據(jù)該氣化爐內(nèi)表2所列各部溫度，按照鍋爐換熱計算經(jīng)驗[3]，氣化爐主要承壓部件過熱器管壁溫最高，壁溫約為450℃。 在高溫合成氣的工況條件下，易產(chǎn)生滲氮、球化、石墨化、金屬粉化等損傷模式[4]。 檢驗中應(yīng)對燃燒區(qū)域，過熱器區(qū)域水冷壁管做硬度、金相的理化分析。

2.2　高溫氧化

根據(jù)表1顯示氣體成份，合成氣體中無O2成份，但由于存在化學(xué)不完全燃燒，合成氣中殘余氧氣在高溫條件下有極強(qiáng)氧化性，應(yīng)重點對合成氣溫度為1600℃的A1～A6區(qū)域進(jìn)行壁厚檢測。

2.3　機(jī)械磨損

合成氣內(nèi)含有大量飛灰，飛灰硬度高，往往煙氣流速最大的區(qū)域就是磨損最嚴(yán)重的地方。而氣化爐內(nèi)煤粉噴嘴口處煙氣流速最高，煤粉密度高，應(yīng)為磨損最嚴(yán)重的部位；應(yīng)對燒嘴罩重點檢查磨損情況。

2.4　氫損傷

在合成爐內(nèi)，溫度高，氫分壓達(dá)到0.83MPa，承壓殼體材質(zhì)SA387Gr11C12屬于1.25Cr-0.5Mo系珠光體耐熱鋼，在小于500℃以下具有良好的高溫強(qiáng)度、抗氧化性、抗硫化物腐蝕性。按Nelson曲線顯示，殼體材質(zhì)在500℃以下 有良好的耐氫損傷性能。可通過對殼體上耐火層有破損的地方重點檢查是否有厚度增加或鼓泡等缺陷，判斷殼體是否有氫損傷。

2.5　熱裂紋

氣化爐開、停車時溫度波動大，氣化爐殼體壁厚較厚且氣化爐殼體壁后從80mm到270mm，氣化爐殼體在開停車過程中殼體從內(nèi)到外溫度梯度大，特別是殼體厚度不連續(xù)的區(qū)間，溫度差更大。因溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力極易產(chǎn)生殼體變形和裂紋。應(yīng)在殼體各不等厚焊縫內(nèi)外側(cè)重點進(jìn)行表面裂紋檢驗。

2.6　機(jī)械疲勞

敲擊器的原理是機(jī)械振動除灰，因此氣化爐內(nèi)除灰的敲擊器是最易產(chǎn)生機(jī)械疲勞的內(nèi)件，應(yīng)對敲擊器的支座及敲擊部位附近各焊縫進(jìn)行檢驗。

2.7　大型容器的沉降和垂直度

對大型容器應(yīng)對基礎(chǔ)沉降和設(shè)備垂直度進(jìn)行測量。

2.8　其他部位

除以上各項缺陷分析外，地腳螺栓也是主要承壓部件，也在全面檢驗范圍之內(nèi)；同時應(yīng)參鍋爐檢驗經(jīng)驗對爐內(nèi)積灰、結(jié)焦；內(nèi)掛件的燃灰腐蝕、過熱；耐火層脫落等問題進(jìn)行檢查。

3　檢驗方案編制及實施

3.1　資料審查

(1) 審查氣化爐設(shè)計圖樣、設(shè)計安裝使用說明書、強(qiáng)度計算書。

(2)審查汽化爐制造的產(chǎn)品合格證、質(zhì)量證明書及出廠監(jiān)檢證書和竣工圖、使用登記證。

3.2　置換清洗搭架、清洗打磨及安全措施

(1)開罐前，應(yīng)用盲板可靠地隔斷介質(zhì)進(jìn)出口管道，并設(shè)置明顯的隔離標(biāo)記。

(2)檢驗前必須切斷與汽化爐有關(guān)的電流，并設(shè)置明顯的安全標(biāo)志。

(3)汽化爐內(nèi)照明用電和檢驗工具用電應(yīng)符合GB3805《安全用電》的規(guī)定。

(4)進(jìn)入氣化爐內(nèi)檢驗時，安排專人在人孔處監(jiān)護(hù)，并有可靠地聯(lián)絡(luò)措施。

3.3　檢測設(shè)備和器具

超聲波測厚儀、磁粉探傷機(jī)、滲透探傷劑、TOFD探傷儀、硬度儀、金相檢測儀。

3.4　全面檢驗項目

(1)內(nèi)外部宏觀檢查。

(2)壁厚測定。

(3)無損檢測。

(4)金相分析。

(5)硬度檢測。

(6)安全附件檢查。

(7)氣密試驗

3.5　內(nèi)、外部宏觀檢查

(1)重點檢查合成氣側(cè)表面耐火層有無明顯表面裂紋、變形及脫落；耐火銷釘有無磨損。

(2)檢查燒嘴處有無磨損、裂紋。

(3)檢查合成氣側(cè)及環(huán)形空間處受熱面管束及連接管束有無變形、磨損、滲漏。

(4)檢查氣化爐內(nèi)、外部支撐鋼架有無變形、裂紋；檢查地腳螺栓、恒力支吊架有無變形、裂紋。

(5)檢查氣汽化爐外部筒體有無裂紋、變形、腐蝕。

(6)基礎(chǔ)沉降和垂直度(委托第三方專業(yè)人員完成)。

3.6　壁厚測定

對氣化爐筒壁、管束、接管壁厚、渣屏、Ω管、燒嘴進(jìn)行壁厚測定。

3.7　無損檢側(cè)

3.7.1超聲波檢測

對汽化爐筒體外部環(huán)焊縫20﹪比例進(jìn)行超聲波檢測；對氣化爐地腳螺栓進(jìn)行超聲波檢測。

3.7.2滲透檢測

對氣化爐外部接管角焊縫進(jìn)行滲透探傷檢測。

3.7.3抽查汽化爐水冷壁進(jìn)行金相檢測3.7.4抽查氣化爐水冷壁進(jìn)行硬度檢測

3.8　氣密試驗

氣化爐檢驗完成后，以氣化爐工作壓力進(jìn)行氣密試驗。

4　檢驗結(jié)論

檢驗完成對氣化爐安全狀況等級作出綜合評價。

5　結(jié)束語

按氣化爐介質(zhì)、工藝特點對應(yīng)承壓設(shè)備損傷模式的分類，有針對性的對各工藝段制定檢驗方案，對提高檢驗質(zhì)量，檢驗效率非常重要。