水煤漿氣化爐激冷環(huán)損壞的問題分析與改造

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)損壞的相關問題進行闡述和分析，并提出了相應的解決對策。

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)的結構及工作原理

（1）主要結構。原始激冷環(huán)設計為“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、布水內環(huán)和激冷水室、連接法蘭等部件構成。結構示意圖見圖2。

圖2 原始開車激冷環(huán)結構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。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)管內旋轉流動，通過環(huán)隙后，在下降管內壁上形成旋轉向下的水膜，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)設計為Incoloy 825 材質，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，同時內壁還承受著介質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)內部孔道的堵塞現(xiàn)象也比較常見，主要是由于介質中所含大量的固體顆粒進入孔道所造成。設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，但是由于介質中大量的細小顆粒會在管道內壁長時間積累結垢，使孔道變小以及結垢，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)的結構采取以下改進措施。

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，應對擋水板進行更換，并且將原設計的C 形擋水板結構進行改進，改為方形擋水板，同時保證內部水通道的型面，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)內部流道的高壓清洗更充分、更徹底，保證內部通道的流暢，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)設計周邊的絲堵較短，且在凹槽內被堅硬的灰渣掩蓋，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，保證設備長周期穩(wěn)定運行，取得理想的成效。