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        水煤漿氣化爐激冷環(huán)損壞的問題分析與改造

        2019-01-26 05:25:06劉立國張曉北
        中國設(shè)備工程 2018年24期
        關(guān)鍵詞:環(huán)隙氣化爐爐渣

        劉立國,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)定運行關(guān)系到整套氣化裝置的穩(wěn)定運行。激冷環(huán)的作用是將氣化爐燃燒室出來的粗煤氣進行冷卻。粗煤氣夾帶燃燒后的灰渣,經(jīng)過激冷環(huán)和下降管,被激冷水降溫洗滌除渣,然后通過水封由上升管與下降管之間的通道,到達托磚錐體后,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、物力和財力。文中對氣化爐激冷環(huán)損壞的相關(guān)問題進行闡述和分析,并提出了相應(yīng)的解決對策。

        1 問題的提出

        中海石油華鶴煤化有限公司3052 項目配備3 套水煤漿氣化爐系統(tǒng),2015 年4 月開車投料運行,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。這樣激冷水就會從破損的孔洞噴出,無法在下降管內(nèi)壁形成有效的保護水膜,容易使下降管損壞。更換一套激冷環(huán)和下降管的費用約為41 萬元,且工作量大,耗費大量的人力、物力及財力,且對備爐的檢修周期帶來巨大影響。

        2 問題分析

        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)計為“C 型”激冷環(huán),主要由4 根激冷水進水總管、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,從而完成激冷過程,與此同時,粗煤氣和爐渣氣固兩相進行分離。由于爐渣和煤氣的溫度都很高,達1100 ~1300℃,且爐渣遇水而溫度降低后容易產(chǎn)生粘結(jié)。來自4 條供水管的激冷水進入激冷水室,在該處形成相同的水壓,然后經(jīng)圓周均勻排列的多個徑向布水孔沖擊進入半圓形布水環(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,通過環(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)計為Incoloy 825 材質(zhì),屬鐵級超耐熱合金鍛件,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致堵塞;激冷環(huán)的出水環(huán)隙變形,最后導致堵塞。

        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行時生產(chǎn)的高溫粗煤氣的直接沖刷,同時內(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,激冷水就會分布不均及流向改變,某些部位就會產(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入孔道所造成。設(shè)計時都會在激冷水進入氣化爐之前,安裝激冷水過濾器對其進行過濾,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看是否會堵塞激冷環(huán)孔道,但是由于介質(zhì)中大量的細小顆粒會在管道內(nèi)壁長時間積累結(jié)垢,使孔道變小以及結(jié)垢,其脫落就會堵塞噴水孔。環(huán)縫變形的主要原因是在熱應(yīng)力的長期作用下,金屬材料會發(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)補水管或環(huán)隙堵塞,或檔水板出現(xiàn)孔洞,導致下降管內(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,導致變形損壞。

        3 處理措施

        針對以上分析,對激冷環(huán)的結(jié)構(gòu)采取以下改進措施。

        3.1 擋水板改造

        原激冷環(huán)擋水板由于現(xiàn)場擋水板受損比較嚴重,沖蝕出的孔洞較多,且整體厚度變薄,應(yīng)對擋水板進行更換,并且將原設(shè)計的C 形擋水板結(jié)構(gòu)進行改進,改為方形擋水板,同時保證內(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,所以對原激冷環(huán)的4個進水孔的中間位置,均增加4 個清洗口,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,并對開孔位置進行補強,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

        由于原激冷環(huán)設(shè)計周邊的絲堵較短,且在凹槽內(nèi)被堅硬的灰渣掩蓋,每次檢修時拆卸困難,耗費大量時間,此處改造為加長的新型絲堵,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,省時省力,大大提高工作效率,縮短檢修時間。

        4 結(jié)語

        目前中海石油華鶴煤化有限公司3 臺氣化爐共6 臺激冷環(huán),已改造完成5 臺,并在備爐期間對前期改造過的運行2 年多的激冷環(huán)進行了檢查和檢測,外觀完好,厚度無明顯變化。通過1 年多的實際運行來看,達到了改造目的,為公司生產(chǎn)運行“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”提供了有力保證,每臺激冷環(huán)的改造費用僅4.5 萬元,用小投入換來了大效益,而且可以節(jié)省拆裝更換激冷環(huán)及下降管的8 天檢修時間和工作量,為公司節(jié)約成本,保證設(shè)備長周期穩(wěn)定運行,取得理想的成效。

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