干法气化炉检验策略浅析

张　楠，李　寅，刘　成

(天津渤海化工集团化工设备检验检测中心站,天津　300171)

在煤制气的化工工艺主要有以Shell的气流床干粉气化(干法)和GE的水煤浆气化(湿法)。这两种技术各有优缺点：对于GE气化技术，其优点是设备结构简单，工作压力高，投资成本低，炉内操作温度和冷煤气效率均较低；对于Shell气化技术，最突出的优点是操作温度高，冷煤气效率和炭转化率发起人高于GE，但其气化炉结构复杂，且完全需要进口，一次投资成本大[1]。截至2013年底Shell气化炉国内已有19家生产企业建成或在建Shell煤制气工艺。

1　天津渤化永利化工股份有限责任公司气化炉的相关资料

天津渤化永利化工股份有限责任公司在用两台2000吨/天气化炉，始建于2009年，建成于2011年。气化炉总高68.9m，壳体材料为SA387Gr11C12，壳体内挂20mm厚RAM PS68 HR耐火层；炉内汽水管件材料为1.7335。单台气化炉每小时生产合成气200000Nm3，使用煤种为蒙煤、同煤、贫瘦煤，每小时激冷气体用量270000Nm3，炉内燃烧温度1600℃，尾部合成气体温度350℃。合成气化学成份见表1，气化炉结构示意图见图1，气化炉工艺流程见图2，气化炉各段工作参数见表2。

表1　合成气体化学成份表

气化炉结构如图1。

1-喷水环+渣斗; 2-气化炉压力容器外壳;3-气化传热面;4-急冷管 ;5-输气管内件;6-拱顶;7-气体进口支管;8-气体返回室压力容器外壳;9-返回室传热面;10-蒸发段及过热段传热面I; 11-保温云撑;12-合成气冷却器外壳; 13-蒸发段及过热段传热面II;14-恒力吊;15-合成气冷却器裙座

图1气化炉结构示意图

图2　气化炉的工艺流程 表2　气化炉各段工作参数

区域环系合成气侧汽水管道温度/℃压力/MPa温度/℃压力/MPa温度/℃压力/MPaA1- A52303.8516003.852806.39A5- A22303.8516003.852806.39A2- A32303.8516003.852806.39A3- A42303.8516003.852806.39A4- A52303.8516003.852806.39A5- A62303.8516003.852806.39A6- A72403.859003.852806.39A7- A102503.858003.852806.39A10- A112603.857003.85280-4006.39A11- A123003.856003.85280-4006.39A12- A132903.855003.854006.39A13- A142903.854003.85280-4006.39A14- A152903.853503.852806.39

2　易生缺陷部位分析

2.1　材质劣化

根据该气化炉内表2所列各部温度，按照锅炉换热计算经验[3]，气化炉主要承压部件过热器管壁温最高，壁温约为450℃。 在高温合成气的工况条件下，易产生渗氮、球化、石墨化、金属粉化等损伤模式[4]。 检验中应对燃烧区域，过热器区域水冷壁管做硬度、金相的理化分析。

2.2　高温氧化

根据表1显示气体成份，合成气体中无O2成份，但由于存在化学不完全燃烧，合成气中残余氧气在高温条件下有极强氧化性，应重点对合成气温度为1600℃的A1～A6区域进行壁厚检测。

2.3　机械磨损

合成气内含有大量飞灰，飞灰硬度高，往往烟气流速最大的区域就是磨损最严重的地方。而气化炉内煤粉喷嘴口处烟气流速最高，煤粉密度高，应为磨损最严重的部位；应对烧嘴罩重点检查磨损情况。

2.4　氢损伤

在合成炉内，温度高，氢分压达到0.83MPa，承压壳体材质SA387Gr11C12属于1.25Cr-0.5Mo系珠光体耐热钢，在小于500℃以下具有良好的高温强度、抗氧化性、抗硫化物腐蚀性。按Nelson曲线显示，壳体材质在500℃以下 有良好的耐氢损伤性能。可通过对壳体上耐火层有破损的地方重点检查是否有厚度增加或鼓泡等缺陷，判断壳体是否有氢损伤。

2.5　热裂纹

气化炉开、停车时温度波动大，气化炉壳体壁厚较厚且气化炉壳体壁后从80mm到270mm，气化炉壳体在开停车过程中壳体从内到外温度梯度大，特别是壳体厚度不连续的区间，温度差更大。因温差产生的热应力极易产生壳体变形和裂纹。应在壳体各不等厚焊缝内外侧重点进行表面裂纹检验。

2.6　机械疲劳

敲击器的原理是机械振动除灰，因此气化炉内除灰的敲击器是最易产生机械疲劳的内件，应对敲击器的支座及敲击部位附近各焊缝进行检验。

2.7　大型容器的沉降和垂直度

对大型容器应对基础沉降和设备垂直度进行测量。

2.8　其他部位

除以上各项缺陷分析外，地脚螺栓也是主要承压部件，也在全面检验范围之内；同时应参锅炉检验经验对炉内积灰、结焦；内挂件的燃灰腐蚀、过热；耐火层脱落等问题进行检查。

3　检验方案编制及实施

3.1　资料审查

(1) 审查气化炉设计图样、设计安装使用说明书、强度计算书。

(2)审查汽化炉制造的产品合格证、质量证明书及出厂监检证书和竣工图、使用登记证。

3.2　置换清洗搭架、清洗打磨及安全措施

(1)开罐前，应用盲板可靠地隔断介质进出口管道，并设置明显的隔离标记。

(2)检验前必须切断与汽化炉有关的电流，并设置明显的安全标志。

(3)汽化炉内照明用电和检验工具用电应符合GB3805《安全用电》的规定。

(4)进入气化炉内检验时，安排专人在人孔处监护，并有可靠地联络措施。

3.3　检测设备和器具

超声波测厚仪、磁粉探伤机、渗透探伤剂、TOFD探伤仪、硬度仪、金相检测仪。

3.4　全面检验项目

(1)内外部宏观检查。

(2)壁厚测定。

(3)无损检测。

(4)金相分析。

(5)硬度检测。

(6)安全附件检查。

(7)气密试验

3.5　内、外部宏观检查

(1)重点检查合成气侧表面耐火层有无明显表面裂纹、变形及脱落；耐火销钉有无磨损。

(2)检查烧嘴处有无磨损、裂纹。

(3)检查合成气侧及环形空间处受热面管束及连接管束有无变形、磨损、渗漏。

(4)检查气化炉内、外部支撑钢架有无变形、裂纹；检查地脚螺栓、恒力支吊架有无变形、裂纹。

(5)检查气汽化炉外部筒体有无裂纹、变形、腐蚀。

(6)基础沉降和垂直度(委托第三方专业人员完成)。

3.6　壁厚测定

对气化炉筒壁、管束、接管壁厚、渣屏、Ω管、烧嘴进行壁厚测定。

3.7　无损检侧

3.7.1超声波检测

对汽化炉筒体外部环焊缝20﹪比例进行超声波检测；对气化炉地脚螺栓进行超声波检测。

3.7.2渗透检测

对气化炉外部接管角焊缝进行渗透探伤检测。

3.7.3抽查汽化炉水冷壁进行金相检测3.7.4抽查气化炉水冷壁进行硬度检测

3.8　气密试验

气化炉检验完成后，以气化炉工作压力进行气密试验。

4　检验结论

检验完成对气化炉安全状况等级作出综合评价。

5　结束语

按气化炉介质、工艺特点对应承压设备损伤模式的分类，有针对性的对各工艺段制定检验方案，对提高检验质量，检验效率非常重要。