水煤浆气化炉下降管损坏的原因及修复

李国伟

(宁夏和宁化学有限公司宁夏银川750000)



水煤浆气化炉下降管损坏的原因及修复

李国伟

(宁夏和宁化学有限公司宁夏银川750000)

水煤浆气化以GE/多元料浆技术为代表，是当今相当成熟的煤气化技术之一。在水煤浆气化炉下降管内，熔渣、高温气体与激冷水混合后向下流动，经受着高温考验，在工艺条件的限制下，下降管易发生鼓包、焊缝开裂、烧穿等事故，进而威胁安全生产，也直接影响到企业的经济效益。

1 气化炉、下降管相关参数及操作条件

水煤浆与氧气混合后在6.5 MPa，1 300 ℃条件下进行气化反应，生成含CO和H2为主的粗合成气；粗合成气与来自激冷水泵的激冷水混合后，沿下降管旋转下降进行传质、传热，粗合成气被激冷，温度降低至230 ℃后送往洗涤塔；在洗涤塔中，粗合成气与水浴及塔盘水接触进一步除尘后送至变换工段。

气化炉操作压力/设计压力为6.5/7.15 MPa；燃烧室操作温度/设计温度为1 250/1 400 ℃；容积为60 m3(燃烧室)+107 m3(激冷室)；下降管Φ1 150 mm×8 mm，高度5 402 mm，材质Incoloy 825，锯齿高度25 mm，夹角90°，与激冷环通过焊接连接。

2 下降管损坏的原因分析

下降管内高温粗合成气与激冷水进行强烈的热质交换，在工艺条件的制约下，如出现激冷水量不足、煤浆负荷过高、渣口堵塞等问题都会引起下降管损坏。激冷水量不足时，下降管所受合成气热腐蚀严重，造成下降管鼓包、变形甚至焊缝开裂；渣口堵塞严重时，会导致下降管被堵死，整根下降管可能被烧蚀脱落。因此，气化炉工艺操作的稳定、优化至关重要。

2.1 氧气量相对低导致气化炉操作波动较大

由于空分装置出现氧气供应量不足，加上气化煤浆综合负荷较高(由于煤浆泵转速流量与煤浆泵真实流量存在偏差)，导致炉温相对较低，煤在气化炉中燃烧不充分，造成短暂性的熔渣堆积，引起合成气气量波动、气化炉压力波动，而此时又没有针对性的熔渣操作(渣口堵塞较严重时才有针对性的熔渣操作)。熔渣不好易对渣口砖造成严重损坏，增大了高温粗合成气直接对激冷环、下降管的损害概率。根据捞渣机现场渣样判断，偶有大块煤渣出现且残碳相对较高印证了此观点。激冷室液位控制较高也造成了频繁带水，在整个气化炉-洗涤塔-变换水循环之间形成恶性循环。

2.2 激冷水量低对下降管的影响

气化炉在长时间运行后，由于激冷水管线内逐渐积累灰渣，使激冷水管线、激冷水过滤器、激冷环等发生堵塞和结垢，造成激冷水量降低，下降管内传质、传热失衡，粗煤气直接与下降管局部接触，增加了发生鼓包、裂纹、焊缝开裂甚至下降管穿孔的概率。从实际运行情况来看，激冷水量低制约了生产负荷。经过实际生产摸索，在保证设备安全及传热、传质平衡的前提下，激冷水量每降低8 m3/h，气化炉负荷应相应降低1 m3/h(标态)，以确保气化系统稳定运行。

2.3 渣口堵塞对下降管的影响

渣口堵塞可发生在投料后或正常运行中。投料后气化炉内温度骤升，大量熔渣在渣口处发生积累，严重时大量熔渣直接落至下降管，粘连在下降管上而导致下降管堵塞，在热蚀的作用下出现穿孔、裂纹的现象。在正常生产中，由于操作失误、煤灰熔点异常升高的情况下也会造成渣口堵塞，处理不当也会造成同样的后果。

2.4 中心氧比例不合适

中心氧设计值在12%～16%(体积分数，下同)，实际运行中因炉壁空间散热差导致炉壁温度较高，中心氧控制在15%以上，导致煤浆在燃烧室中下部燃烧，热区整体下移，增大了渣口砖所承受的热损蚀性，引起渣口砖、托砖板和激冷环损坏。在原始开车阶段，由于缺乏经验、操作不当导致激冷环和渣口砖的寿命较短，正常渣口砖寿命平均在4 500 h左右，而实际运行时间<3 000 h就出现大面积损毁，检查激冷环和下降管也有不同程度的损伤。在锁斗系统不内漏的情况下，中心氧比例较高也造成了锁斗系统温度过高、破渣机填料密封损坏的异常工况。

2.5 焊接质量不过关

下降管与激冷环采取焊接连接，施工时应制定专门的施工方案，并配备经验丰富的焊接工人作业，焊后要进行热处理及探伤，最大限度地保证焊接质量，从而满足正常生产的要求。焊接质量不过关出现的概率较低，但不排除其可能性。

3 下降管修复措施及技术要求

3.1 补焊

在出现较明显的凹坑、未烧穿的孔洞及裂纹时，一般采取补焊修复措施。首先将坏点用磨光机打磨干净，加工75°坡口后进行堆焊作业。

3.2 局部修补

局部修补应用于下降管变形不是很严重但局部稍微严重的场合，面积不能过大。具体方法是先用等离子切割机割除变形严重的区域，然后用大锤或千斤顶矫正，打磨坡口，再将曲率度与下降管相同的Incoloy 825钢板焊制在所修补处即可。

3.3 更换下降管

当下降管焊缝出现开裂或下降管多点变形严重时，可采取整体割除换新的办法，2016年4月对下降管和渣口砖采取了整体更换。停车进气化炉检查后发现，渣口砖1#和2#砖烧蚀非常严重，渣口尺寸严重偏大，激冷环护圈直接暴露在外，且70%已直接烧损，3#和4#砖已达到可更换的程度；激冷环出现裂纹，后进行了补焊处理。渣口砖局部示意见图1。

图1 渣口砖局部示意

更换下降管前先要移位破渣机，断开破渣机与气化炉法兰和锁渣阀短节法兰的连接，破渣机Φ1 900 mm大法兰作为拆装下降管的进出口；在激冷室内搭设脚手架，但中部必须留有大于Φ1 800 mm的孔以保证下降管拆装通过；激冷室顶部均布的8个托砖板筋板上共焊接2只吊耳后加挂5 t倒链，与检修桁车配合，用等离子切割机现场切割4个上支架与4个下支架，切开与激冷环的焊缝，缓慢地将已损坏的下降管移出气化炉，回装时同样共同配合，保证激冷环与下降管及上升管的同心度后焊接，焊接完成后进行100% PT检测，以达到JB/T 4730—2005 Ⅰ级为合格标准。损坏的下降管以焊缝为界割为3段后，在机加工卷板机上重新卷板，卷板后测量尺寸，在下降管内径误差<2.5 mm后重新组装备用，同时应根据下降管实际使用情况，上段和中段可以交换顺序后焊接使用。

3.4 焊接质量技术要求

3.4.1 焊材的选用

Incoloy 825是钛稳定化处理的全奥氏体镍铁铬合金，并添加了铜和钼，在氧化和还原环境下都具有抗酸和碱金属腐蚀性能。焊接Incoloy 825材质可选ENiCrMo- 3或ENiCrFe- 3焊条，根据其化学成分，本次选用ENiCrMo- 3焊条。Incoloy 825材料与相关焊材化学成分见表1。

表1 Incoloy 825材料与相关焊材化学成分 %

3.4.2 技术要求

(1)端口打磨成角度为75°的V形坡口。

(2)筒节组对时，必须保证对口错边量≤2.5 mm，垂直度偏差≤2.0 mm；筒节组对完成后，筒节总长偏差≤10 mm。

(3)手工电弧焊打底及盖面；焊条ENiCrMo- 3(Φ3.2 mm)于200 ℃下烘干，采取直流正接，电流要低，保持在90～130 A，封底层的焊接应确保焊缝根部焊透，焊接中对焊缝根部两边的熔化状况要多加注意，保证焊缝根部熔合良好，焊层之间应清理干净，确认表面无缺陷后再焊接第2层；盖面时应注意焊缝两侧不咬边，每道焊缝原则上应1次焊接完成(如发生意外情况没有一次性完成时，在封底焊后，应填充至一定的厚度以防产生裂纹)；下降管焊接后，要求对焊缝内外打磨齐平。

(4)焊缝焊完后，应对焊缝表面的咬边、突瘤进行修理，将周围的飞溅物清理干净，并进行100% PT检测，达到JB/T4730—2005 Ⅰ级为合格。

(5)检验不合格的焊缝在返修时，应先查明原因，按上述焊接技术要求返修，同一部位返修次数≤2次，否则应上报焊接技术负责人，订出具体返修方案，并编写专门的返修方案后方能再次进行返修。

4 检修后的工艺操作

经过对下降管损坏的原因分析，在今后的操作中应该更好地保护下降管，毕竟更换下降管经济损失很大。在实际生产中应该做到几点：①做好气化炉负荷与氧气之间的平衡关系，稳定操作，氧煤比控制适当，并保证系统不带水；②对中心氧比例加以摸索和调整来寻求最佳比例；③对激冷水量进行严格监控，尽可能以工艺优化和相关技术改造来实现激冷水量的稳定；④对于渣口砖，在充分论证其优缺点的情况下，可以对其砖型做适当调整，以最大限度地保护下降管及激冷环。

2016- 06- 18)