魯奇氣化爐灰箱、煤箱下閥泄漏的原因分析及技術(shù)改造

周學(xué)東

(云南解化清潔能源開發(fā)有限公司解化化工分公司，云南開遠(yuǎn) 661600)

云南解化清潔能源開發(fā)有限公司解化化工分公司使用的魯奇氣化爐是20世紀(jì)30年代的第一代爐型，于1965年開始建設(shè)，1971年后整個(gè)系統(tǒng)先后陸續(xù)試車，1974年正式投產(chǎn)，隨后又陸續(xù)安裝氣化爐共16臺(tái)，后來化學(xué)工業(yè)第二設(shè)計(jì)院對其進(jìn)行過一次較大的技術(shù)改造，但運(yùn)行過程中仍有一些不合理的地方有待改進(jìn)。其中，閥芯和閥座的密封性能直接影響到氣化爐長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

單臺(tái)氣化爐原設(shè)計(jì)粗煤氣生產(chǎn)體積流量為7 500 m3/h，原始開車采用火把點(diǎn)火、空氣升溫操作技術(shù)，煤箱下閥閥座原采用4塊壓塊固定，而灰箱下閥座原采用橡皮圈密封。1995年，氣化爐點(diǎn)火方式改用蒸汽升溫、氧氣點(diǎn)火，優(yōu)化了點(diǎn)火升溫操作工藝，并提高工作效率。

2015年和2019年，分別對煤箱下閥閥座和灰箱下閥閥座進(jìn)行改造，有效提高了氣化爐運(yùn)行周期和安全性能，并完成了夾套蒸汽回收改造工作，蒸汽流量、氧氣流量、汽包液位操作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，加煤程序?qū)崿F(xiàn)了自動(dòng)化。完成氣化爐蒸汽流量低聯(lián)鎖、超壓聯(lián)鎖、灰頸溫度高聯(lián)鎖、夾套與爐內(nèi)壓差高聯(lián)鎖、急停聯(lián)鎖等多項(xiàng)安全控制措施，有效保障了氣化爐的安全生產(chǎn)。在利用二氧化碳代替部分水蒸氣的氣化技術(shù)中，有了較大提升，單爐加燒二氧化碳體積流量為600～800 m3/h，總體積流量最高達(dá)到10 000 m3/h，粗煤氣一氧化碳體積分?jǐn)?shù)由11%～15%上升到18%～19%，運(yùn)行工況正常，不但節(jié)省部分水蒸氣，而且減少了污水處理量和生產(chǎn)成本。

通過對魯奇氣化爐的灰箱和煤箱下閥使用情況進(jìn)行了分析和總結(jié)，以及針對如何提高裝置的長周期運(yùn)行，提出改進(jìn)措施。

1 灰箱

1.1 工作原理

灰箱是一個(gè)壓力容器，氣化爐正常運(yùn)行時(shí)，在關(guān)閉灰箱充/卸壓閥、灰箱下閥、下灰自動(dòng)閥的情況下，煤氣化產(chǎn)生的煤灰渣由爐條機(jī)帶動(dòng)氣化爐灰盤排入灰箱，此時(shí)灰箱壓力為2.4 MPa，溫度為400 ℃左右，2 h后灰箱裝滿，停氣化爐爐條機(jī)，關(guān)閉灰箱上閥，打開灰箱卸壓閥，灰箱卸壓至常壓時(shí)關(guān)閉卸壓閥，打開灰箱下閥、下灰高壓水自動(dòng)閥,待爐灰排完后，關(guān)閉灰箱下閥、下灰高壓水自動(dòng)閥，打開充壓閥用中壓蒸汽充壓，當(dāng)壓力升至與爐內(nèi)壓力平衡時(shí)，關(guān)閉充壓閥，打開灰箱上閥，啟動(dòng)爐條機(jī)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)工作。制造灰箱時(shí)廠家為了減少灰渣對灰箱內(nèi)壁的磨損和腐蝕，在灰箱內(nèi)壁加焊一層耐高溫、耐腐蝕的材料[1]。

1.2 灰箱下閥存在的問題

近幾年來，由于裝置的改造，使氣化爐的生產(chǎn)負(fù)荷增加；同時(shí)，原料煤質(zhì)較差、灰分含量高、石塊較多，使得氣化爐的排灰等工藝操作時(shí)間縮短，閥芯動(dòng)作頻繁，灰渣等磨損和沖刷加劇而導(dǎo)致內(nèi)漏，造成灰箱下閥內(nèi)漏導(dǎo)致停車。

灰箱下閥原設(shè)計(jì)小閥座材質(zhì)為丁晴橡膠(橡皮圈)，設(shè)計(jì)工作溫度為400 ℃，灰箱工作壓力為2.3 MPa,介質(zhì)為灰渣和蒸汽，原閥芯材質(zhì)為45#，灰箱下閥閥體與大閥座之間由法蘭連接，僅有4顆M36螺栓，若有1顆螺栓出現(xiàn)異常或檢修人員在更換橡皮圈過程中有1顆螺栓絲牙未帶滿，都會(huì)發(fā)生泄漏，易引起著火爆炸事故，且橡皮圈老化較快，如果遇到橡皮圈突然損壞，就會(huì)有大量灰渣和蒸汽噴出，容易引起著火事故。改造前灰箱下閥結(jié)構(gòu)見圖1。

1—閥桿；2—閥芯；3—橡皮圈；4—螺母。

1.3 改造措施

對原來灰箱下閥經(jīng)常被沖刷、易損壞的部位進(jìn)行改造，將原來的橡皮圈改為硬質(zhì)合金材料，閥芯和閥座材質(zhì)都選用20MnMo堆焊。硬質(zhì)合金耐磨、耐沖刷性能好，抗沖擊力強(qiáng),具有高的熱強(qiáng)度和良好的高溫性能，無熱脆性，可在600 ℃以下使用[2]。用不銹鋼壓環(huán)連接在閥體和閥座中間，上面與閥體焊接在一起，下面壓緊閥座。采用R412焊條，焊前預(yù)熱溫度為200～250 ℃，焊接過程中溫度不得低于預(yù)熱溫度，并盡可能一次焊完，焊后采取保溫措施緩冷[3]。閥體與大閥座法蘭連接螺栓由原設(shè)計(jì)的4顆增加至12顆，運(yùn)行周期及密封安全性能得到明顯提高，還消除了容易著火泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，提高了使用周期。改造后灰箱下閥結(jié)構(gòu)見圖2。

1—閥桿；2—閥芯；3—不銹鋼壓環(huán)；4—閥座。

通過更換閥芯、閥座的材質(zhì)，可以提高灰箱下閥的關(guān)閉速度，增大關(guān)閉時(shí)產(chǎn)生的沖擊力，可以將閥芯和閥座間存在的灰渣壓碎,進(jìn)而關(guān)嚴(yán)灰箱下閥。灰箱下閥關(guān)閉時(shí)，應(yīng)多次試關(guān)，并應(yīng)聽到清脆的金屬撞擊聲[4]。改造后，延長了下閥的使用壽命，減少了因?yàn)橄麻y內(nèi)漏造成氣化爐停車的被動(dòng)局面；減少了計(jì)劃外檢修，也節(jié)約了成本，為生產(chǎn)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 煤箱

2.1 工作原理

煤箱是一個(gè)壓力容器，煤箱一個(gè)加煤循環(huán)約30 min，氣化爐正常運(yùn)行時(shí)，在關(guān)閉煤箱充/卸壓閥、煤箱下閥的情況下，煤箱內(nèi)壓力為常壓，煤經(jīng)煤倉溜槽、插板閥、煤箱上閥進(jìn)入煤箱，當(dāng)往爐內(nèi)加滿煤后，關(guān)閉煤箱上閥，打開煤箱充壓閥，利用氣化爐自產(chǎn)煤氣充壓，通過現(xiàn)場壓力表顯示煤箱壓力與爐內(nèi)壓力平衡時(shí)(壓力為2.4 MPa、溫度為100 ℃)，打開煤箱下閥，煤靠重力加到爐膛內(nèi)。當(dāng)煤加完后關(guān)閉煤箱下閥，打開煤箱卸壓閥卸壓，當(dāng)煤箱卸壓至常壓時(shí)，關(guān)閉卸壓閥，重新加煤進(jìn)入下一個(gè)加煤循環(huán)[1]。

2.2 煤箱下閥存在的問題

(1)氣化爐煤箱下閥在加煤過程中經(jīng)常出現(xiàn)卡塞現(xiàn)象，尤其是煤質(zhì)發(fā)生變化、煤塊粒度加大時(shí)，卡塞現(xiàn)象更加突出，需要操作人員現(xiàn)場手動(dòng)操作煤箱下閥加煤。因此，當(dāng)多臺(tái)氣化爐同時(shí)卡塞時(shí)操作人員無法應(yīng)對，卡塞嚴(yán)重時(shí)需要停爐處理，在加大了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，開停爐增加蒸汽消耗量及煤氣放空量，造成經(jīng)濟(jì)損失。

(2)目前，氣化爐所用煤塊粒度在10～90 mm，破碎機(jī)破碎時(shí)產(chǎn)生的粉煤較多，而大量粉煤進(jìn)入氣化爐后容易導(dǎo)致氣化爐結(jié)塊、爐溫升高，需要停爐熄火清理，嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致爐內(nèi)灰盤燒壞，需要進(jìn)行大修更換灰盤等，增加檢修費(fèi)用。

2.3 原因分析

煤箱下閥所用閥座內(nèi)徑為300 mm，閥桿直徑為60 mm，加煤通道僅為120 mm，通常煤塊粒度控制在10～90 mm，2種粒度稍大的煤同時(shí)進(jìn)入便會(huì)導(dǎo)致卡塞，還有固定小閥座上的壓塊容易脫落，導(dǎo)致停爐。

2.4 改進(jìn)措施

為了減少煤粉，節(jié)約成本，需要加大煤塊粒度。針對上述問題及原因分析可對煤箱下閥進(jìn)行改進(jìn)：

煤箱下閥小閥座內(nèi)徑由300 mm加大至340 mm，原設(shè)計(jì)的4件壓塊固定小閥座改為壓蓋，8顆螺栓固定壓蓋，使壓蓋不容易脫落，可以延長運(yùn)行時(shí)間。

改造后煤箱下閥裝配圖見圖3。具體零部件見圖4～圖7。

1—閥芯；2—小閥座壓蓋；3—大閥座；4—小閥座。

圖4 煤箱下閥大閥座

圖5 煤箱下閥閥芯

圖6 煤箱下閥小閥座

圖7 煤箱下閥小閥座壓蓋

2.5 方案優(yōu)點(diǎn)

煤箱下閥小閥座原設(shè)計(jì)采用4塊壓塊，加上4顆M24螺栓固定，壓塊壓緊小閥座，小閥座又壓緊大閥座，小閥座與大閥座之間用纏繞墊密封。螺栓、壓塊都容易掉落，無法起到密封作用，導(dǎo)致煤箱下閥泄漏。現(xiàn)將壓塊改為壓蓋，用8顆M20螺栓固定后，纏繞墊不容易散，壓蓋也不容易脫落，可以延長煤箱下閥的使用周期。改造前一般100多天更換1次煤箱下閥，改造后只需要1年更換1次;另外,煤箱下閥小閥座內(nèi)徑由300 mm加大至340 mm也減小了堵塞概率。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

一般情況下，煤箱和灰箱下閥的檢修費(fèi)用每次約9 000元，人工費(fèi)約400元。改造前每年檢修3次；改造后每年檢修1次，按檢修費(fèi)和人工費(fèi)計(jì)算，每年每臺(tái)魯奇氣化爐可以節(jié)約18 800元。因此，云南解化清潔能源開發(fā)有限公司解化化工分公司16臺(tái)氣化爐1年共節(jié)約300 800元左右。

4 結(jié)語

2017年因煤箱下閥和灰箱下閥漏氣共停爐檢修10多次，造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)220 000元。自2019年對10臺(tái)氣化爐的下閥進(jìn)行改造后，沒有發(fā)生因漏氣而停爐檢修的情況。通過改造，延長了下閥的使用壽命，減少了因?yàn)橄麻y內(nèi)漏造成生產(chǎn)停車的被動(dòng)局面。氣化爐裝置實(shí)現(xiàn)了長周期、穩(wěn)定運(yùn)行，為以后裝置運(yùn)行提供了良好的基礎(chǔ)，也帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。