鲁奇炉内夹套腐蚀的修复施工技术

张永江

(阜新市产业技术创新推广中心(阜新市产业技术研究院)，辽宁 阜新 123000)

0 引言

鲁奇气化炉的工作原理和炉体结构决定了在工业生产过程中容易面临不同程度的腐蚀问题，内夹套受高温高压煤炭腐蚀程度严重会导致整个装置被迫停产。为了提升鲁奇气化炉的利用效率，保证工业生产的稳定运行，必须研究腐蚀修复施工技术与方法，有效解决鲁奇气化炉内夹套腐蚀问题。

1 鲁奇气化炉工作原理与炉体结构

1.1 鲁奇气化炉工作原理

鲁奇炉的工作原理较为复杂，但大体上保持一致。首先是煤炭的燃烧来产生气体，作为鲁奇炉的燃烧资源；其次是在气化炉内对煤炭燃烧产生的气体进行加压、燃烧等工艺操作，使燃烧产生的气体转化为煤气；再次是借助高压设备提高煤气的产生率，这要求鲁奇炉内部有极强的稳定性，尽可能提升鲁奇炉的高压功能；最后是鲁奇炉工作过程中炉内处于高温、高压状态，对设备稳定性和安全性要求很高，需要确保工艺的精准度，并做好安全防护工作，避免各种意外因素影响发生爆炸等事故。

1.2 鲁奇气化炉炉体结构

鲁奇炉采用双层夹套结构，呈圆筒形，由煤锁、炉体、布煤装置、炉篦、灰锁、洗涤器等设备构成。原料煤从气化炉顶部进入炉体，氧气和蒸汽由下部注入，灰渣从炉底排出，燃烧生成的气体经过洗涤器后得到粗煤气。

鲁奇炉的炉体是最为重要的组成部分，需要承受高压、高温环境，具备煤炭燃烧的净化功能，承担气化炉的主要功能[1]。除了炉体等主力设备外，鲁奇炉还有阀门、煤槽等辅助设备来保证鲁奇加压气化工艺的顺利实现。其中阀门可以控制煤气的生产和收集，煤槽便于原料煤进入炉体。这些辅助设备同样起到重要的作用，有助于提高工艺流程的效率，降低人工操作量，降低生产的成本，并改善煤气生产质量。

2 鲁奇气化炉内夹套腐蚀机理及修复方案

鲁奇炉内夹套腐蚀往往是受多种因素共同作用的结果，了解气化炉内夹套腐蚀机理，有助于针对性制定气化炉内夹套腐蚀的修复方案，有效解决内夹套腐蚀问题，维持鲁奇炉的正常运行[2]。

2.1 鲁奇气化炉内夹套腐蚀机理

在煤制气化工生产过程中，鲁奇炉的运行环境十分恶劣，高温高压环境下的原料煤会生成具有腐蚀性的气体，对气化炉内夹套造成腐蚀破坏。气化炉内夹套腐蚀是化学与物理腐蚀共同作用的结果，通常初期主要是化学腐蚀，中后期主要是物理腐蚀。由于使用的原料煤煤质不同，气化炉化学腐蚀的原因也有所差异：

第一，原料煤中含有卤化物，在燃烧过程中通过金属氯化物的形式散发，再与水蒸气等物质反应生成盐酸。高温环境下的盐酸可以对炉体铁基钢材产生化学腐蚀。

第二，原料煤中含有硫元素，在气化炉内生成硫酸盐，会在内夹套内壁金属表面形成熔盐层，破坏表面的保护性氧化物。

第三，气化炉内的高温环境会使内夹套铁基钢材中的铁元素与氧气、水蒸气反应，生成含铁氧化物，造成金属氧化腐蚀。

第四，随着化学腐蚀的加深，气化炉炉内产生的气流流动会对内夹套内壁造成冲刷腐蚀效果，形成沟槽，加快内夹套的损坏进程。

2.2 鲁奇气化炉内夹套腐蚀的修复方案

对于鲁奇炉内夹套腐蚀问题，需要针对引起内夹套腐蚀的化学和物理原因，采取有效的工程技术手段来提升内夹套的抗腐蚀能力。

化学腐蚀的原因主要在于原料煤中含有硫、氯等元素，气化炉内夹套内壁金属中含有铁元素，采取的修复方案可以从两个方面下手：

一方面是内筒等使用高性能抗腐蚀的不锈钢替换碳钢，以增强抵抗化学腐蚀的能力。

另一方面是在碳钢表面堆焊一定厚度的耐腐蚀材料，阻隔对内夹套的化学腐蚀。为了寻找适合的耐腐蚀材料，可以在气化炉内进行挂片试验，观察镍基合金、高铬镍奥氏体不锈钢、304不锈钢等材料的抗腐蚀能力，试验结果表明镍基合金和高铬镍奥氏体不锈钢均具备较为理想的抗腐蚀能力和耐高温氧化能力，可以满足鲁奇炉生产需要，其中inconel625镍基合金的技术性能和经济性综合最佳，可以作为鲁奇炉内夹套腐蚀修复的首选材料[3]。

物理腐蚀的原因主要在于原料煤的热稳定性不好，炉内布气不均匀，煤燃烧产生的粗煤气中含灰量较高。因此，采取的修复方案一方面在于增设原料煤筛分系统，提高入炉原料煤的粒径级，减少煤粉含量；另一方面要调整气化炉负荷分配，控制气流流动速率，以减轻对内夹套的冲刷腐蚀。

3 鲁奇气化炉内夹套腐蚀修复施工技术的工程应用

3.1 工程概况

某单位的煤制气项目核心装置为Mark Ⅳ型鲁奇气化炉，设计压力4.0 MPa，外壳体为13MnNiMoNbR钢，厚度60 mm；内夹套上部为20R钢材，厚度28 mm，下部为厚32 mm的15Cr MoR材质。

投产一年后，全部鲁奇炉内夹套均遭到一定程度的腐蚀，需要根据内夹套腐蚀部位和程度制定相应的修复方案。受限于气化炉内部的狭小空间，腐蚀修复施工工序繁琐，交叉作业较多，修复施工难度较大[4-6]。

3.2 修复方案

该煤制气项目中鲁奇炉使用褐煤作为原料煤，褐煤中的硫、氯元素和碱金属含量较高，煤灰中含有大量的硫酸盐等物质，气化剂布气不均匀，导致气化炉内夹套受到腐蚀。针对腐蚀穿孔的部位，更换Q245R材质的基板，并在表面堆焊3～5 mm的inconel625镍基合金；对于腐蚀变薄的部位，使用异种钢焊条补焊到厚度超过22 mm，再对表面进行喷砂处理，最后对夹套区域堆焊3～5 mm的inconel625镍基合金。

3.3 腐蚀修复施工技术的应用

第一，拆除附属设备和炉篦。拆除影响施工的工艺管道，将拆除的管道编号后分类存放；清理设备内残渣，拆除煤锁连接螺栓和法兰螺栓，将煤锁和煤溜槽吊至厂房外存放；气体分析合格后施工人员佩戴防毒面具进入炉体内部，使用磨光机去掉炉篦螺栓和螺母，将炉篦分体吊至厂房外存放。

第二，测量夹套厚度。使用超声波测厚仪测量夹套厚度，对各测点的测量数据进行收集、整理，绘制厚度分布图，确定夹套换板、补焊面积及厚度。

第三，换板。采取分块拆除的方法，对夹套进行八等分并进行标记，如果上部与下部间焊缝无法辨识，可借助便携式光谱仪确定焊缝位置并标记。在每块夹套中心线焊接吊耳，用气刨切割5 mm以上深度后，使用等离子切割机切割移除。拆除两块夹套后，组对一块复合板，焊接定位护板，后续拆除一块夹套后组对一块复合板，并确保复合板组对平齐，焊缝错边在3 mm以内。清除复合板坡口、母材表面的氧化物等杂质，将复合板预热超过80 ℃，按照先纵焊缝后环焊缝的顺序沿着同一方向施焊，焊接后检查焊缝，确保没有裂纹、飞溅等缺陷。

第四，夹套补焊。夹套腐蚀主要是均匀凹坑，可以在每个凹坑中心处向周边施焊，使用多层次补焊法逐渐扩大补焊面积。补焊前预热到150 ℃以上，先用小电流、小面积补焊，再用正常电流补焊，避免补焊造成夹套变形、烧穿。重复补焊操作，使补焊后的夹套厚度达到22 mm，最后对夹套厚度进行测量以保证补焊施工质量。

第五，换板焊缝热处理。夹套焊缝保持同步热处理，避免受热不均产生局部应力。将磁钢电加热片贴合夹套，外部使用陶瓷纤维毡保温，并采取必要的加固措施。科学设置智能控温装置，打开开关开始热处理。在热处理过程中，注意观察热电偶温度，控制焊缝热处理温度保持同步。

第六，质量检测。对于夹套换板，应检测焊缝确保没有裂缝、飞溅、咬边等问题，对焊缝两侧进行打磨，通过TOFD检测达到Ⅰ级合格标准。夹套补焊后，对补焊部位表面进行质量检测，确保无焊瘤等缺陷，通过渗透检测达到Ⅰ级合格标准。

第七，夹套喷砂处理。使用石英砂作为喷砂材料，对夹套换板外区域进行喷砂。在气化炉内搭设脚手架，由上到下进行喷砂，清理废弃石英砂，确保喷砂后表面无铁锈等杂质，有均匀的金属光泽。

第八，夹套堆焊。喷砂后进行夹套堆焊，采用MIG焊，每台气化炉使用5台自动堆焊机。使用的焊丝需要清理表面油污、铁锈，第一次堆焊使用小电流、短电弧，堆焊厚度2 mm左右。第二次堆焊用小电流多层多道焊，堆焊厚度在4 mm以上。堆焊后表面不得有裂纹等缺陷，通过渗透检测达到Ⅰ级合格标准。

第九，夹套耐压试验。耐压试验水源使用消防水，试验压力0.19 MPa。达到设计压力0.15 MPa后持续30 min，再升压至0.17 MPa后持续10 min，最后升到0.19 MPa。试验过程注意观察夹套有无异响或鼓包等异常现象。

第十，附属设备和炉篦回装。根据炉篦序号层层回装，按照煤锁、煤溜槽、工艺管道的顺序回装附属设备。

3.4 安全技术措施

鲁奇炉内夹套腐蚀修复施工工艺复杂，在受限空间内的交叉作业众多，需要加强施工过程的安全防护工作。在炉内施工之前，必须充分置换炉内空气，气体分析合格后，方可在监护人员在场情况下进行炉内施工作业。

炉内作业人员应戴好安全帽和防毒面具，高空作业应系挂安全带，并配备工具袋用来携带施工工具和焊条头等杂物。炉内照明电压不能超过36V，脚手架等金属件有良好接地，电器配备漏电保护器。炉内焊接作业时，应做好通风、透气措施，待有害气体消散后再开展后续施工[7-8]。

起重用工具、器械需要经过全面检查，严禁超负荷使用。同时，在施工过程中实行文明施工责任制，使炉内保持清洁状态，不得在炉内出现乱抛工具等现象。

3.5 修复效果

该项目采用上述施工技术和措施进行修复后，运行试验合格。正常运行一年后，检查鲁奇炉内夹套情况，在堆焊层表面未出现腐蚀现象和裂纹等缺陷，证明所采用的技术方案修复效果较为理想。

4 结语

综上所述，鲁奇炉内夹套腐蚀主要是原料煤含杂质、内夹套耐腐蚀性差等导致的化学和物理腐蚀，可以采用换板+补焊的修复方案。内夹套腐蚀的修复面临空间狭小、工序复杂等难题，需要结合煤质分析确定适合的耐腐蚀材料和技术措施，并使用渗透、超声等无损检测技术进行修复施工质量控制。

在修复施工过程中，使用自动堆焊机可提升堆焊效率，选用Inconel 625镍基合金可以满足修复质量要求，尤其要注意严格控制补焊、堆焊质量，并采取必要的安全防护措施。本文的经验可以供同类工程的腐蚀修复提供参考。在具体工程应用中还需要结合原料煤和鲁奇炉结构特点，提升施工技术的针对性和实效性。