陳 龍

（中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司，寧夏 銀川 750000）

冶金高爐高溫?zé)崤加靡栽陬A(yù)熱、正常運(yùn)行和冷卻過程中測量高爐爐膛反應(yīng)區(qū)的溫度。爐膛環(huán)境嚴(yán)酷，高溫1373℃、高壓6.5MPa、一氧化碳、氫氣、未充分燃燒的煤渣沖刷和結(jié)焦等同時(shí)存在，在了解高爐運(yùn)行條件和性能方面有著重要作用，可間接反映燃料品質(zhì)的好壞。每臺(tái)冶金高爐安裝有4 支高溫?zé)崤?，沿高爐周圍上下左右平均分布，氣化裝置設(shè)計(jì)三臺(tái)高爐，高爐單周期運(yùn)行安裝12 支。

自高爐投用以來，由于設(shè)備停用頻繁、礦物燃料的品質(zhì)不高、安裝不準(zhǔn)確和高溫?zé)崤荚O(shè)備自身等多方面缺陷等因素導(dǎo)致高溫?zé)崤紦p壞情況居高不下，既影響了工藝人員對(duì)冶金高爐溫度監(jiān)視，也增加了設(shè)備購置成本。為了延長高溫?zé)崤嫉氖褂弥芷?，降低高溫?zé)崤疾少彸杀荆夜疽酝袠I(yè)先進(jìn)企業(yè)為標(biāo)桿，認(rèn)真組織分析設(shè)備損壞原因，積極聯(lián)系國內(nèi)高溫?zé)崤忌a(chǎn)廠家考察解決方案，采用貨比三家的方式，選擇性價(jià)比最好的產(chǎn)品，以下是冶金高爐高溫?zé)崤紦p壞原因分析。

1 高溫?zé)崤继厥饧夹g(shù)要求

由于應(yīng)用工況特殊，高爐高溫?zé)崤紖^(qū)別于普通熱偶的技術(shù)要求主要包括以下五個(gè)方面：

（1）應(yīng)用場合要求：高溫?zé)崤冀Y(jié)構(gòu)需要滿足高爐爐壁襯里厚度變化和熱偶頂端沖刷變形、振動(dòng)等保護(hù)要求，即熱偶可通過調(diào)節(jié)自身的伸縮量達(dá)到最佳的測量位置，設(shè)置萬向轉(zhuǎn)球、限位導(dǎo)向管、減振彈簧、耐磨材料，滿足耐高溫、高壓、溫度壓力驟變及抗沖刷要求。

（2）安全無泄漏：具有熱偶前端保護(hù)管和探頭斷裂，預(yù)防高爐介質(zhì)從保護(hù)管泄漏的結(jié)構(gòu)功能。

（3）過程更換要求：采用變徑雙法蘭組安裝方式，滿足高爐預(yù)熱、正式測量等過程更換測溫元件要求。

（4）熱電性能保證性：保護(hù)管內(nèi)采取隔離措施，阻止?fàn)t氣進(jìn)入熱偶內(nèi)部，腐蝕和還原熱偶絲，預(yù)防熱偶使用過程中熱偶絲損壞。

（5）保護(hù)管抗損壞：在高溫和高壓工況下，熱偶保護(hù)管防止安裝孔有燃料殘?jiān)扔参镒冃?，和切換冶金高爐降溫形成的燃料粘黏物對(duì)拆卸高溫?zé)崤紩r(shí)，對(duì)保護(hù)管產(chǎn)生的損毀。

2 高溫?zé)崤紝?shí)際使用情況分析

我公司高爐高溫?zé)崤奸L期選用國產(chǎn)某公司的產(chǎn)品，大部分熱偶使用周期能夠滿足高爐投料至停爐一個(gè)周期，在倒?fàn)t切換更換熱偶時(shí)全部損壞，個(gè)別高溫?zé)崤荚谝苯鸶郀t升溫或者正常運(yùn)行中損壞。

我公司對(duì)高爐投用以來高溫?zé)崤紦p壞情況做了統(tǒng)計(jì)，自2014 年1 月16 日氣化投料至2015 年，損壞高溫?zé)崤技s138 支，按照國內(nèi)某公司制造的高溫?zé)崤疾少弮r(jià)格，每支高溫?zé)崤嫉膬r(jià)格約人民幣1.7 萬元，138 支高溫?zé)崤脊浪闳嗣駧?34.6 萬元，2015年之后，改進(jìn)效果顯著。

我公司組織對(duì)高溫?zé)崤嫉膿p壞原因進(jìn)行詳細(xì)分析，高爐倒?fàn)t次數(shù)是熱偶損壞數(shù)量多少的重要原因，另外安裝操作不規(guī)范、選用設(shè)備質(zhì)量缺陷等也是造成熱偶損壞的原因，我公司分別從技術(shù)、管理和操作上采取措施解決問題，從統(tǒng)計(jì)表可以看出，取得了效果。

匯總不同階段高溫?zé)崤紦p壞臺(tái)件數(shù)如表1 所示。

表1 高溫?zé)崤紦p壞情況統(tǒng)計(jì)表

為了直觀反映變化趨勢，將表1數(shù)據(jù)用柱狀和折線表示如圖1。

圖1 高溫?zé)崤紦p壞趨勢圖

從圖4 看出，我公司采取有效措施后，取得了很好的效果，高溫?zé)崤紦p壞率得到控制，為公司節(jié)省了采購資金。

3 高溫?zé)崤紦p壞原因分析

為了降低高爐高溫?zé)崤紦p壞頻次，我公司組織技術(shù)人員對(duì)損壞的原因進(jìn)行分析，歸納為五個(gè)方面：

3.1 保護(hù)管材料強(qiáng)度影響

冶金高爐高溫?zé)崤紤?yīng)用溫度1373℃，操作壓力6.5MPa，如表2 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表所示。

由于金屬材料難以滿足這種溫度和壓力工況要求，高溫?zé)崤忌a(chǎn)商選用碳化硅內(nèi)襯納米陶瓷材料制造熱偶保護(hù)套管的端部，碳化硅能夠承受1600℃高溫，但高溫狀態(tài)下強(qiáng)度較弱，外力作用或者溫度驟然升降都可能損壞套管，進(jìn)而毀壞內(nèi)部熱偶。

3.2 高爐內(nèi)壁焦油粘黏

冶金高爐使用高溫耐火磚作為內(nèi)襯，為了準(zhǔn)確檢測到高爐內(nèi)部溫度，高溫?zé)崤级瞬啃枰拷突鸫u內(nèi)表面，受煤種含硫太高等有害成分影響，高爐運(yùn)行時(shí)耐火磚上附著的焦油將高溫?zé)崤柬敹吮Ｗo(hù)管粘黏，高爐降溫后形成堅(jiān)硬的焦油層，每次高爐停爐后拆卸熱偶，會(huì)出現(xiàn)保護(hù)套管頂部斷裂現(xiàn)象，伴隨內(nèi)部熱偶絲損壞，造成高溫?zé)崤紙?bào)廢。

3.3 安裝操作過程缺陷

按照高爐投用過程要求，高爐烘爐應(yīng)使用升溫?zé)崤迹↘ 型），溫度上升到800℃左右時(shí)拆掉升溫?zé)崤?，換成高溫?zé)崤迹˙ 型）。

“熱裝”過程中，個(gè)別員工不了解安裝要求，拆除升溫?zé)崤己笾苯訉⒏邷責(zé)崤疾宓降?，使得保護(hù)套管溫度瞬間從環(huán)境溫度升高到爐內(nèi)溫度，保護(hù)套管不同材料部位膨脹速度不同，形成損壞或者使用壽命縮短。

3.4 套管頂部沖刷損壞

如果熱偶保護(hù)管頭部伸出耐火磚內(nèi)部面，高爐升溫時(shí)火焰直接燒到保護(hù)管端部造成過熱，運(yùn)行中夾雜顆粒的氣體對(duì)保護(hù)管端部形成沖刷，停爐時(shí)堅(jiān)硬的焦油造成耐火磚與套管頂部粘黏，影響熱偶使用壽命。

造成熱偶保護(hù)管頭部伸出耐火磚的原因有兩個(gè)方面，一是沒有測量安裝孔插深尺寸，及時(shí)調(diào)節(jié)高溫?zé)崤疾迳黹L度，二是耐火磚使用過程中內(nèi)壁沖刷變薄，沒有及時(shí)調(diào)整熱偶插深長度，導(dǎo)致保護(hù)管頭部露出。

3.5 安裝孔內(nèi)有雜質(zhì)、毛刺損壞熱偶損壞熱偶。

4 已采取的解決措施

為了減少過程更換和正常運(yùn)行外部因素對(duì)高溫?zé)崤嫉膿p壞，我公司在充分分析損壞原因的基礎(chǔ)上，針對(duì)第二、三、四、五方面采取了應(yīng)對(duì)措施：

（1）提高燃料的品質(zhì)，硫含量等有害成分大大降低，從根本上解決了嚴(yán)重結(jié)焦的現(xiàn)象。

（2）安裝前對(duì)熱偶元件進(jìn)行壓力測試，自制打壓工具，在鋼管上裝上與熱偶法蘭相配的裝置以及與氮?dú)馄亢蛪毫τ?jì)的連接裝置，即可組裝成一個(gè)簡易的測試罐。熱偶組合應(yīng)在高于正常汽化爐運(yùn)行壓力 100 psi (7 bar) 的壓力下檢查有無泄漏，確認(rèn)所有配件均無泄漏情況。

（3）烘爐與高溫?zé)崤紦Q裝前，先使用與高溫?zé)崤纪?guī)格尺寸，用耐熱鋼制作的磨具套管試裝，清除安裝孔內(nèi)的毛刺和燃料廢渣等雜物，孔內(nèi)無阻擋物，內(nèi)壁表面光滑，保證安裝高溫?zé)崤紩r(shí)順暢無阻礙。

（4）使用自制測深工具，三次測量出法蘭口到高爐耐火磚內(nèi)側(cè)長度，取最小值，再據(jù)此調(diào)節(jié)合理的熱偶插入深度，對(duì)于新爐子插深減少10 ～20mm，運(yùn)行一段時(shí)間的爐子，內(nèi)壁磨損較大且不均勻，插深減少20 ～30mm，防止熱偶保護(hù)套管端部被礦物顆粒沖刷損壞。

（5）高溫?zé)崤急Ｗo(hù)套材料進(jìn)行優(yōu)化。采用材料表面涂層技術(shù)來解決高爐的高溫腐蝕、磨損問題是目前應(yīng)用比較廣泛的一種方式。它發(fā)揮了表面技術(shù)的優(yōu)勢，不是將不同的材料混合起來制作復(fù)合材料，而是將不同的材料組合起來發(fā)揮各自的特點(diǎn)，獲得優(yōu)異的性能。采用熱噴涂的方法在套管表面形成金屬間化合物涂層、梯度功能涂層、納米陶瓷涂層等，獲得比較良好的耐熱、耐蝕和抗磨性，取得了很好的效果。金屬間化合物是一類新型的高溫機(jī)構(gòu)材料，具有一系列的優(yōu)異性能，尤其值得一提的是其耐熱性能特別突出。

（6）高溫?zé)崤疾迦敫郀t500mm 預(yù)熱10 分鐘，再插入200mm預(yù)熱10 分鐘，最后全部插入到位、固定，防止保護(hù)套管急速升溫出現(xiàn)裂痕，影響產(chǎn)品使用壽命。

5 結(jié)語

通過以上方法，高溫?zé)崤紦p壞情況有較大的改善，平均使用時(shí)間滿足甚至超過一個(gè)倒?fàn)t周期要求，取得了較好的效果。