(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

在SHELL干粉煤氣化工藝裝置中，氣化爐渣出口的灰渣需要經(jīng)過(guò)除渣工序后運(yùn)輸至儲(chǔ)存區(qū)，具體流程如下：在氣化爐燃燒段產(chǎn)生的高溫熔渣，向下流入氣化爐底部渣池進(jìn)行激冷，激冷后的大塊爐渣經(jīng)破渣機(jī)粉碎后流入渣收集器，而后定期排放至排渣罐，再排至渣脫水槽，用撈渣機(jī)撈出爐渣。渣收集器和排渣罐都是直筒加下錐體結(jié)構(gòu)的壓力容器，下錐體的結(jié)構(gòu)方便排渣。由于灰渣具有磨蝕性，所以渣收集器和排渣罐錐體下部?jī)?nèi)表面需要有效的防磨蝕措施抵抗灰渣的磨蝕，保證設(shè)備的長(zhǎng)周期、安全運(yùn)行。最常見(jiàn)的防磨蝕方法有：堆焊硬質(zhì)合金和襯雙相鋼犧牲筒。但是，由于排渣罐有時(shí)會(huì)發(fā)生帶壓排渣，且排渣速度快，故排渣罐下部的抗磨蝕堆焊層或襯層較渣收集罐更容易被磨壞，使用壽命較短，經(jīng)常需要停車維修，影響裝置的連續(xù)運(yùn)行。后來(lái)針對(duì)工程實(shí)際情況，排渣罐采用一種抗磨蝕陶瓷襯層的防磨措施。本文就以上提到的排渣罐的3種防磨蝕結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述和比較。

1 堆焊硬質(zhì)合金

工程中采用最多的是在錐體下部1m高度范圍內(nèi)的內(nèi)表面及下渣口內(nèi)表面堆焊STELLITE 6硬質(zhì)合金防磨蝕的方法，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。先在Q345R的基層板上堆焊5mm的E309Mo-16，表面檢測(cè)合格后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，經(jīng)過(guò)表面處理后再堆焊5mm厚的STELLITE 6硬質(zhì)合金，焊條牌號(hào)是EDCoCr-A03，其具體化學(xué)成分和硬度要求見(jiàn)表1。堆焊前預(yù)熱工件至350℃，而且堆焊過(guò)程中始終需要保持工件和層間的溫度在350℃左右。堆焊工作不能中斷，必須連續(xù)施焊直到完成堆焊。硬質(zhì)合金堆焊完成后，應(yīng)立即進(jìn)爐(進(jìn)爐時(shí)爐內(nèi)溫度在350℃左右)進(jìn)行620±10℃的熱處理，爐內(nèi)緩冷?？梢?jiàn)，硬質(zhì)合金的堆焊工藝要求嚴(yán)格，堆焊工作環(huán)境惡劣，焊工需要在高溫的環(huán)境下工作，而且稍不符合焊接工藝要求，就有可能造成堆焊后的硬質(zhì)合金產(chǎn)生裂紋而返工。在有的項(xiàng)目中，硬質(zhì)合金的裂紋甚至擴(kuò)展到基層材料，而導(dǎo)致錐體外殼報(bào)廢，最后只能重新購(gòu)買基層材料制作錐體，造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，也延長(zhǎng)了制造工期。而且在生產(chǎn)過(guò)程中一旦硬質(zhì)合金堆焊層被磨損，則必須將整個(gè)設(shè)備拆下返廠進(jìn)行修復(fù)，維修費(fèi)用高、耗時(shí)長(zhǎng)。

圖1 錐體下部堆焊硬質(zhì)合金耐磨蝕層

牌號(hào)堆焊金屬化學(xué)成分/%CCrWMnSiFeCo堆焊層硬度HRCEDCoCr-A-030.7～1.425～323～6≤2≤2≤5其余40～45

2 襯雙相鋼犧牲筒

襯雙相鋼犧牲筒防磨蝕的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，在覆層為S31603的復(fù)合板上襯厚度為16mm的S22253的雙相鋼板，利用S22253雙相鋼較好的耐磨性能抵抗灰渣的磨蝕，來(lái)保護(hù)錐體承壓外殼。但由于下部的渣出口內(nèi)徑小，無(wú)法襯雙相鋼內(nèi)襯，還是需要堆焊硬質(zhì)合金來(lái)抗磨蝕。采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，其制造難度較全部采用堆焊硬質(zhì)合金防磨結(jié)構(gòu)時(shí)低，制造費(fèi)用更低。在出渣口小面積堆焊硬質(zhì)合金，其堆焊工藝容易控制，堆焊質(zhì)量更容易得到保證。為了方便雙相鋼的犧牲筒被磨穿后可以在裝置現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更換，雙相鋼犧牲筒被分塊以方便從人孔進(jìn)出，具體分塊要求見(jiàn)圖3。

圖2 錐體襯雙相鋼犧牲筒

圖3 犧牲筒的分塊

雙相鋼犧牲筒理論上可以使用至少2年，但實(shí)際情況卻不盡人意，都沒(méi)有達(dá)到2年，有的只有半年左右。雖然可以在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行雙相鋼犧牲筒的更換，但由于排渣罐錐體下部直徑最小處不足300mm，操作空間狹小封閉，要求把被磨損的犧牲筒從錐殼上一塊一塊剝離下來(lái)，再一塊一塊拼焊上新的雙相鋼犧牲筒預(yù)制板，同時(shí)又不對(duì)錐體的復(fù)合板造成損傷，這些操作還是比較有難度的。

3 耐磨陶瓷襯里

耐磨陶瓷襯里的具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。將排渣罐錐體按需要防磨襯里和不需要防磨襯里分成兩部分，用法蘭將兩部分連接起來(lái)。下部需要防磨襯里部分的受壓外殼做成圓筒結(jié)構(gòu)代替錐體結(jié)構(gòu)，在圓筒內(nèi)安裝一次燒制成錐形的陶瓷防磨襯里，陶瓷襯里和受壓外殼之間用水玻璃耐酸混凝土澆注料填實(shí)以支撐陶瓷襯里；下渣口內(nèi)部也襯上耐磨陶瓷襯筒。耐磨陶瓷襯里的化學(xué)成分、機(jī)械性能和物理性能分別見(jiàn)表2和表3。

表2 耐磨陶瓷的化學(xué)成分

圖4 設(shè)備內(nèi)襯耐磨陶瓷的結(jié)構(gòu)

抗拉強(qiáng)度/MPa抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa洛氏硬度密度/(g·cm-3)線脹系數(shù)/℃耐溫/℃≥600≥480≥1583(HRC)4.09.6×10-6-50～700

設(shè)備制造廠無(wú)法完成安裝耐磨陶瓷內(nèi)襯的工作，需要外協(xié)陶瓷供貨商。設(shè)備制造廠完成設(shè)備的制造并檢驗(yàn)、試驗(yàn)合格后，將圖4中下連接法蘭及其以下的金屬部件發(fā)往相關(guān)陶瓷廠。陶瓷廠根據(jù)金屬部件的尺寸燒制耐磨陶瓷內(nèi)襯，并對(duì)陶瓷構(gòu)件進(jìn)行機(jī)加工后安裝，此過(guò)程大概需要50d左右。所以，采用耐磨陶瓷襯里的防磨結(jié)構(gòu)需要的制造周期較長(zhǎng)，但其效果良好、壽命長(zhǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，排渣罐錐體下部采取的3種防磨蝕措施中，堆焊硬質(zhì)合金的制造和維修難度最大；雙相鋼犧牲筒的制造簡(jiǎn)單，制造周期短，但使用壽命較短，雖操作空間狹小，但還是可以在裝置現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修；耐磨陶瓷襯里的使用效果很好，壽命長(zhǎng)，但制造周期長(zhǎng)。另外，在實(shí)際生產(chǎn)中，一般不可能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的防磨層被磨穿，所以排放的灰渣會(huì)繼續(xù)磨蝕排渣罐的受壓殼體，這樣會(huì)對(duì)設(shè)備造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷而威脅設(shè)備的安全，甚至?xí)斐砂踩鹿?。但?duì)于耐磨陶瓷襯里而言，情況就會(huì)好很多，即使陶瓷襯里被磨穿而裝置仍在運(yùn)行，灰渣會(huì)先磨蝕澆注料而不是馬上磨蝕設(shè)備的受壓外殼。綜合考慮后，認(rèn)為還是采用耐磨陶瓷襯里的防磨措施比較有優(yōu)勢(shì)。