氣化裝置余熱鍋爐火管段改造方案

祝劍鋒

(陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

前 言

余熱鍋爐作為近幾年我國工業生產過程中比較常見的設備組成之一，是能夠將我國實際工業生產過程中產生的廢棄物進行二次利用，將這些廢棄物(如廢氣、廢料等)進行燃燒后夠產生熱量的工業鍋爐[1]。近幾年，隨著我國工業研究者對余熱鍋爐研究的推進，越來越多的余熱鍋爐出現在日常的工業生產環節，如何通過氣化裝置的應用對這一部分余熱鍋爐火管段進行改造就成為了現階段鍋爐研究者們關注的核心問題。由此，本文對我國某一綜合能源公司的工業生產過程中有關“氣化技術制備甲醇”項目中涉及的余熱鍋爐問題進行闡述研究，以期解決這一項目鍋爐運行過程中常見的問題同時探究這一余熱鍋爐火管段的改造方案。

1 造成企業余熱鍋爐運行故障的原因

1.1 研究背景

為了更好地對這一問題進行研究，選取我國某綜合能源公司的實際情況為例進行闡述研究。通過對該工業企業的基礎信息調查可以發現，就該企業作為研究目標的項目中囊括了氣化裝置4臺余熱鍋爐，該裝置自2015年出現了不同程度集中于余熱鍋爐管板斜上方區域的換熱管與管板接口連接以及泄露等故障問題，影響了這一設備在實際工業生產中的有效應用。

1.2 造成余熱鍋運行故障的原因

通過對該公司的余熱鍋爐管板與換熱管接口問題進行普查研究發現，其泄露的區域大都位于管板中位置相對更高的一側[2]，所以，通過對這一問題的技術調研，認為造成這一故障的主要原因主要源自下述幾個方面：

首先，火管段管道排布的因素造成的連接以及泄露的問題。如，當火管段管道排布呈現出比較明顯的“非對稱”狀態時，很容易使高溫煤氣在進入管道后出現偏墜，影響局部換熱管出現溫差，從而導致出現后續的運行問題。

其次，因為設備氣壓過高引發火管段區域超溫造成形變而引發的故障問題。如，在這一余熱鍋爐實際運行過程中，因為設備中蒸汽的比容會相對比較小，繼而就會在一定程度上影響火管段中汽水混合溶液的上升速率，引發后續火管段局部溫度超標等問題。

第三，布管區域受應力影響而造成的故障問題。這一問題也是實際余熱鍋爐運行過程中比較常見引發火管段連接故障的主要影響因素，造成這一情況的原因大都源于管板外側所需要承受的剛度更高且應力更大原因造成的。

上述三種原因的存在都很容導致氣化裝置余熱鍋爐在運行過程中火管段出現各種各樣的質量問題，引發后續火熱管中換熱管與管板接口之間的連接以及泄露的問題。

1.3 氣化裝置余熱鍋爐火管段改造的初期設想

在明確了造成氣化裝置余熱鍋爐火管段原因的基礎上，該企業便針對這一余熱鍋爐設備火管段進行了一定的改良、優化，一方面，將原有的上、下管板改成了能夠吸收更多膨脹熱的“下沉式”管板方案，同時也在一定程度上降低了火管段管板在運行中的溫度。雖然這一模式在一定程度上獲得了改造的效果，但是，在運行了一段時間后，發現在這一改造模式下的余熱鍋爐仍舊存在一定程度的火管段連接、泄露問題。

2 氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造方案

通過對上述余熱鍋爐火管段運行故障原因的分析，認為在以后的余熱鍋爐應用過程中，如果想要提升這一設備應用的效果，優化整體余熱鍋爐的運行條件就可以通過下述三個方案予以針對性的改造、優化，以此實現對工業生產中這一氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造目標。

2.1 改造方案一

方案一認為對氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造，其本質目標是為了降低火管段的實際程度，通過優化管壁的強度、韌性同時最大程度上優化換熱管在后續設備運行中的使用效果。由此，結合以往研究經驗，認為可以通過將48 mm×4 mm的換熱管替換為38 mm×4 mm的換熱管，通過縮短換熱管直徑的方式降低后續設備運行過程中高溫煤氣的進氣量，以此降低管壁的問題，實現對氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造目標。與此同時，就這一方案中，還可以在原有火管段的改造中適量增加“內導流套筒”，以此實現對氣化裝置余熱鍋爐火管段的進一步優化。

2.2 改造方案二

在對氣化裝置余熱鍋爐火管段進行換管改造的基礎上，選擇在已經完成換管改造的第2/3號設備在換管操作的基礎上適量地提升設備管板底部區域汽水混合物的流動速率，以此通過這一方案的應用能夠在一定程度上減少管板頂部蒸汽的淤積，降低管板的問題。與此同時，在這一改造方案中，在上述改造的基礎上在管板上部區域設計了一個“內導流包殼”，希望通過這一設備的應用能夠在一定程度上提升火管段中汽水混合物循環的阻力，實現預期對氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造目標。

2.3 改造方案三

在上述基礎改造方案的基礎上，近幾年越來越多的技術人員希望應用新的“蒸發裝置”來代替原有的火管段，就新的蒸發裝置來說，這一裝置能夠最大程度地降低設備運行過程中可能產生的破壞性應力，從而幫助實現這一設備的良好運行。

2.4 改造方案的效果分析

通過對實際工業生產中上述三種改造方案的設計和實踐，經由90 d的試運行后，可以發現其方案改造效果如下：

方案一的應用效果在應用的初期階段能夠在一定程度上實現這一改造方案的應用目標，但是，隨著時間的推移，自87 d之后技術人員在換熱管與管板的銜接處上管板中發現了均勻分布的裂紋，下管板中雖然沒有肉眼可及的裂縫，但是，其中存在3處比較明顯的“沙眼”，同時伴隨部分管道堵塞的問題。

分別對方案一、二、三在實際氣化裝置余熱鍋爐火管段改造中的應用效果計算可以發現，其計算結果如表1所示。

表1 不同改造方案背景下氣化裝置余熱鍋爐火管段的運行參數

3 結語

綜上所述，通過上述有關氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造研究可以發現，在以后的氣化裝置余熱鍋爐火管段改造過程中，如果無法針對原有設備中火管段中蒸發區域的斷面進行明顯的優化就很難實現預期的設備改造目標，所以，在以后的氣化裝置余熱鍋爐火管段改造過程中，技術人員應延續上述三個方面進行更加深入的研究，從而對實際設備運行中更多可能影響設備改造的因素進行評估、驗證，以此確保后續氣化裝置余熱鍋爐火管段改造的效果。