殼牌氣化爐開車運(yùn)行常見問題及處理研究

任智威

（廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037001）

0 引言

殼牌氣化爐是基于氣流床氣化工藝進(jìn)行的一類設(shè)備，主要通過粉煤氣化工藝，將粉煤與氧氣/蒸汽混合物并流噴入氣化爐，并在高溫高壓環(huán)境中瞬間進(jìn)行反應(yīng)以得到最終氣體產(chǎn)物[1]。因這種氣化爐在性能指標(biāo)上較為優(yōu)異，當(dāng)前已為煤化工企業(yè)所廣泛采用。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，受到各種因素影響，殼牌氣化爐也難免出現(xiàn)一些問題，為有效解決這些問題，避免其對(duì)生產(chǎn)造成影響，仍需要對(duì)相關(guān)內(nèi)容做進(jìn)一步探究。

1 案例概況

某煤化工企業(yè)于2019 年引入SCGP（殼牌煤氣化）工藝進(jìn)行生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)能，該企業(yè)采用穩(wěn)定煤源進(jìn)行配煤，并將氣化爐負(fù)荷提升至100%運(yùn)行。在以上條件下，該企業(yè)所應(yīng)用的殼牌氣化爐的運(yùn)轉(zhuǎn)率和長(zhǎng)周期運(yùn)行時(shí)間均得到大幅提升，2020—2021 年的運(yùn)行數(shù)據(jù)情況見表1。

表1 殼牌氣化爐2020—2021 年運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

從表1 中的數(shù)據(jù)可見，該企業(yè)的殼牌氣化爐運(yùn)行情況整體向好發(fā)展。但在實(shí)際開車運(yùn)行過程中，部分問題仍未得到顯著解決，這些問題仍造成了殼牌氣化爐的停車問題。對(duì)此，企業(yè)技術(shù)人員針對(duì)存在問題作更為深入的研究，以尋求解決問題的有效途徑。

2 主要問題及原因分析

2.1 激冷口盤管損壞問題

該企業(yè)應(yīng)用的殼牌氣化爐中，激冷口盤管由2 根規(guī)格為Φ38 mm×7.1 mm，材質(zhì)為1.7335 的管子繞成7 圈而組成，管子之間采用1.7335 材質(zhì)的圓鋼進(jìn)行填充和密封焊接，并配備耐磨層。該結(jié)構(gòu)的主要作用是，將冷卻過濾后的合成氣與反應(yīng)段頂部的高溫合成氣混合，使溫度調(diào)整至900 ℃，同時(shí)配置高壓氮?dú)鈬姶倒埽猿饣纬隹趨^(qū)域積聚的灰渣[2]。該結(jié)構(gòu)的整體示意圖如圖1 所示。

圖1 激冷口盤管示意圖

近期，在該模塊的實(shí)際運(yùn)行過程中，工作人員經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，激冷口盤管表面磨損較為嚴(yán)重，初步推斷，其主要原因是激冷口盤管材料長(zhǎng)期在高溫和粉粒條件下工作，且溫度變化較為劇烈。當(dāng)溫度變化時(shí)，材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力，且該應(yīng)力值反復(fù)變化，使材料受到疲勞損傷而產(chǎn)生較為嚴(yán)重的損害。

2.2 清灰振打裝置故障問題

在某次氣化爐運(yùn)行過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)合成氣出口溫度異常偏高。為避免安全問題的擴(kuò)大，工作人員停止氣化爐運(yùn)行，并對(duì)氣化爐中用于清灰的振打裝置進(jìn)行全面檢查。初步檢查后發(fā)現(xiàn)，在端部凸臺(tái)根部位置，出現(xiàn)活塞桿斷裂問題。就此推斷，造成這種斷裂問題的主要原因是，該區(qū)域的應(yīng)力集中問題較為突出，在運(yùn)行過程中峰值應(yīng)力相對(duì)較高，加之露點(diǎn)腐蝕在表面形成微小的腐蝕小凹坑，加速形成疲勞裂紋和表面裂紋[3]。在此基礎(chǔ)上，受到長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)振打，撞桿與導(dǎo)向套之間的磨損也會(huì)造成活塞桿與撞桿之間的傾斜，最終導(dǎo)致活塞桿強(qiáng)度下降而斷裂失效。

2.3 燒嘴和燒嘴罩故障問題

在近年來的殼牌氣化爐運(yùn)行過程中，燒嘴和燒嘴罩故障問題也時(shí)常發(fā)生。在發(fā)生此類故障時(shí)，工作人員立刻進(jìn)行停機(jī)檢查，而后發(fā)現(xiàn)高壓燒嘴冷卻水出現(xiàn)明顯泄漏，部分冷卻水進(jìn)入到氣化爐內(nèi)，導(dǎo)致氣化爐無法正常運(yùn)行[4-5]。造成這種情況的主要原因是，煤線速度計(jì)和密度計(jì)的量程過高，導(dǎo)致其精確度不足，煤粉流量偏高，引發(fā)氣化爐溫度偏高，最終導(dǎo)致燒嘴因高溫影響而破損。而在燒嘴罩故障問題發(fā)生時(shí)，其主要表現(xiàn)是煤粉線速度偏低，導(dǎo)致燒嘴罩出現(xiàn)破損（圖2）。

圖2 燒嘴罩故障問題

3 處理方案

3.1 激冷口盤管的處理措施

為有效解決激冷口盤管的故障問題，工作人員著手進(jìn)行損壞盤管的修補(bǔ)工作，修補(bǔ)工作主要分為以下幾個(gè)步驟。

1）坡口表面清理：此環(huán)節(jié)首先應(yīng)用手工方法清除灰塵，而后采用角向磨光機(jī)，對(duì)坡口表面的氧化皮等雜質(zhì)進(jìn)行打磨，打磨至露出金屬光澤為止（如圖3 所示），而后對(duì)坡口表面做100%PT 檢測(cè)，確定無裂紋和其他缺陷后進(jìn)行焊接。

圖3 坡口表面清理

2）在確定可進(jìn)行焊接后，首先針對(duì)待焊表面及周圍100 mm 范圍內(nèi)進(jìn)行均勻預(yù)熱，預(yù)熱溫度設(shè)置為150 ℃，保持恒溫10 min 后開始進(jìn)行焊接，焊接參數(shù)如表2 所示。

表2 焊接參數(shù)

在焊接完成且檢查無誤后，損壞盤管即得到有效修復(fù)。在本次工作中，對(duì)修復(fù)后的損壞盤管檢查后發(fā)現(xiàn)，檢修后試漏一次成功，且不存在明顯的磨蝕問題（如圖4 所示），證明本次損壞盤管修復(fù)取得了預(yù)期效果。

圖4 修補(bǔ)完成后的盤管

3.2 振打裝置故障的處理措施

針對(duì)本次出現(xiàn)的振打器活塞桿斷裂失效問題，經(jīng)過分析后，技術(shù)人員從以下幾方面的角度著手予以處理：首先是更換新的振打器活塞桿，同時(shí)考慮到力學(xué)強(qiáng)度上的需要，嚴(yán)格控制振打裝置活塞桿的表面硬度HRC 在60 左右，并將新活塞桿表面粗糙度控制在0.4 μm 左右，同時(shí)對(duì)活塞桿端部凸臺(tái)根部加工為圓角結(jié)構(gòu)，以降低摩擦沖擊。其次是對(duì)工藝操作予以嚴(yán)格控制，在工藝運(yùn)行正常的情況下，振打器大循環(huán)周期控制為20～30 min，每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，每臺(tái)振打器的敲擊次數(shù)控制為2 次。再次，針對(duì)露點(diǎn)腐蝕帶來的振打器活塞桿腐蝕問題，工作人員增設(shè)預(yù)熱裝置，在密封氣進(jìn)入振打器前，對(duì)密封氣進(jìn)行預(yù)熱，確保密封氣體溫度大于250 ℃，通過這種方式，以往高溫水蒸氣結(jié)凝問題得到有效解決，從而在最大程度上降低了發(fā)生露點(diǎn)腐蝕的概率。

3.3 燒嘴和燒嘴罩故障問題的處理措施

為避免燒嘴和燒嘴罩出現(xiàn)類似故障問題，工作人員通過以下幾方面的措施進(jìn)行處理：

1）針對(duì)已出現(xiàn)損壞現(xiàn)象的燒嘴和燒嘴罩，全部更換為新的器件；

2）對(duì)測(cè)量煤線的速度計(jì)和密度計(jì)進(jìn)行更換，確保其量程與實(shí)際情況相契合，并對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行多次標(biāo)定，以達(dá)到準(zhǔn)確要求；

3）考慮到氣化爐內(nèi)操作壓力為4.0 MPa，因此對(duì)燒嘴的煤粉速度進(jìn)行調(diào)整，將其速度全部提高到8.0 m/s。通過采取以上措施后，在后期的運(yùn)行中，燒嘴和燒嘴罩運(yùn)行情況較優(yōu)，未出現(xiàn)較為明顯的故障問題。

4 結(jié)語(yǔ)

整體來看，在本次研究中，結(jié)合殼牌氣化爐開車運(yùn)行過程中的一些常見問題，對(duì)這些問題的具體情況和引發(fā)這些問題的具體原因進(jìn)行了分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出了針對(duì)性的處理措施。從實(shí)際效果來看，以上處理措施均有效解決了對(duì)應(yīng)問題，證明這些處理措施的效果較為優(yōu)異，能夠?yàn)楹罄m(xù)的相關(guān)工作提供借鑒參考。在今后的工作中，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)殼牌氣化爐更多細(xì)節(jié)的研究，并在日常維護(hù)保養(yǎng)等工作上予以更多重視，以此降低殼牌氣化爐開車運(yùn)行問題的出現(xiàn)概率。