劉貴賓 ， 張歡歡

(河南開(kāi)祥精細(xì)化工有限公司 ， 河南 義馬 472300)

近年來(lái)清潔能源的使用已經(jīng)成為必然發(fā)展趨勢(shì)，主要以煤氣作為能源，所產(chǎn)生的污染較小。殼牌煤氣化裝置氣化爐長(zhǎng)期處于高溫、高壓、高酸性的環(huán)境中，如果缺乏正確的使用方法與養(yǎng)護(hù)管理制度，則很容易出現(xiàn)安全事故。需要企業(yè)準(zhǔn)確把握氣化爐的運(yùn)行特點(diǎn)，并掌握關(guān)鍵問(wèn)題因素，根據(jù)問(wèn)題因素制定科學(xué)的應(yīng)對(duì)措施，嚴(yán)格按照安全生產(chǎn)條例進(jìn)行作業(yè)，保障氣化爐運(yùn)行安全。

1 殼牌氣化爐裝置

殼牌氣化爐主要技術(shù)特性如下：設(shè)計(jì)制造驗(yàn)收規(guī)范，JB4372《鍋制壓力容器——應(yīng)力分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》；設(shè)計(jì)壓力，5.2 MPa；設(shè)計(jì)溫度，350 ℃，蒸汽過(guò)熱段450 ℃，SGC出口380 ℃；主要材質(zhì)，SA387Gr，11CL2/in825+SA387Gr；主要規(guī)格，氣化爐和激冷管，ID 4630/ID 3020×30 900 mm；導(dǎo)管，ID 3020 mm；氣體反向室，ID 1870×285/ID 3400 mm；廢熱鍋爐，ID 3400×30 500 mm。

殼牌氣化爐主要結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

圖1 殼牌氣化爐結(jié)構(gòu)圖

煤氣化是指將直徑較小的煤粉與180 ℃的純氧和220 ℃的水蒸氣充分混合后輸送到氣化爐中，發(fā)生不完全的氧化反應(yīng)，在高溫條件下煤中的有機(jī)質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)化成小分子氣體。本次研究的氣化爐具有以下幾種特點(diǎn)：①最大投煤產(chǎn)量達(dá)到了2 000 t以上。②具有高碳轉(zhuǎn)化率的特點(diǎn)，一般在1 400～1 600 ℃，碳轉(zhuǎn)化率可高達(dá)99%以上。③氣化爐氣體潔凈，煤氣中甲烷含量極少，不含重?zé)N，CO+H2體積分?jǐn)?shù)達(dá)90%。④其技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，耗氧相對(duì)比較低，耗氧條件在20%左右。⑤在煤氣化系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，煤氣效率達(dá)到80%～83%，其余的15%副產(chǎn)高壓或中壓蒸汽，總熱效率高達(dá)98%。

1.1 氣化爐反應(yīng)區(qū)腐蝕問(wèn)題

A1氣化爐反應(yīng)區(qū)入孔處存在環(huán)形空間，受熱面管與連接管線表層會(huì)覆蓋水分和灰塵混合物，從而會(huì)造成一定的腐蝕。腐蝕速率約為0.5 mm/a，從而導(dǎo)致入孔合成器側(cè)與入孔熱裙區(qū)域容易出現(xiàn)裂紋。在該氣化爐的A2入孔合成氣側(cè)燒嘴端蓋的內(nèi)控區(qū)域均檢測(cè)出裂紋問(wèn)題，裂紋平均長(zhǎng)度在5 mm左右，燒嘴罩的平均腐蝕速率在0.4 mm/a左右。經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的檢測(cè)，A2入孔合成氣側(cè)的冷卻水套厚度出現(xiàn)了變化，從14 mm降低到了10 mm，平均腐蝕速率約為0.8 mm/a。該企業(yè)技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，在該氣化爐A2入孔合成氣側(cè)的急冷區(qū)域的平臺(tái)和底部區(qū)域都發(fā)現(xiàn)了明顯的裂紋，還有部分區(qū)域出現(xiàn)了凹坑。

1.2 反向室氣測(cè)控問(wèn)題分析

在氣化爐的反向室內(nèi)，根據(jù)技術(shù)人員的檢測(cè)，在A11入孔環(huán)形空間固定支架中有長(zhǎng)度約50 mm的裂紋，其該合成氣側(cè)270°固定支架加強(qiáng)板角焊縫區(qū)域存在裂縫，裂縫長(zhǎng)度約100 mm。根據(jù)其他檢測(cè)結(jié)果顯示，入孔A11合成氣側(cè)反向室堆焊管和鋼盤(pán)存在著腐蝕和沖刷現(xiàn)象，從而使其厚度出現(xiàn)問(wèn)題。

1.3 合成冷卻室問(wèn)題

在合成氣冷卻器中，根據(jù)技術(shù)人員的檢測(cè)結(jié)果顯示，A11入孔合成氣側(cè)的過(guò)熱器進(jìn)口管線的管壁厚度降低，平均厚度為1.5 mm，最大厚度為3.5 mm，經(jīng)過(guò)計(jì)算腐蝕速率約為0.8 mm/a。

2 殼牌煤氣化裝置氣化爐問(wèn)題的原因

在氣化爐處于正常運(yùn)行條件的情況下，A1入孔環(huán)形空間的壓力經(jīng)檢測(cè)為4.1 MPa，溫度為210 ℃，介質(zhì)中含有一定的飽和水和二氧化碳等氣體，在氣化爐正常運(yùn)行條件下，因?yàn)樵嘏c環(huán)形空間是連通的，A1入孔環(huán)形空間中含有飽和水，對(duì)于二氧化碳等氣體而言屬于干相環(huán)境，所以在該條件下二氧化碳等氣體會(huì)發(fā)生高溫腐蝕，從而使被腐蝕的表面厚度降低。當(dāng)氣化爐運(yùn)行條件變化時(shí)，例如壓力升高或溫度降低，含有飽和水的環(huán)形空間氣相將會(huì)冷凝析出水相，從而形成濕環(huán)境，在濕環(huán)境下腐蝕速率將會(huì)加快，從而對(duì)管壁的腐蝕作用更強(qiáng)，導(dǎo)致管壁表面的厚度降低速度較快，最終形成表面裂紋，從而導(dǎo)致殼牌氣化爐運(yùn)行出現(xiàn)危險(xiǎn)。

2.1 A2入孔合成氣側(cè)問(wèn)題形成原因

在A2入孔氣側(cè)處于正常運(yùn)行的狀態(tài)時(shí)，膜式水冷壁的內(nèi)襯中有耐火襯里，從而能夠使水冷壁不會(huì)受到侵蝕，對(duì)水冷壁有著很好的保護(hù)作用。但是因?yàn)闊?、燒嘴罩以及燒嘴端蓋區(qū)域沒(méi)有耐火襯里的保護(hù)，所生成的爐渣會(huì)將表面的氧化物和硫化物溶解，進(jìn)而就會(huì)增強(qiáng)腐蝕作用，使沒(méi)有受到保護(hù)部位的腐蝕程度增加。因?yàn)闋t渣的成分有所不同，在熔點(diǎn)方面也存在著很大的差異，這些不同熔點(diǎn)的混合物，在不同溫度下的狀態(tài)，會(huì)造成不同的腐蝕，從而導(dǎo)致燒嘴罩、冷卻水套等出現(xiàn)不同程度的裂紋，導(dǎo)致殼牌氣化爐運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題。因?yàn)槿墼泻写罅康奶迹墼谌紵^(guò)程中會(huì)飛濺到?jīng)]有襯里保護(hù)的燒嘴和燒嘴罩區(qū)域，從而會(huì)導(dǎo)致這些區(qū)域受到更為嚴(yán)重的腐蝕。經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的計(jì)算，腐蝕速率會(huì)達(dá)到普通腐蝕速率的5倍左右，所以在氣化爐的燒嘴區(qū)域以及燒嘴罩區(qū)域會(huì)發(fā)現(xiàn)凹坑的存在，嚴(yán)重威脅氣化爐的安全運(yùn)行。除此之外，氣化爐A2入孔合成氣側(cè)出現(xiàn)問(wèn)題的一個(gè)重要原因是腐蝕疲勞問(wèn)題，因?yàn)闅づ茪饣癄t的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，燒嘴內(nèi)孔的邊緣位置溫度相比于其他區(qū)域更高，所以容易在燒嘴內(nèi)孔邊緣處表面形成氧化物和硫化物，形成的化合物會(huì)沿著晶界不斷擴(kuò)展，最終會(huì)形成裂紋，從而導(dǎo)致燒嘴內(nèi)孔材料質(zhì)量下降，產(chǎn)生問(wèn)題。在熱交變應(yīng)力的影響下，裂紋會(huì)出現(xiàn)在表面缺陷的位置，并不斷從外表面向內(nèi)部逐漸擴(kuò)大，在擴(kuò)大的過(guò)程中，會(huì)受到氧化、硫化作用的影響，形成腐蝕疲勞開(kāi)裂問(wèn)題，所以需要控制燒嘴內(nèi)孔邊緣位置的溫度，才能夠有效防止該問(wèn)題發(fā)生。

2.2 殼牌氣化爐在燃燒運(yùn)行中問(wèn)題成因

氣化爐的急冷端有表面滲氮的問(wèn)題，該區(qū)域正常運(yùn)行狀態(tài)下溫度一般為900 ℃，會(huì)導(dǎo)致局部氮?dú)夥謮哼^(guò)高，溫度超過(guò)316 ℃時(shí)就會(huì)發(fā)生滲氮，在超過(guò)380 ℃時(shí)滲氮問(wèn)題會(huì)更為劇烈。滲透的氮會(huì)在氣化爐內(nèi)部零部件表面發(fā)生反應(yīng)，形成黑色的化合物，經(jīng)過(guò)檢測(cè)該區(qū)域的金屬硬度會(huì)變高。但是在滲氮層內(nèi)部出現(xiàn)的裂紋會(huì)擴(kuò)展到金屬基體中，且滲氮會(huì)隨著金屬基體體積的增加而擴(kuò)大，在熱循環(huán)或者其他作用力的影響下，滲氮層會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的裂紋問(wèn)題，嚴(yán)重會(huì)出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，從而導(dǎo)致急冷斷區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，裂紋會(huì)導(dǎo)致急冷段材料出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題，從而嚴(yán)重威脅殼牌汽化路的運(yùn)行安全。

2.3 A11入孔合成氣側(cè)出現(xiàn)問(wèn)題

在A11入孔合成氣側(cè)方中，合成氣中存在許多固體顆粒，合成氣會(huì)在內(nèi)部高速流動(dòng)，從而會(huì)導(dǎo)致固體顆粒對(duì)熱管形成較大的沖刷作用，導(dǎo)致熱管管壁被磨損，進(jìn)而破壞熱管保護(hù)膜，將其表面的保護(hù)物質(zhì)去除，在沖刷與腐蝕作用雙重影響下，使得A11入孔氣側(cè)的換熱管管壁厚度降低，被嚴(yán)重腐蝕。

3 殼牌煤氣化裝置氣化爐問(wèn)題的應(yīng)對(duì)策略

導(dǎo)致殼牌氣化爐出現(xiàn)問(wèn)題的原因主要為酸性水腐蝕、高溫液態(tài)熔渣腐蝕、高溫硫化物腐蝕以及沖刷磨損等，酸性水主要對(duì)A1入孔區(qū)域腐蝕，高溫液態(tài)熔渣腐蝕主要在A2入孔區(qū)域發(fā)生，沖刷磨損腐蝕主要發(fā)生在A11入孔區(qū)域。因此，針對(duì)三個(gè)不同的區(qū)域，需要采用不同的應(yīng)對(duì)策略，制定科學(xué)的防護(hù)方法，才能夠保證殼牌氣化爐運(yùn)行安全，降低意外事故發(fā)生率，使氣化爐的運(yùn)行效率提高。

3.1 A1區(qū)域出現(xiàn)的酸性水腐蝕問(wèn)題

殼牌氣化爐內(nèi)部運(yùn)行壓力和溫度的變化能夠加劇腐蝕作用，是腐蝕速率加快的主要原因。因此，針對(duì)A1區(qū)域腐蝕問(wèn)題的保護(hù)，需要嚴(yán)格控制氣化爐內(nèi)部運(yùn)行壓力和溫度，保證壓力和溫度能夠始終保持在正常范圍之內(nèi)，防止因溫度和壓力變化過(guò)大導(dǎo)致水相問(wèn)題出現(xiàn)。與此同時(shí)，因?yàn)樵估鋮s水堵塞會(huì)導(dǎo)致溫度升高，所以在日常管理過(guò)程中需要注意冷卻水的通暢性，如果出現(xiàn)了堵塞問(wèn)題需要第一時(shí)間修復(fù)，防止出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間堵塞現(xiàn)象，能夠降低腐蝕速率，從而對(duì)氣化爐能夠發(fā)揮出很好的保護(hù)作用。

針對(duì)腐蝕問(wèn)題預(yù)防和處理提出以下幾點(diǎn)操作：①選擇合適的抗堿腐蝕計(jì)量裝置，使用堿液實(shí)現(xiàn)酸堿中和處理，并且在氣化爐開(kāi)始使用之前，加熱N2進(jìn)行滌塔，掃除腐蝕性的影響，這直接關(guān)系到清洗效果，確保殼牌氣化爐的使用更加合理。②在氣化爐使用過(guò)程中，應(yīng)該做好循環(huán)水的質(zhì)量控制，主要是控制好循環(huán)水的pH值，要求循環(huán)水pH值控制在6.5～7.5，氯離子控制在1×10-6mol/L之內(nèi)，這樣可以減少對(duì)殼牌氣化爐氣化的影響，提升解決效果。通過(guò)相關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕性問(wèn)題的控制。③可以選擇使用緩蝕劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)殼牌氣化爐的酸性腐蝕控制。也能夠最大程度地提升酸性處理效果。采用小劑量緩蝕劑即可減少腐蝕作用。

3.2 A2入孔合成氣側(cè)存在的問(wèn)題

導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)問(wèn)題的因素較多，需要采用不同的方法。燒嘴、燒嘴罩、燒嘴端蓋零部件沒(méi)有保護(hù)措施，所以腐蝕程度較大，可以針對(duì)這些零部件加裝保護(hù)，使其表面能夠具有防止腐蝕作用的保護(hù)膜，從而能夠降低腐蝕速率，減少腐蝕問(wèn)題的發(fā)生。保護(hù)裝置還能夠防止?fàn)t渣飛濺對(duì)燒嘴等區(qū)域的影響，使燒嘴區(qū)域的腐蝕速率降低，防止出現(xiàn)較大腐蝕孔洞、凹坑等問(wèn)題。腐蝕疲勞主要是因?yàn)闅づ茪饣癄t在燒嘴內(nèi)孔方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠科學(xué)，導(dǎo)致局部受熱溫度較高，所以需要優(yōu)化殼牌氣化爐燒嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其受熱更加合理，避免局部溫度過(guò)高的問(wèn)題出現(xiàn)。氮化作用也是導(dǎo)致氣化爐出現(xiàn)較大問(wèn)題的主要原因之一，因此需要做好氮化保護(hù)處理，防止出現(xiàn)大面積的滲氮層，滲氮層會(huì)導(dǎo)致金屬基體更加脆弱，所以需要增加隔離裝置，防止氮化作用發(fā)生，從而能夠?yàn)闅饣癄t運(yùn)行安全提供良好的保護(hù)。

燒嘴罩是入孔合成氣側(cè)問(wèn)題的主要影響因素，所以做好對(duì)燒嘴罩實(shí)效問(wèn)題的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)入孔合成氣側(cè)的影響控制。①可以相應(yīng)增加氮?dú)饧訜嵫b置，氮?dú)饧訜嵫b置應(yīng)用之后，實(shí)現(xiàn)了煤粉溫度的提升，要求煤粉溫度>80 ℃，減少煤粉的流失量，要求其流失量控制在5%之內(nèi)。②針對(duì)煤粉質(zhì)量進(jìn)行提升，可以使用人工初檢和過(guò)濾的方式對(duì)煤粉進(jìn)行過(guò)濾， 減少纖維材料堵塞角閥，提升煤粉的流動(dòng)性。③燒嘴罩也存在腐蝕性問(wèn)題，應(yīng)該控制好鍋爐水的pH值，要求鍋爐水的pH值在9～10，磷離子約為30×10-6，水處理溶解氧含量更多，也能夠減少腐蝕。

3.3 A11入孔合成氣側(cè)沖刷腐蝕的問(wèn)題

需要加強(qiáng)對(duì)A11入孔合成氣側(cè)的日常巡檢，當(dāng)沖刷腐蝕導(dǎo)致?lián)Q熱管管壁厚度減少到一定程度時(shí)，需要立即開(kāi)展修復(fù)工作，從而使其管壁厚度恢復(fù)正常，防止因管壁過(guò)薄出現(xiàn)重大安全事故。

氣化爐使用過(guò)程中，還應(yīng)該做好其使用注意事項(xiàng)的綜合完善，把控氣化爐的使用要點(diǎn)，提升氣化爐使用效果。要求控制生產(chǎn)符合在40%～120%，才能夠保證氣化爐的使用效果；做好低溫環(huán)境下的控制，如在0 ℃條件以下，要求氣化爐在啟停控制中需要使用防凍液。

綜合來(lái)看，企業(yè)在使用殼牌氣化爐過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注A1入孔、A2入孔、A3入孔以及A11入孔區(qū)域的日常巡檢和維護(hù)，從而能夠提高氣化爐運(yùn)行安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合KX企業(yè)殼牌煤氣化裝置氣化爐存在具體的問(wèn)題分析，對(duì)其問(wèn)題產(chǎn)生的原因做了深入研究，并提出一些有效的應(yīng)對(duì)保護(hù)措施，希望能夠?qū)ξ覈?guó)相關(guān)企業(yè)使用殼牌煤氣化裝置氣化爐起到一定的借鑒和幫助作用，提高氣化爐安全運(yùn)行水平。