水煤漿氣化爐激冷環損壞的問題分析與改造

劉立國，張曉北

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154111）

氣化爐是水煤漿加壓氣化裝置的核心設備，而激冷環是氣化爐的核心部件，氣化爐的穩定運行關系到整套氣化裝置的穩定運行。激冷環的作用是將氣化爐燃燒室出來的粗煤氣進行冷卻。粗煤氣夾帶燃燒后的灰渣，經過激冷環和下降管，被激冷水降溫洗滌除渣，然后通過水封由上升管與下降管之間的通道，到達托磚錐體后，流出氣化爐。由于激冷環的位置處于高溫區域，并且不斷的被激冷水沖刷，容易造成損壞，所以需要定期檢查、維修更換，損耗大量的人力、物力和財力。文中對氣化爐激冷環損壞的相關問題進行闡述和分析，并提出了相應的解決對策。

1 問題的提出

中海石油華鶴煤化有限公司3052 項目配備3 套水煤漿氣化爐系統，2015 年4 月開車投料運行，2016 年3 月和6 月在備爐檢修期間均檢查發現激冷環圓弧形擋水板被沖刷出孔洞（圖1），且厚度減薄。這樣激冷水就會從破損的孔洞噴出，無法在下降管內壁形成有效的保護水膜，容易使下降管損壞。更換一套激冷環和下降管的費用約為41 萬元，且工作量大，耗費大量的人力、物力及財力，且對備爐的檢修周期帶來巨大影響。

2 問題分析

2.1 激冷環的結構及工作原理

（1）主要結構。原始激冷環設計為“C 型”激冷環，主要由4 根激冷水進水總管、半圓環管擋水板、布水內環和激冷水室、連接法蘭等部件構成。結構示意圖見圖2。

圖2 原始開車激冷環結構與改造后對比示意圖

（2）工作原理。激冷環是高溫的爐渣和粗煤氣的下降通道，引導粗煤氣與爐渣的混合物同下降管下部的水充分接觸，從而完成激冷過程，與此同時，粗煤氣和爐渣氣固兩相進行分離。由于爐渣和煤氣的溫度都很高，達1100 ～1300℃，且爐渣遇水而溫度降低后容易產生粘結。來自4 條供水管的激冷水進入激冷水室，在該處形成相同的水壓，然后經圓周均勻排列的多個徑向布水孔沖擊進入半圓形布水環管，從半圓布水環管（擋水板）與下降管之間的縫隙（環隙）流下。激冷環布水孔進水方向與激冷環中心軸線有一定的角度，經布水內環折流發散，從而有效地減輕了激冷水對半圓環管的沖刷，也使得激冷水在半圓環管內旋轉流動，通過環隙后，在下降管內壁上形成旋轉向下的水膜，更有利于保護下降管。半圓環管擋水板采用整體鍛件加工，其與下降管之間環隙的控制尺寸為8mm，保證下降管內壁上水膜厚度均勻。激冷水室則是由整體鍛件加工而成。

2.2 分析

激冷環設計為Incoloy 825 材質，屬鐵級超耐熱合金鍛件，在氧化、還原的環境下都具有抗酸和堿金屬腐蝕性能。是鈦穩定化處理的全奧氏體鎳鐵鉻合金，并添加了銅和鉬。激冷環與氣化爐錐型底部采用法蘭連接的形式，其下部焊接下降管，四周對稱均勻分布4 根激冷水彎管，作為激冷水流入的通道。在使用過程中，激冷環主要的損壞表現形式有3 種：激冷環圓弧形擋水板向火面由于沖刷及腐蝕會損壞出現孔洞；激冷環孔道由于氣化黑水中夾雜固體顆粒導致堵塞；激冷環的出水環隙變形，最后導致堵塞。

激冷環圓弧形擋水板的向火面出現孔洞，是由于激冷環向火面承受著氣化爐運行時生產的高溫粗煤氣的直接沖刷，同時內壁還承受著介質的高溫和激冷水的沖刷，加之煤氣中含有H2S 腐蝕作用，以及激冷環布水孔的堵塞，激冷水就會分布不均及流向改變，某些部位就會產生沖蝕孔洞。激冷環內部孔道的堵塞現象也比較常見，主要是由于介質中所含大量的固體顆粒進入孔道所造成。設計時都會在激冷水進入氣化爐之前，安裝激冷水過濾器對其進行過濾，濾網孔的直徑通常為6mm，激冷環噴水孔通常為8mm，通常情況下按照孔徑來看是否會堵塞激冷環孔道，但是由于介質中大量的細小顆粒會在管道內壁長時間積累結垢，使孔道變小以及結垢，其脫落就會堵塞噴水孔。環縫變形的主要原因是在熱應力的長期作用下，金屬材料會發生變形，從而使部分位置的環縫變小而發生堵塞。

由于激冷環補水管或環隙堵塞，或檔水板出現孔洞，導致下降管內壁水量不足，水膜形成不完整，從而使下降管被保溫粗煤氣與渣直接沖刷，導致變形損壞。

3 處理措施

針對以上分析，對激冷環的結構采取以下改進措施。

3.1 擋水板改造

原激冷環擋水板由于現場擋水板受損比較嚴重，沖蝕出的孔洞較多，且整體厚度變薄，應對擋水板進行更換，并且將原設計的C 形擋水板結構進行改進，改為方形擋水板，同時保證內部水通道的型面，并保證擋水板的厚度最薄處不小于12mm，激冷環擋水板采用INCOLOY825 整體鍛件加工而成，具體形式見圖3。

圖3 激冷環擋水板改造前后對比

改造后，可有效增加激冷環擋水板的耐沖刷性能，大大增加激冷環的使用壽命。

3.2 增加清洗孔

由于每次檢修高壓水槍，對于激冷環內部流道的清洗可能存在死角或清洗不充分，所以對原激冷環的4個進水孔的中間位置，均增加4 個清洗口，防止內部流道堵塞使激冷水分布不均。清洗口規格采用2 寸法蘭蓋，采用MFM 面，纏繞墊密封D0220，并對開孔位置進行補強，具體形式見圖4。改造后，可保證激冷環內部流道的高壓清洗更充分、更徹底，保證內部通道的流暢，有效防止堵塞和急冷水分布不均的狀況。

3.3 清洗孔絲堵加長

由于原激冷環設計周邊的絲堵較短，且在凹槽內被堅硬的灰渣掩蓋，每次檢修時拆卸困難，耗費大量時間，此處改造為加長的新型絲堵，絲堵采用316L 材料，如圖5 所示。

圖4 激冷環均布增加4 個清洗孔

圖5 激冷環絲堵改造

改造后，絲堵的拆裝較為方便、快捷，省時省力，大大提高工作效率，縮短檢修時間。

4 結語

目前中海石油華鶴煤化有限公司3 臺氣化爐共6 臺激冷環，已改造完成5 臺，并在備爐期間對前期改造過的運行2 年多的激冷環進行了檢查和檢測，外觀完好，厚度無明顯變化。通過1 年多的實際運行來看，達到了改造目的，為公司生產運行“安、穩、長、滿、優”提供了有力保證，每臺激冷環的改造費用僅4.5 萬元，用小投入換來了大效益，而且可以節省拆裝更換激冷環及下降管的8 天檢修時間和工作量，為公司節約成本，保證設備長周期穩定運行，取得理想的成效。