殼牌氣化爐開車運行常見問題及處理研究

任智威

（廣發(fā)化學工業(yè)有限公司，山西 大同 037001）

0 引言

殼牌氣化爐是基于氣流床氣化工藝進行的一類設備，主要通過粉煤氣化工藝，將粉煤與氧氣/蒸汽混合物并流噴入氣化爐，并在高溫高壓環(huán)境中瞬間進行反應以得到最終氣體產物[1]。因這種氣化爐在性能指標上較為優(yōu)異，當前已為煤化工企業(yè)所廣泛采用。但在實際運行過程中，受到各種因素影響，殼牌氣化爐也難免出現(xiàn)一些問題，為有效解決這些問題，避免其對生產造成影響，仍需要對相關內容做進一步探究。

1 案例概況

某煤化工企業(yè)于2019 年引入SCGP（殼牌煤氣化）工藝進行生產，為提高生產效率和產能，該企業(yè)采用穩(wěn)定煤源進行配煤，并將氣化爐負荷提升至100%運行。在以上條件下，該企業(yè)所應用的殼牌氣化爐的運轉率和長周期運行時間均得到大幅提升，2020—2021 年的運行數(shù)據情況見表1。

表1 殼牌氣化爐2020—2021 年運行數(shù)據對比

從表1 中的數(shù)據可見，該企業(yè)的殼牌氣化爐運行情況整體向好發(fā)展。但在實際開車運行過程中，部分問題仍未得到顯著解決，這些問題仍造成了殼牌氣化爐的停車問題。對此，企業(yè)技術人員針對存在問題作更為深入的研究，以尋求解決問題的有效途徑。

2 主要問題及原因分析

2.1 激冷口盤管損壞問題

該企業(yè)應用的殼牌氣化爐中，激冷口盤管由2 根規(guī)格為Φ38 mm×7.1 mm，材質為1.7335 的管子繞成7 圈而組成，管子之間采用1.7335 材質的圓鋼進行填充和密封焊接，并配備耐磨層。該結構的主要作用是，將冷卻過濾后的合成氣與反應段頂部的高溫合成氣混合，使溫度調整至900 ℃，同時配置高壓氮氣噴吹管，以除去氣化段出口區(qū)域積聚的灰渣[2]。該結構的整體示意圖如圖1 所示。

圖1 激冷口盤管示意圖

近期，在該模塊的實際運行過程中，工作人員經檢查發(fā)現(xiàn)，激冷口盤管表面磨損較為嚴重，初步推斷，其主要原因是激冷口盤管材料長期在高溫和粉粒條件下工作，且溫度變化較為劇烈。當溫度變化時，材料內部會產生溫差熱應力，且該應力值反復變化，使材料受到疲勞損傷而產生較為嚴重的損害。

2.2 清灰振打裝置故障問題

在某次氣化爐運行過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)合成氣出口溫度異常偏高。為避免安全問題的擴大，工作人員停止氣化爐運行，并對氣化爐中用于清灰的振打裝置進行全面檢查。初步檢查后發(fā)現(xiàn)，在端部凸臺根部位置，出現(xiàn)活塞桿斷裂問題。就此推斷，造成這種斷裂問題的主要原因是，該區(qū)域的應力集中問題較為突出，在運行過程中峰值應力相對較高，加之露點腐蝕在表面形成微小的腐蝕小凹坑，加速形成疲勞裂紋和表面裂紋[3]。在此基礎上，受到長時間的循環(huán)振打，撞桿與導向套之間的磨損也會造成活塞桿與撞桿之間的傾斜，最終導致活塞桿強度下降而斷裂失效。

2.3 燒嘴和燒嘴罩故障問題

在近年來的殼牌氣化爐運行過程中，燒嘴和燒嘴罩故障問題也時常發(fā)生。在發(fā)生此類故障時，工作人員立刻進行停機檢查，而后發(fā)現(xiàn)高壓燒嘴冷卻水出現(xiàn)明顯泄漏，部分冷卻水進入到氣化爐內，導致氣化爐無法正常運行[4-5]。造成這種情況的主要原因是，煤線速度計和密度計的量程過高，導致其精確度不足，煤粉流量偏高，引發(fā)氣化爐溫度偏高，最終導致燒嘴因高溫影響而破損。而在燒嘴罩故障問題發(fā)生時，其主要表現(xiàn)是煤粉線速度偏低，導致燒嘴罩出現(xiàn)破損（圖2）。

圖2 燒嘴罩故障問題

3 處理方案

3.1 激冷口盤管的處理措施

為有效解決激冷口盤管的故障問題，工作人員著手進行損壞盤管的修補工作，修補工作主要分為以下幾個步驟。

1）坡口表面清理：此環(huán)節(jié)首先應用手工方法清除灰塵，而后采用角向磨光機，對坡口表面的氧化皮等雜質進行打磨，打磨至露出金屬光澤為止（如圖3 所示），而后對坡口表面做100%PT 檢測，確定無裂紋和其他缺陷后進行焊接。

圖3 坡口表面清理

2）在確定可進行焊接后，首先針對待焊表面及周圍100 mm 范圍內進行均勻預熱，預熱溫度設置為150 ℃，保持恒溫10 min 后開始進行焊接，焊接參數(shù)如表2 所示。

表2 焊接參數(shù)

在焊接完成且檢查無誤后，損壞盤管即得到有效修復。在本次工作中，對修復后的損壞盤管檢查后發(fā)現(xiàn)，檢修后試漏一次成功，且不存在明顯的磨蝕問題（如圖4 所示），證明本次損壞盤管修復取得了預期效果。

圖4 修補完成后的盤管

3.2 振打裝置故障的處理措施

針對本次出現(xiàn)的振打器活塞桿斷裂失效問題，經過分析后，技術人員從以下幾方面的角度著手予以處理：首先是更換新的振打器活塞桿，同時考慮到力學強度上的需要，嚴格控制振打裝置活塞桿的表面硬度HRC 在60 左右，并將新活塞桿表面粗糙度控制在0.4 μm 左右，同時對活塞桿端部凸臺根部加工為圓角結構，以降低摩擦沖擊。其次是對工藝操作予以嚴格控制，在工藝運行正常的情況下，振打器大循環(huán)周期控制為20～30 min，每個循環(huán)周期內，每臺振打器的敲擊次數(shù)控制為2 次。再次，針對露點腐蝕帶來的振打器活塞桿腐蝕問題，工作人員增設預熱裝置，在密封氣進入振打器前，對密封氣進行預熱，確保密封氣體溫度大于250 ℃，通過這種方式，以往高溫水蒸氣結凝問題得到有效解決，從而在最大程度上降低了發(fā)生露點腐蝕的概率。

3.3 燒嘴和燒嘴罩故障問題的處理措施

為避免燒嘴和燒嘴罩出現(xiàn)類似故障問題，工作人員通過以下幾方面的措施進行處理：

1）針對已出現(xiàn)損壞現(xiàn)象的燒嘴和燒嘴罩，全部更換為新的器件；

2）對測量煤線的速度計和密度計進行更換，確保其量程與實際情況相契合，并對相關設備進行多次標定，以達到準確要求；

3）考慮到氣化爐內操作壓力為4.0 MPa，因此對燒嘴的煤粉速度進行調整，將其速度全部提高到8.0 m/s。通過采取以上措施后，在后期的運行中，燒嘴和燒嘴罩運行情況較優(yōu)，未出現(xiàn)較為明顯的故障問題。

4 結語

整體來看，在本次研究中，結合殼牌氣化爐開車運行過程中的一些常見問題，對這些問題的具體情況和引發(fā)這些問題的具體原因進行了分析，并根據分析結果提出了針對性的處理措施。從實際效果來看，以上處理措施均有效解決了對應問題，證明這些處理措施的效果較為優(yōu)異，能夠為后續(xù)的相關工作提供借鑒參考。在今后的工作中，還需要進一步加強對殼牌氣化爐更多細節(jié)的研究，并在日常維護保養(yǎng)等工作上予以更多重視，以此降低殼牌氣化爐開車運行問題的出現(xiàn)概率。