Texaco煤氣化爐激冷環(huán)失效原因分析及對策

第1期(總第170期)煤化工No.1(Total No.170)2014年2月Coal Chemical IndustryFeb. 2014Texaco煤氣化爐激冷環(huán)失效原因分析及對策李聿菅(中國石化齊魯分公司第二化肥廠(chǎng),山東淄博 255400)摘要介紹了Texaco煤氣化爐激冷室的工作機理。結合齊魯Texaco 煤氣化爐激冷環(huán)的結構特點(diǎn)和使用狀況,闡述了激冷環(huán)的主要失效模式及危害,從高溫燒蝕、結垢堵塞、沖刷腐蝕等方面進(jìn)行了失效機理分析;提出了提高材料的性能參數、控制激冷環(huán)加工質(zhì)量、應用激冷環(huán)的隱蔽技術(shù)、穩定工藝操作、改普激冷水質(zhì)、加強定期維護等對策措施,以延長(cháng)激冷環(huán)的使用壽命,實(shí)現煤氣化裝置的長(cháng)周期運行。關(guān)鍵詞Texaco煤氣化爐,激冷環(huán),失效模式,機理,對策措施文章編號:005- 9598 (2014)-01-0039-04中圖分類(lèi)號 :T0545文獻標識碼:B中國石化齊魯分公司第二化肥廠(chǎng)煤氣化裝置采Texaco煤氣化爐激冷室的工作機理用美國GE公司Texaco煤氣化技術(shù),3臺φ2 800皿氣化爐,日投煤量1 700 t,每小時(shí)產(chǎn)有效氣(C0+H)Texaco煤氣化爐的燃燒室與激冷室合為一體,激10萬(wàn)m/h,用于33萬(wàn)t/a丁辛醇0X0合成原料氣,同冷環(huán)是二者之間的連接通道。在燃燒室內,水煤漿與時(shí)生產(chǎn)50 000 m/h氫氣外供。該裝置于2008年10氧氣混合后，在1 350 C左右的溫度下進(jìn)行氣化反月24日投產(chǎn),是中石化繼金陵、南化之后再次采用水應。反應后的高溫粗合成氣和熔融態(tài)的灰渣經(jīng)激冷環(huán)煤漿氣化裝置,也是國內繼渭化、惠生公司等之后采出氣化爐燃燒室,沿下降管進(jìn)入激冷室,與水直接接用Texaco 6. 5 MPa水煤漿氣化技術(shù)的裝置。觸,同時(shí)發(fā)生相變和熱質(zhì)傳遞。激冷室主要由激冷環(huán)Texaco水煤漿加壓氣化是潔凈煤氣化技術(shù)之一，和下降管兩部分組成,激冷環(huán)與燃燒室底部托磚板連具有高效、低污染、易自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn),核心設備氣化接固定,隱蔽于錐底磚的保護之下;下部與下降管連爐是整個(gè)裝置中關(guān)鍵設備，其運行工況極為苛刻,高接,引導高溫熔渣和氣體進(jìn)人激冷室水中。激冷水泵溫(1 350 C)高壓(6.5 MPa)、強還原氣氛和液態(tài)酸從炭黑洗滌塔底部,把激冷水送人激冷環(huán),激冷水經(jīng)性排渣,并伴隨著(zhù)固體、液體、氣體的高速沖刷，且在激冷水室36個(gè)布水孔噴射進(jìn)人激冷室，迅速降低激開(kāi)停車(chē)時(shí),有較大的溫度和壓力波動(dòng)等。激冷環(huán)是連冷環(huán)表面溫度,激冷水溫略為上升,再由8.9 m寬的接燃燒室和激冷室的通道,一旦失效 ,會(huì )在激冷環(huán)附環(huán)形槽縫流出,沿下降管內表面呈膜狀下流，與工藝近結渣堵塞通道,使高溫粗合成氣和液態(tài)熔渣發(fā)生偏氣并流接觸。該水膜避免了高溫氣流與下降管直接接流，加劇對激冷環(huán)和下降管的高溫燒蝕和沖刷磨損,觸,達到保護下降管的目的。經(jīng)過(guò)激冷室后,工藝氣溫大大降低其使用壽命,影響氣化爐操作的穩定性和煤度急劇降低并增濕，同時(shí)除去大部分炭黑和灰渣,以氣化系統的運行周期。滿(mǎn)足后續工段的需要。本文根據煤氣化爐激冷室的工作機理和激冷環(huán)的結構特點(diǎn)，結合齊魯煤氣化裝置激冷環(huán)的使用狀2Texaco激冷環(huán)結構特點(diǎn)及使用情況況,找出其主要的失效模式,并通過(guò)原因分析,提出延長(cháng)激冷環(huán)使用壽命的措施,從而實(shí)現煤氣化裝置的長(cháng)2.1激冷環(huán)結構特點(diǎn)周期穩定經(jīng)濟運行。齊魯Texaco煤氣化爐采用“C型'激冷環(huán)(見(jiàn)圖收稿日期:2013-10-26中國煤化工，, 主要從事煤作者簡(jiǎn)介:李聿營(yíng)(1972- ),男,山東昌樂(lè ),高級工程師,碩士,1994年本科畢MYHCNMH G化工設備技術(shù)管理工作, E-nail:qlehjdb@163. com2014年2月李聿營(yíng):Texaco煤氣化爐激冷環(huán)失效原因分析及對策41 -周期較長(cháng),作業(yè)難度大,檢修費用高;系統開(kāi)停車(chē)又對冷環(huán)的堵塞,造成氣化爐液位不穩定,又使粗合成氣氣化爐爐磚的使用壽命及激冷水系統堵塞影響大,且帶有大量的灰水進(jìn)人洗滌塔，增加洗滌塔下部灰量，浪費嚴重。發(fā)生堵塞,形成惡性循環(huán)[2。3.2 失效機理當煤氣化裝置開(kāi)停車(chē)及系統生產(chǎn)負荷波動(dòng)時(shí),容3.2.1 高溫燒蝕易造成激冷水管線(xiàn)內垢體脫落,并與系統內的灰渣一Texaco激冷環(huán)隱蔽于錐底磚之下，避免與高速流起在如激冷環(huán)布水孔等口徑較小的位置局部積聚,形動(dòng)的高溫氣體和熔融態(tài)的灰渣直接接觸。當錐底磚發(fā)成堵塞,造成激冷水量大幅下降,嚴重時(shí)會(huì )造成裝置生燒蝕損壞，導致渣口擴大,就會(huì )使激冷環(huán)半圓環(huán)管停車(chē)。表面暴露在通道之中,造成高溫燒蝕。3.2.3沖刷腐蝕 .Incoloy825為固溶奧氏體材料,屬鐵基超耐熱合沖刷腐蝕是金屬表面與腐蝕流體之間由于高速金,液相線(xiàn)溫度1400C,固相線(xiàn)溫度1370C,極限相對運動(dòng)而引起的金屬損壞現象,是材料受沖刷和腐耐熱1000C。因此,當激冷環(huán)外環(huán)迎火面溫度大于蝕交互作用的結果，是一-種危害性較大的局部腐蝕,1000C時(shí),將引起迎火面過(guò)熱,甚至表面熔化。激冷是存在氣/液/固三相介質(zhì)流的激冷水循環(huán)系統中環(huán)金相組織的變化反映了材料在高溫條件下的冶金最普遍的一種腐蝕機理。由于激冷水含有一定量的固不穩定性和氣化爐內介質(zhì)為滲碳和強氧化交替進(jìn)行。體灰渣顆粒以及存在大量的HS、CN、NH,"和C1-等腐高溫下碳氫化合物、氫及水蒸氣容易造成材料滲碳;蝕性離子,在流出激冷環(huán)布水孔時(shí),容易造成布水孔、粗煤氣和熔渣中硫化物與含鎳材料在800 C以上時(shí),布水內環(huán)以及半圓環(huán)管的沖刷磨損,導致內部材料表可產(chǎn)生低熔點(diǎn)的NiS(熔點(diǎn)810 C)和NisSr(熔點(diǎn)787面暴露在腐蝕性流體中，進(jìn)一步加劇上述部件的失C)，甚至與Ni形成共晶點(diǎn)為645 C的Ni-NisS2,導效,使激冷室內水流導向逐漸改變,水分布不均勻;激致金屬沿晶開(kāi)裂"。冷水布水偏流,又對激冷環(huán)半圓環(huán)管內壁形成局部沖另外,激冷環(huán)半圓環(huán)管外環(huán)迎火面承受大于1000C刷腐蝕，繼而在高溫燒蝕以及熱應力循環(huán)作用下,使高溫,內表面則受到240C激冷水的冷卻,存在熱應半圓環(huán)管成為激冷環(huán)最薄弱的環(huán)節。力作用。同時(shí)由于在裂紋內部形成的氧化物和硫化物體積比原金屬體積大2~3倍,導致了裂紋尖端應力集:4對策措施中,加速了裂紋擴展。在氣化爐開(kāi)停車(chē)爐溫較低時(shí),奧氏體材料表面硫化物與空氣和水容易產(chǎn)生連多硫酸4.1提高材料的性能參數腐蝕,對激冷環(huán)的開(kāi)裂起促進(jìn)作用。選用優(yōu)質(zhì)Incoloy825 材料,其中Ni質(zhì)量分數≥3.2.2激冷環(huán)堵塞40%,Fe質(zhì)量分數≥22%,鉻鉬含量控制在標準范圍之原料煤中存在一定量的鈣、鎂礦物質(zhì),原料成漿，內,布氏硬度HB≥190;為降低激冷環(huán)各部件的沖刷氣化后,均以Ca2*、Mg2*形式存在于灰水中,造成灰水腐蝕速率,對半圓環(huán)管內壁、布水內環(huán)以及36Xφ14總硬度偏高;而煤氣中的CO2溶于灰水中形成CO32-、m布水孔采取表面噴涂硬質(zhì)合金防護層，使In-HCO3~,在240C高溫條件下,會(huì )促進(jìn)CaCO3、MgCO,的生colay825材質(zhì)表面硬度HB≥360,有效地增強了關(guān)鍵成。從變換單元返回的高壓冷凝液中氨含量較高,這部件抗沖刷磨損能力。部分水通過(guò)洗滌塔進(jìn)人灰水系統中,造成激冷水系統.2 關(guān)鍵尺寸參數控制pH值升高;在激冷水系統中氨逐漸濃縮,總堿度不斷激冷環(huán)制作加工過(guò)程中,關(guān)鍵尺寸參數控制是決升高,HCO3轉化為C03-,隨著(zhù)CO3-的濃度增加,促使定激冷環(huán)使用壽命和水分布效果的最重要的影響因Ca"、Mg2*生成CaCO3、MgCO,使得包括激冷環(huán)布水孔在素。圖1中布水內環(huán)軸線(xiàn)與大法蘭基準面高度h.布內的激冷水系統容易產(chǎn)生結垢而堵塞，造成激冷水流水孔與加工清洗孔軸線(xiàn)夾角a、加工清洗孔軸線(xiàn)與激量下降。冷環(huán)直徑夾角β是激冷環(huán)最重要的加工控制參數,這另外,Texaco煤氣化爐反應產(chǎn)生的大量煤灰和未些設計尺寸參數有效地減小了激冷水對半圓環(huán)管及反應的殘炭細微顆粒隨粗合成氣進(jìn)人洗滌塔,部分通布水內環(huán)的沖擊角度和速率,并使得激冷水產(chǎn)生旋轉過(guò)洗滌塔底黑水進(jìn)人激冷水系統,形成懸浮物。如果流動(dòng)，延長(cháng)澹中國煤化工布的效果;半圓洗滌塔底堵塞,使塔內積聚下來(lái)的細灰無(wú)法排出,大環(huán)管與下降TYHCN MH G下降管的水膜量細灰隨洗滌塔循環(huán)泵送人氣化爐激冷環(huán),加劇了激厚度。 在保證激冷水量的前提下,采用36個(gè)φ14 m-42-煤化工2014年第1期布水孔,能有效地增加水分布的均勻度。加劇了對激冷環(huán)關(guān)鍵部件的沖刷腐蝕。4.3 激冷環(huán)隱蔽技術(shù)4.5.2改善灰水水質(zhì) ,控制好閃蒸系統的真空度,保激冷環(huán)隱蔽技術(shù)是利用Texaco煤氣化爐錐底渣證閃蒸效果;對絮凝劑、分散劑的加入量進(jìn)行及時(shí)調口尺寸小于激冷環(huán)直徑的特點(diǎn),使其半圓環(huán)管迎火面整,穩定灰水沉降槽的操作,保證沉降效果,降低灰水隱蔽于爐磚之下,可以避免高速流動(dòng)的高溫粗合成氣中灰渣固體顆粒含量;對灰水系統保持適度的外排量,以及熔融態(tài)的灰渣與激冷環(huán)的直接接觸，受熱方式由降低灰水系統的總硬度和氨氮濃度,及時(shí)補充脫鹽水,直接沖刷變?yōu)檩椛?其表面溫度可降至600 C左右，使系統一直處 于相對潔凈的狀態(tài);定期檢測高壓灰水從而減少對激冷環(huán)的高溫燒蝕和沖刷腐蝕,有效延長(cháng)泵出口懸浮物含量,及時(shí)對系統操作進(jìn)行調整。其使用壽命。當錐底磚排渣口燒蝕變大時(shí)，要及時(shí)進(jìn)4.5.3控制好激冷水系統的 pH值,保證pH值在合適行停爐更換,對激冷環(huán)進(jìn)行保護。因此,延長(cháng)錐底磚使的范圍，降低系統總堿度，減少Ca2"、Mg2"生成CaCO3、用壽命,可以提高激冷環(huán)的運行周期。MgCO3,減緩激冷水系統的結垢2。4.4加強工藝操作的穩定性4.6 定期維護管理4.4.1加強工藝操作的穩定性， 合理控制氣化爐負4.6.1定期對激冷 水系統進(jìn)行沖洗維護。定期拆下激荷、操作溫度以及連投次數,避免氣化爐高溫區的過(guò)冷環(huán)36個(gè)加工清洗工藝孔絲堵,逐個(gè)對應布水孔進(jìn)行度下移,從而降低熔渣溫度,減少錐底磚渣Q的蝕損,高壓水沖洗,并用塞棒確認清洗質(zhì)量;打開(kāi)激冷水過(guò)濾有效地防止激冷環(huán)與高溫熔渣的接觸燒蝕。器、斷開(kāi)激冷水管線(xiàn),進(jìn)行高壓水清洗檢查,確保管線(xiàn)4.4.2嚴格控制好氣化爐液位, 防止氣化爐粗煤氣內無(wú)垢體殘留物;在線(xiàn)進(jìn)行激冷環(huán)水分布試驗,從燃出現帶水、帶灰現象,使灰渣在粗合成氣洗滌塔內沉燒室內觀(guān)察水分布情況，確認下降管內形成持續均勻積,避免影響激冷水水質(zhì)。水膜;確認激冷環(huán)絲堵及進(jìn)水管線(xiàn)連接法蘭無(wú)泄漏。4.4.3加強工藝運行參數的控制，減少氣化爐開(kāi)停4.6.2定期對 激冷環(huán)半圓環(huán)管迎火面及下降管進(jìn)行車(chē)次數,避免工藝參數的大幅波動(dòng)對激冷水管線(xiàn)的沖測厚和著(zhù)色滲透無(wú)損檢測,及時(shí)消除表面裂紋,并對擊而造成激冷水系統的管線(xiàn)垢體脫落,導致激冷水量局部減薄部位進(jìn)行補焊處理。下降或激冷環(huán)的堵塞;重點(diǎn)加強對氣化爐工藝燒嘴、4.6.3對氣化爐 錐底磚的使用情況進(jìn)行檢查,嚴格耐火磚激冷環(huán)以及特殊工藝閥門(mén)等關(guān)鍵設備的技術(shù)按照錐底磚使用壽命控制氣化爐系統運行時(shí)間,定期攻關(guān),有效延長(cháng)其使用壽命,提高煤氣化爐運行周期。，更換,避免對激冷環(huán)造成高溫燒蝕。4.5 改善激冷水水質(zhì)4.5.1嚴格控制煤質(zhì) ,選擇低灰熔融性溫度、低灰分參考文獻:原料煤。煤的灰熔融性溫度高,導致氣化爐提溫操作，[1]李美栓.金屬的高溫腐蝕[M].北京:冶金工業(yè)出版社,造成激冷水系統溫度升高,Ca2* 、Mg*大量析出，加速2001.系統結垢堵塞;灰分含量高,也相應造成激冷水系統[2]李聿營(yíng). Texaco煤氣化激冷水系統問(wèn)題分析及對策灰渣顆粒含量增加,容易產(chǎn)生灰渣積聚堵塞,同時(shí)也[J].齊魯石油化工,2013 ,41(2): 103-108.Cause Analysis of the Quench Ring Failure of the Texaco Coal Gasifier and Its CountermeasuresLi Yuying(The Second Chemical Fetilizer Plant of Sinopec Qilu Branch, Zibo Shandong 255400, China)Abstract The working mechanism of the quench room of the Texaco coal gasifier was introduced, the key failuremode and its resulting harm of the quench ring was expounded based on the structural features and service conditions ofthe quench ring of the Qilu Texaco coal gasifier. The failure mechanism was analyzed in terms of high temperature abla-tion, fouling/plugging, erosion/corrosion, etc. The life time of the quench ring was extended after improving the materialperformance parameters, controlling its processing quality, applying its concealed technology, stabilizing the process opera-tion, improving the quenching water quality, strengthening routine maintenan中國煤化工riod operation ofthe coal gasifer was realized.:YH. CNMHGKey words Texaco coal gasifier, quench ring, failure mode, mechanism, countermeasures