水煤浆气化炉激冷环损坏的问题分析与改造

刘立国，张晓北

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154111）

气化炉是水煤浆加压气化装置的核心设备，而激冷环是气化炉的核心部件，气化炉的稳定运行关系到整套气化装置的稳定运行。激冷环的作用是将气化炉燃烧室出来的粗煤气进行冷却。粗煤气夹带燃烧后的灰渣，经过激冷环和下降管，被激冷水降温洗涤除渣，然后通过水封由上升管与下降管之间的通道，到达托砖锥体后，流出气化炉。由于激冷环的位置处于高温区域，并且不断的被激冷水冲刷，容易造成损坏，所以需要定期检查、维修更换，损耗大量的人力、物力和财力。文中对气化炉激冷环损坏的相关问题进行阐述和分析，并提出了相应的解决对策。

1 问题的提出

中海石油华鹤煤化有限公司3052 项目配备3 套水煤浆气化炉系统，2015 年4 月开车投料运行，2016 年3 月和6 月在备炉检修期间均检查发现激冷环圆弧形挡水板被冲刷出孔洞（图1），且厚度减薄。这样激冷水就会从破损的孔洞喷出，无法在下降管内壁形成有效的保护水膜，容易使下降管损坏。更换一套激冷环和下降管的费用约为41 万元，且工作量大，耗费大量的人力、物力及财力，且对备炉的检修周期带来巨大影响。

2 问题分析

2.1 激冷环的结构及工作原理

（1）主要结构。原始激冷环设计为“C 型”激冷环，主要由4 根激冷水进水总管、半圆环管挡水板、布水内环和激冷水室、连接法兰等部件构成。结构示意图见图2。

图2 原始开车激冷环结构与改造后对比示意图

（2）工作原理。激冷环是高温的炉渣和粗煤气的下降通道，引导粗煤气与炉渣的混合物同下降管下部的水充分接触，从而完成激冷过程，与此同时，粗煤气和炉渣气固两相进行分离。由于炉渣和煤气的温度都很高，达1100 ～1300℃，且炉渣遇水而温度降低后容易产生粘结。来自4 条供水管的激冷水进入激冷水室，在该处形成相同的水压，然后经圆周均匀排列的多个径向布水孔冲击进入半圆形布水环管，从半圆布水环管（挡水板）与下降管之间的缝隙（环隙）流下。激冷环布水孔进水方向与激冷环中心轴线有一定的角度，经布水内环折流发散，从而有效地减轻了激冷水对半圆环管的冲刷，也使得激冷水在半圆环管内旋转流动，通过环隙后，在下降管内壁上形成旋转向下的水膜，更有利于保护下降管。半圆环管挡水板采用整体锻件加工，其与下降管之间环隙的控制尺寸为8mm，保证下降管内壁上水膜厚度均匀。激冷水室则是由整体锻件加工而成。

2.2 分析

激冷环设计为Incoloy 825 材质，属铁级超耐热合金锻件，在氧化、还原的环境下都具有抗酸和碱金属腐蚀性能。是钛稳定化处理的全奥氏体镍铁铬合金，并添加了铜和钼。激冷环与气化炉锥型底部采用法兰连接的形式，其下部焊接下降管，四周对称均匀分布4 根激冷水弯管，作为激冷水流入的通道。在使用过程中，激冷环主要的损坏表现形式有3 种：激冷环圆弧形挡水板向火面由于冲刷及腐蚀会损坏出现孔洞；激冷环孔道由于气化黑水中夹杂固体颗粒导致堵塞；激冷环的出水环隙变形，最后导致堵塞。

激冷环圆弧形挡水板的向火面出现孔洞，是由于激冷环向火面承受着气化炉运行时生产的高温粗煤气的直接冲刷，同时内壁还承受着介质的高温和激冷水的冲刷，加之煤气中含有H2S 腐蚀作用，以及激冷环布水孔的堵塞，激冷水就会分布不均及流向改变，某些部位就会产生冲蚀孔洞。激冷环内部孔道的堵塞现象也比较常见，主要是由于介质中所含大量的固体颗粒进入孔道所造成。设计时都会在激冷水进入气化炉之前，安装激冷水过滤器对其进行过滤，滤网孔的直径通常为6mm，激冷环喷水孔通常为8mm，通常情况下按照孔径来看是否会堵塞激冷环孔道，但是由于介质中大量的细小颗粒会在管道内壁长时间积累结垢，使孔道变小以及结垢，其脱落就会堵塞喷水孔。环缝变形的主要原因是在热应力的长期作用下，金属材料会发生变形，从而使部分位置的环缝变小而发生堵塞。

由于激冷环补水管或环隙堵塞，或档水板出现孔洞，导致下降管内壁水量不足，水膜形成不完整，从而使下降管被保温粗煤气与渣直接冲刷，导致变形损坏。

3 处理措施

针对以上分析，对激冷环的结构采取以下改进措施。

3.1 挡水板改造

原激冷环挡水板由于现场挡水板受损比较严重，冲蚀出的孔洞较多，且整体厚度变薄，应对挡水板进行更换，并且将原设计的C 形挡水板结构进行改进，改为方形挡水板，同时保证内部水通道的型面，并保证挡水板的厚度最薄处不小于12mm，激冷环挡水板采用INCOLOY825 整体锻件加工而成，具体形式见图3。

图3 激冷环挡水板改造前后对比

改造后，可有效增加激冷环挡水板的耐冲刷性能，大大增加激冷环的使用寿命。

3.2 增加清洗孔

由于每次检修高压水枪，对于激冷环内部流道的清洗可能存在死角或清洗不充分，所以对原激冷环的4个进水孔的中间位置，均增加4 个清洗口，防止内部流道堵塞使激冷水分布不均。清洗口规格采用2 寸法兰盖，采用MFM 面，缠绕垫密封D0220，并对开孔位置进行补强，具体形式见图4。改造后，可保证激冷环内部流道的高压清洗更充分、更彻底，保证内部通道的流畅，有效防止堵塞和急冷水分布不均的状况。

3.3 清洗孔丝堵加长

由于原激冷环设计周边的丝堵较短，且在凹槽内被坚硬的灰渣掩盖，每次检修时拆卸困难，耗费大量时间，此处改造为加长的新型丝堵，丝堵采用316L 材料，如图5 所示。

图4 激冷环均布增加4 个清洗孔

图5 激冷环丝堵改造

改造后，丝堵的拆装较为方便、快捷，省时省力，大大提高工作效率，缩短检修时间。

4 结语

目前中海石油华鹤煤化有限公司3 台气化炉共6 台激冷环，已改造完成5 台，并在备炉期间对前期改造过的运行2 年多的激冷环进行了检查和检测，外观完好，厚度无明显变化。通过1 年多的实际运行来看，达到了改造目的，为公司生产运行“安、稳、长、满、优”提供了有力保证，每台激冷环的改造费用仅4.5 万元，用小投入换来了大效益，而且可以节省拆装更换激冷环及下降管的8 天检修时间和工作量，为公司节约成本，保证设备长周期稳定运行，取得理想的成效。