淺析殼牌氣化爐燒嘴罩修理優化措施

馮賢龍

(云南大為制氨有限公司，云南 沾益 655338)

煤氣化技術是當代較為先進的潔凈煤利用技術，采用荷蘭殼牌粉煤氣化工藝較多。據統計，國內共有19家單位，總共21套已投產的殼牌煤氣化裝置(見圖1)。

圖1 殼牌煤氣化爐簡圖

在運行過程中均出現因氣化爐燒嘴罩損壞而導致整個裝置停車的現象頻繁發生。因該設備系荷蘭進口，修理的質量要求高、風險大，只能按原設計說明進行修理更換。但其修理工藝復雜、周期長，所以給正常生產秩序帶來了嚴重影響，造成較大的經濟損失。云南大為制氨有限公司在對殼牌氣化爐燒嘴罩進行修理更換過程中，公司的工程技術人員多次與殼牌公司以及同行業的有關人士進行溝通、交流，結合國內外先進安裝、修復技術和現場實際檢修經驗，不斷總結和創新，對其修理更換工藝進行改進，保證了修理質量，縮短了修理更換時間，為公司長周期運行做出了貢獻，取得了較好的經濟效益。自2008年投產以來，云南大為制氨有限公司共更換燒嘴罩64個，現場修復41余個。

1 燒嘴罩簡介

燒嘴罩又稱保護煤燒嘴，是殼牌氣化爐的一個關鍵部件，在氣化段的高溫環境中工作。安裝在煤燒嘴頭部，它是從煤燒嘴噴出的煤/氧氣混流進入氣化爐的一個水冷圓錐形通道，似一個喇叭形的小廢熱鍋爐。冷卻水通入環形管(φ28×4，材質：12Cr1MoV，共8圈)進行強制循環后冷熱交換，生成中壓蒸汽，把熱量帶走，從而達到降低燒嘴頭部環境溫度的目的[1]。氣化爐膜式壁、煤燒嘴與燒嘴罩之間的裝配關系見圖2。

圖2 氣化爐膜式壁、煤燒嘴與燒嘴罩之間的裝配關系圖

2 燒嘴罩現場拆除、安裝改進措施

燒嘴罩位于氣化爐燃燒室內，要拆除燒嘴罩必須將整個燒嘴系統(由煤燒嘴、大蓋、小蓋、膨脹節、調整短節、燒嘴罩組成)進行拆除[2]，拆除過程中采取的措施及順序如下：

1)保護性拆除與煤粉燒嘴(見圖3中的件3)相連接的煤粉管、水汽管，為防止異物掉入煤燒嘴，采用白布封堵各連接管口。

2)采用葫蘆配合將煤燒嘴抽出，放置到平臺上;采取保護性措施對大蓋密封面(防止劃傷)進行保護后將燒嘴大蓋吊出。

3)膨脹節(見圖3中的件4)拆除：為確保膨脹節順利拆出，采用鐵絲將膨脹節對邊法蘭收緊，壓縮膨脹節長度(膨脹節壓縮量增大)，增加膨脹節移動空間，將膨脹節吊出后清理，放到指定位置。

圖3 燒嘴罩系統結構圖

4)為防止膨脹節與燒嘴罩在安裝時幾何空間的任意性，減少調校時間。采用定位工裝與螺栓進行固定(由法蘭、連接管構成，詳見圖4);因作業空間限制，在工裝上開設4個窗口，減輕工裝重量，在安裝時觀察煤燒嘴與膨脹節四周間隙。

圖4 定位工裝示意圖

5)煤燒嘴小蓋(見圖3中的件6)及定位工裝拆除：拆除時小蓋必須采用樣沖做好方位移植標記，認真做好記錄，以便安裝時方位找正。

6)燒嘴罩角度調整短節(見圖3中的件5)制作：分別測量出原燒嘴罩調整短節00、900、1800、2700實際長度，制作調整短節并標注角度。

7)切除水汽管進出口(見圖3中的件2)及拆除燒嘴罩(見圖3中的件1)：切除水汽管必須使用角向磨光機手工切割，并用白布封堵水汽管口，防止異物掉入。

2.1 燒嘴罩安裝

燒嘴罩依據上述步驟反向依次安裝各組件：

1)燒嘴罩安裝時其頂部盡量下降，使頂部留有合適的溝槽(溝槽約 30 mm，頂部的溝槽能夠更有效地將流渣導向兩側)，避免了正常生產時產生的流渣流進燒嘴罩而燒壞環管。

2)煤燒嘴安裝時，因現場空間受限，調整困難。定位由支架固定煤燒嘴(見圖5)定位改為三個手拉葫蘆(見圖6)代替定位支架方式進行定位，省去反復搬運、安裝、拆出支架時間，使燒嘴調試、定位的時間大幅縮短。

圖5 改造前的固定支架

圖6 改造后的三臺手拉葫蘆支撐

3)水汽管組對：按《焊接工藝規程》要求進行組對、點焊，控制間隙 3～4 mm。

4)燒嘴罩角度調整短節與法蘭組對: 按《焊接工藝規程》要求進行組對、點焊，控制間隙 3～4 mm。調整短節與法蘭焊接接頭(見圖7)，水汽管焊接接頭見圖8。

圖7 調整短節與法蘭焊接接頭簡圖 圖8 水汽管焊接接頭簡圖

環管內數第二圈至第八圈內徑增大(見表1)，內徑增大是為了使焊接釘頭和澆注以后環管空腔保持原來的尺寸)，焊接釘頭(見圖9)，打澆注料并整體烘干(見圖10)，以防止澆注料脫落及增加澆注料耐用性，打澆注料后可增加燒嘴罩的熱負荷能力及耐磨性，從而更好地保護燒嘴罩。

圖9 燒嘴罩焊接耐磨釘頭 圖10 燒嘴罩打澆注料后整體烘干

表1 環管內數第二圈至第八圈內徑逐漸增大表

5)無損檢測：焊縫外觀質量進行100%目視檢查合格，水汽管焊縫進行100%PT無損檢測，符合JB/T 4730-2005 Ⅰ級合格要求。

6)徑向間隙調校：調整短節及水汽管焊接完畢，將煤燒嘴退到燒嘴頭膨脹節定位工裝位置，拆除定位工裝，安裝膨脹節，再將煤燒嘴推進氣化爐爐膛，進行調校。為使燒嘴罩吸熱均勻，嚴格控制：煤燒嘴與燒嘴罩的徑向間隙：(15±3)mm(四周均勻)，詳見表2和圖11。

表2 不同方位徑向間隙表

圖11 燒嘴罩方位示意圖

7)水壓試驗：燒嘴罩安裝完畢，氣化爐水系統整體進行 2.0 MPa 水壓

試驗，燒嘴罩無滲漏，無可見的變形，試驗過程中無異常的響聲為合格。

3 燒嘴罩現場修復

每次煤氣化系統停車對燒嘴罩進行檢查，發現燒嘴罩均有不同程度的損壞。由于燒嘴罩購買價格昂貴，從國外進口價為：20萬元/個，國內最低價為：12.5萬元/個，為節約設備修理費用，對燒嘴罩進行修理十分重要。根據損壞部位不同分為兩類：①熔渣流進燒嘴罩所造成的燒嘴罩第2圈至第7圈不同程度、不同大小的穿孔;②氣化爐整體過燒、O2/C 過高、燒嘴負荷不平衡或中斷所造成的燒嘴罩最外圈(第1圈)水管過熱燒壞[3]。

3.1 熔渣流進燒嘴罩造成燒嘴罩損壞的修復

氣化爐內部溫度降至常溫，分析合格辦理各種票證后，施工人員進入爐膛對燒嘴罩進行修復[4]，采取的修理措施如下：

1)用小錘和鑿子配合將燒嘴罩內的熔渣清理干凈，確認漏點位置。

2)使用鋼絲輪將環管漏點 100 mm 范圍的銹、污物等清除干凈，并打磨至顯露金屬光澤。

3)為了消除環管內殘留水分，采用火焰加熱方式，將環管漏點 100 mm 范圍進行預熱，預熱溫度為 200～300 ℃。

4)采用氬弧焊先從環管漏點四周逐漸向漏點中心靠近方式進行補焊修復(焊接選擇合適的線能量)。

5)消氫處理：焊接完畢，對補焊部位 100 mm 范圍進行加熱處理，加熱溫度：350 ℃，時間：0.5 h。修復前泄漏點見圖12，修復后見圖13。

圖12 修復前泄漏點示意圖 圖13 修復后示意圖

6)修復部位溫度降至常溫，外觀進行100%目視檢查，焊縫進行100%PT檢測，符合JB/T 4730-2005 Ⅰ級合格。

7)燒嘴罩修復完畢，氣化爐水系統整體進行 2.0 MPa 水壓試驗，燒嘴罩無滲漏，無可見的變形，試驗過程中無異常的響聲為合格。

3.2 燒嘴罩外圈(第1圈)水管過熱燒壞的修復

燒嘴罩第1圈環管過熱燒壞，采用局部更換環管，焊接采用開天窗焊接的方法進行修理[5]，采取的修理措施如下：

1)將漏點兩端各延伸 150 mm 范圍的銹、污物等清除干凈，并打磨至顯露金屬光澤。

2)沿漏點兩端各延伸 100 mm 位置劃線(見圖14)，采用氣割沿切割線及環管之間的間隙，將管段割下。

圖14 沿漏點兩端各延伸 100 mm

3)新管段開坡口及組裝(見圖15)：第1層開內坡口，第2層開外坡口，坡口內 20 mm 范圍的銹、污物等清除干凈，并打磨至顯露金屬光澤。

圖15 新管段開坡口及組裝

4)用火焰加熱方式，將環管接頭 100 mm 范圍進行預熱，預熱溫度為 200～300 ℃。

5)采用氬弧焊對新組對焊縫進行打底焊接，待冷卻至常溫，經外觀檢驗合格后進行100%PT無損檢測，符合JB/T 4730-2005 Ⅰ級要求合格。再進行焊接，焊接完畢后，采用同樣方法進行無損檢測合格。

6)第2層(天窗)及環管之間的縫隙依照以上(4)、(5)步驟依次完成焊接和無損檢測合格。

7)燒嘴罩修理完畢，氣化爐水系統整體進行 2.0 MPa 水壓試驗，燒嘴罩無滲漏，無可見的變形，試驗過程中無異常的響聲為合格。

4 結語

綜上所述，經過對殼牌煤氣化爐燒嘴罩系統修理措施的改進，改變了傳統的修理工藝和方法。特別是在燒嘴罩系統拆裝過程中采用膨脹節定位工裝，以及煤燒嘴定位、調校過程中采用葫蘆代替固定支架的方法的應用，使更換燒嘴罩系統的時間由原來的7天/套縮短至1～2天/套，大幅縮短了檢修時間，保證了修理質量，為該系統盡快恢復生產做出了貢獻。燒嘴罩的修理過程中，針對存在問題在對國內外修理經驗進行總結和創新的基礎上，結合本公司實際對其修理工藝進行改進和控制，保證了修理質量，為同類型的設備修理積累了豐富經驗，取得了較好的經濟效益，在行列內具有推廣應用價值。