干法氣化爐檢驗策略淺析

張　楠，李　寅，劉　成

(天津渤海化工集團化工設備檢驗檢測中心站,天津　300171)

在煤制氣的化工工藝主要有以Shell的氣流床干粉氣化(干法)和GE的水煤漿氣化(濕法)。這兩種技術各有優缺點：對于GE氣化技術，其優點是設備結構簡單，工作壓力高，投資成本低，爐內操作溫度和冷煤氣效率均較低；對于Shell氣化技術，最突出的優點是操作溫度高，冷煤氣效率和炭轉化率發起人高于GE，但其氣化爐結構復雜，且完全需要進口，一次投資成本大[1]。截至2013年底Shell氣化爐國內已有19家生產企業建成或在建Shell煤制氣工藝。

1　天津渤化永利化工股份有限責任公司氣化爐的相關資料

天津渤化永利化工股份有限責任公司在用兩臺2000噸/天氣化爐，始建于2009年，建成于2011年。氣化爐總高68.9m，殼體材料為SA387Gr11C12，殼體內掛20mm厚RAM PS68 HR耐火層；爐內汽水管件材料為1.7335。單臺氣化爐每小時生產合成氣200000Nm3，使用煤種為蒙煤、同煤、貧瘦煤，每小時激冷氣體用量270000Nm3，爐內燃燒溫度1600℃，尾部合成氣體溫度350℃。合成氣化學成份見表1，氣化爐結構示意圖見圖1，氣化爐工藝流程見圖2，氣化爐各段工作參數見表2。

表1　合成氣體化學成份表

氣化爐結構如圖1。

1-噴水環+渣斗; 2-氣化爐壓力容器外殼;3-氣化傳熱面;4-急冷管 ;5-輸氣管內件;6-拱頂;7-氣體進口支管;8-氣體返回室壓力容器外殼;9-返回室傳熱面;10-蒸發段及過熱段傳熱面I; 11-保溫云撐;12-合成氣冷卻器外殼; 13-蒸發段及過熱段傳熱面II;14-恒力吊;15-合成氣冷卻器裙座

圖1氣化爐結構示意圖

圖2　氣化爐的工藝流程 表2　氣化爐各段工作參數

區域環系合成氣側汽水管道溫度/℃壓力/MPa溫度/℃壓力/MPa溫度/℃壓力/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　材質劣化

根據該氣化爐內表2所列各部溫度，按照鍋爐換熱計算經驗[3]，氣化爐主要承壓部件過熱器管壁溫最高，壁溫約為450℃。 在高溫合成氣的工況條件下，易產生滲氮、球化、石墨化、金屬粉化等損傷模式[4]。 檢驗中應對燃燒區域，過熱器區域水冷壁管做硬度、金相的理化分析。

2.2　高溫氧化

根據表1顯示氣體成份，合成氣體中無O2成份，但由于存在化學不完全燃燒，合成氣中殘余氧氣在高溫條件下有極強氧化性，應重點對合成氣溫度為1600℃的A1～A6區域進行壁厚檢測。

2.3　機械磨損

合成氣內含有大量飛灰，飛灰硬度高，往往煙氣流速最大的區域就是磨損最嚴重的地方。而氣化爐內煤粉噴嘴口處煙氣流速最高，煤粉密度高，應為磨損最嚴重的部位；應對燒嘴罩重點檢查磨損情況。

2.4　氫損傷

在合成爐內，溫度高，氫分壓達到0.83MPa，承壓殼體材質SA387Gr11C12屬于1.25Cr-0.5Mo系珠光體耐熱鋼，在小于500℃以下具有良好的高溫強度、抗氧化性、抗硫化物腐蝕性。按Nelson曲線顯示，殼體材質在500℃以下 有良好的耐氫損傷性能。可通過對殼體上耐火層有破損的地方重點檢查是否有厚度增加或鼓泡等缺陷，判斷殼體是否有氫損傷。

2.5　熱裂紋

氣化爐開、停車時溫度波動大，氣化爐殼體壁厚較厚且氣化爐殼體壁后從80mm到270mm，氣化爐殼體在開停車過程中殼體從內到外溫度梯度大，特別是殼體厚度不連續的區間，溫度差更大。因溫差產生的熱應力極易產生殼體變形和裂紋。應在殼體各不等厚焊縫內外側重點進行表面裂紋檢驗。

2.6　機械疲勞

敲擊器的原理是機械振動除灰，因此氣化爐內除灰的敲擊器是最易產生機械疲勞的內件，應對敲擊器的支座及敲擊部位附近各焊縫進行檢驗。

2.7　大型容器的沉降和垂直度

對大型容器應對基礎沉降和設備垂直度進行測量。

2.8　其他部位

除以上各項缺陷分析外，地腳螺栓也是主要承壓部件，也在全面檢驗范圍之內；同時應參鍋爐檢驗經驗對爐內積灰、結焦；內掛件的燃灰腐蝕、過熱；耐火層脫落等問題進行檢查。

3　檢驗方案編制及實施

3.1　資料審查

(1) 審查氣化爐設計圖樣、設計安裝使用說明書、強度計算書。

(2)審查汽化爐制造的產品合格證、質量證明書及出廠監檢證書和竣工圖、使用登記證。

3.2　置換清洗搭架、清洗打磨及安全措施

(1)開罐前，應用盲板可靠地隔斷介質進出口管道，并設置明顯的隔離標記。

(2)檢驗前必須切斷與汽化爐有關的電流，并設置明顯的安全標志。

(3)汽化爐內照明用電和檢驗工具用電應符合GB3805《安全用電》的規定。

(4)進入氣化爐內檢驗時，安排專人在人孔處監護，并有可靠地聯絡措施。

3.3　檢測設備和器具

超聲波測厚儀、磁粉探傷機、滲透探傷劑、TOFD探傷儀、硬度儀、金相檢測儀。

3.4　全面檢驗項目

(1)內外部宏觀檢查。

(2)壁厚測定。

(3)無損檢測。

(4)金相分析。

(5)硬度檢測。

(6)安全附件檢查。

(7)氣密試驗

3.5　內、外部宏觀檢查

(1)重點檢查合成氣側表面耐火層有無明顯表面裂紋、變形及脫落；耐火銷釘有無磨損。

(2)檢查燒嘴處有無磨損、裂紋。

(3)檢查合成氣側及環形空間處受熱面管束及連接管束有無變形、磨損、滲漏。

(4)檢查氣化爐內、外部支撐鋼架有無變形、裂紋；檢查地腳螺栓、恒力支吊架有無變形、裂紋。

(5)檢查氣汽化爐外部筒體有無裂紋、變形、腐蝕。

(6)基礎沉降和垂直度(委托第三方專業人員完成)。

3.6　壁厚測定

對氣化爐筒壁、管束、接管壁厚、渣屏、Ω管、燒嘴進行壁厚測定。

3.7　無損檢側

3.7.1超聲波檢測

對汽化爐筒體外部環焊縫20﹪比例進行超聲波檢測；對氣化爐地腳螺栓進行超聲波檢測。

3.7.2滲透檢測

對氣化爐外部接管角焊縫進行滲透探傷檢測。

3.7.3抽查汽化爐水冷壁進行金相檢測3.7.4抽查氣化爐水冷壁進行硬度檢測

3.8　氣密試驗

氣化爐檢驗完成后，以氣化爐工作壓力進行氣密試驗。

4　檢驗結論

檢驗完成對氣化爐安全狀況等級作出綜合評價。

5　結束語

按氣化爐介質、工藝特點對應承壓設備損傷模式的分類，有針對性的對各工藝段制定檢驗方案，對提高檢驗質量，檢驗效率非常重要。