水煤浆气化炉筑炉施工质量控制

张永明

(中石化第五建设有限公司，广东 广州 510145)

某煤化工公司采用的是美国GE公司的水煤浆加压气化炉(结构形式见图1)，共7台。水煤浆气化炉是高温(1 350 ℃以上)、高压(6.5 MPa)的反应设备，炉体燃烧室壳内径φ3 200 mm，内衬耐火材料，衬里结构见图2。炉膛完成衬里后，中段为竖向直筒，顶部为球形拱顶，下部渣口为收缩的锥形结构，即锥底。竖向直筒砌筑完成后的直径为φ2 134 mm，高度8 317.5 mm，从向火面向里依次为热面砖、背衬砖、隔热砖和可压缩层(膨胀材料)。球形拱顶和锥底的衬里结构从向火面向里依次为热面砖、背衬浇筑层和可压缩层。在气化炉运行时，蚀损最严重的部位是直接接触高温高压介质的热面砖。

图1 气化炉总体结构

图2 气化炉筑炉模型

气化炉工作过程中，其高温、高压反应主要是在耐火材料砌筑的燃烧室内进行，耐火砌筑层既要经受高温、高压、潮湿等环境，还要承受低粘度、高流速、具有一定还原性的工艺介质的冲刷，部分区域直接与火焰接触容易引起过烧【1】，气化炉耐火砖会出现不同程度的块状剥落、烧蚀损坏、冲蚀损坏和机械损坏等。因烧嘴不定期更换等引起气化炉的停车、开车则会使耐火浇筑料不定期承受冷热交替载荷，若浇筑料的膨胀缝施工不均，可引起浇筑料的挤压开裂或脱落等，因此气化炉筑炉施工质量控制对于气化炉的“安”、“稳”、“长”、“优”运行起着至关重要的作用。

1 筑炉质量控制要点

气化炉筑炉质量主要由三个关键因素决定，即气化炉设备制造、安装质量，满足工况要求的筑炉材料和科学的施工方法。控制好这三个关键的因素，气化炉筑炉施工质量就能得到很好的保证。

2 筑炉料选择和验收

2.1 筑炉料的选择

正确选择使用性能优良的筑炉料是保证筑炉质量的基础。气化炉筑炉用耐火材料要有好的抗熔渣侵蚀性和渗透性、较高的热态强度和较好的高温体积稳定性。该装置气化炉的筑炉结构及材料性能如下：

1) 热面砖选用致密铬铝锆异型砖，能很好地保护隔热层，以防被熔渣侵蚀、熔蚀，氢侵蚀、蒸汽侵蚀及火焰烧损等。

2) 背衬砖选用致密铬刚玉砖。致密铬刚玉砖具有较高的强度、热抗震稳定性、耐磨性、耐冲刷性和耐侵蚀性。因致密铬刚玉砖具有较高的强度，球形拱顶支撑主要靠背衬砖。

3) 隔热砖选用特种氧化铝空心球耐火砖。因砖内充满着大量细小的空心，可有效防止热传导，故而具备很好的绝热性能，可有效减少炉内热量的损失和降低金属壳体外壁温度。

4) 可压缩层选用耐火陶瓷纤维制品，在耐火砖受热时被压缩，吸收砖向外的膨胀量；同时耐火陶瓷纤维制品的隔热性能好，可有效减少炉内热量的损失和降低金属壳体外壁温度。

5) 拱顶和锥底背衬部位选用铬刚玉浇注料。铬刚玉浇注料能满足整体性、气密性、抗气体侵蚀性，且具有一定的可压缩性。

2.2 筑炉料的验收

气化炉的筑炉料分为定型和不定型两种，材料进场要做好验收工作，特别是不定型材料【2】。需认真核对材料的质量证明文件、使用说明书等资料，以及牌号、规格尺寸、等级、时效性、砖的平整性等。对材料的质量存在异议时，应委托第三方进行复验且要求复验结果合格。同时要做好筑炉材料的保管、存放等工作，防止材料受潮。

3 气化炉制造及安装质量控制

3.1 气化炉制造质量控制

气化炉壳体的制造精度直接影响着后续筑炉质量，如壳体的制造精度达不到要求，就不能保证燃烧室气化反应的正常工作条件。烧嘴与壳体的轴线偏差也会导致内部衬里烧损，进而造成燃烧室外部壳体超温，降低衬里的使用寿命。因此，设备制造时要严格控制气化炉筒体的圆度、直线度、中心线偏差、烧嘴接管与壳体的同轴度偏差以及设备筒体的总直线度。上述指标应符合表1的规定。设备到场后在安装前应再次测量上述指标。

表1 气化炉制造质量控制项目 mm

3.2 气化炉安装质量控制

气化炉的安装质量直接影响筑炉质量，尤其是垂直度。在安装过程中，调整气化炉的垂直度时，不能仅依靠气化炉的外壁来找正，要设置气化炉砌筑中心线，利用上口法兰和底座法兰制作安装中心线定位板，采用直径为1.5 mm细钢丝绳(一头带有张紧弹簧)作为筑炉中心参考线，通过调整中心参考线的垂直度来找正气化炉垂直度。气化炉的安装垂直度偏差不得大于14 mm。

4 筒体部位筑炉的质量控制

筒体部位筑炉的工序是先清理筒体内壁，然后在筒体内壁粘贴一层20 mm厚的陶瓷耐火纤维可压缩材料，再用刚玉耐火泥砌筑隔热砖，之后砌背衬砖和向火面砖。筒体部位的砌筑量最大，对筒身砌筑圆度、直线度、中心线偏差等都有严格要求。筒身的筑炉的质量控制应从以下几个方面进行控制。

4.1 清理筒体内壁

在筑炉前，将筒体内壁表面的铁锈、灰尘、油脂等附着物清理干净，使耐火陶瓷纤维层能粘接更紧密牢靠。

4.2 设置气化炉砌筑中心线

砌筑前应设置气化炉砌筑中心线，利用进料口法兰和底座法兰制作安装中心线定位板，采用直径为1.5 mm细钢丝绳胀线(一头带有张紧弹簧)作为轴向中心线，以便于砌筑时径向的对准，从而保证砌筑尺寸。

4.3 托砖板的质量检查

砌筑前检查托砖板的位置及尺寸是否符合设计文件。托砖板的平行度应<3 mm。如果平行度超标，需要进行修平处理。修理最好采用冷修理，如确实需要采用热修理，在修理过程中需严格监控，不能对筒体等造成损伤。

4.4 砌筑的质量控制

4.4.1 陶瓷耐火纤维的粘贴

粘贴胶要均匀地涂刷在筒体内壁上，自下而上粘贴陶瓷耐火纤维。粘贴要紧密牢靠，与设备之间不能有中空；纵缝接头处切割要精准，且对接紧密，不能有空洞等。层与层之间的纵缝要均匀错开，层与层之间的环缝要对接紧密。

4.4.2 砌筑顺序

隔热砖、背衬砖、热面砖都需用相兼容的高铬耐火泥来砌筑。每层按照先砌筑隔热砖、再砌背衬、最后砌筑热面砖的顺序进行。

4.4.3 砖的精确加工

铬铝锆砖和铬刚玉砖切割加工非常困难。筒体上的热电偶、烧嘴和拱顶等部位的形状较复杂，耐热砖砌筑前要测量准确，必要时需对砖进行加工。加工前在砖上画好切割线，加工应采用小型移动式切砖机或碳化硅(或金刚砂)合成的砂轮片慢速精确切割，坚决杜绝人工剔凿的加工方法。

4.4.4 砖缝的控制

砖缝可以吸收部分膨胀量，但若砖缝过大，部分耐火泥就会形成熔渣，加速对砖的侵蚀。筒体的砖缝宽应为1.0～1.5 mm，最大不得超过 1.6 mm，同时砖缝泥浆的饱满度应大于90%。每层隔热砖、背衬砖、热面砖的纵向砖缝应均匀错开。

4.4.5 膨胀缝的控制

膨胀缝位置、缝宽的施工必须严格按照图纸进行。当膨胀缝过大时，高温气体易产生窜气而造成壳体超温；若膨胀缝过小，则耐火砖由于热膨胀会受到巨大挤压而造成破坏。膨胀缝宽误差应控制在±1 mm，且要保持胀缝内清洁，不得有耐火泥等杂物。

4.4.6 砌筑过程的测量

砌筑前，按照隔热砖、背衬砖、热面砖的内半径制作标准量杆。砌砖时，量杆一端与砖面接触，另一端与中心线轻轻接触。在这个测量过程中，要保持量杆水平。每层砌筑结束后，用量杆对整层砖进行一次测量，确保每层砖内径的尺寸准确。

每砌筑5层砖用水平尺(一般用鱼雷式水平)测量一次单个砖以及相邻砖的平整度和高度以及整个炉环的水平度。每砌筑10层砖，用水准仪测量整个炉环的水平度。筒体全部砌筑完毕，检查复核整个筒体的砌筑质量及尺寸，符合要求后再砌筑拱顶和锥底。

5 拱顶部位筑炉的质量控制

气化炉拱顶形状的特殊性以及顶部烧嘴的结构等都加大了拱顶部位筑炉的难度。在气化炉运行过程中，超温现象多出现在拱顶部位，且气化炉拱顶处筑炉时的尺寸如控制不当，会导致应力集中，进而造成耐火砖的断裂，或受过度挤压而剥落。因此在施工过程中更要加强拱顶部位筑炉的质量控制。拱顶部位筑炉主要由热面砖、致密铬刚玉浇注料层和可压缩层组成。

5.1 砌筑前的预砌筑

拱顶的热面砖在砌筑前应在炉外进行预砌筑，预砌筑的场地应平整，要制作精良、不易变形的胎具。预组装好胎具、检查组装精度合格后，对砖的位置进行预摆，对每环砖进行准确的定位，并做好相应的记录。

5.2 热面砖的砌筑

预砌筑完成后，将胎具移到炉内组装，精度达到要求后进行热面砖的砌筑。砌筑要严格控制每层砖的标高，以保证烧嘴安装的高度。每层砖砌筑完成后，严格进行测量，符合要求后再进行上一层的砌筑。

5.3 严格控制砖缝

拱顶砖缝放射线应与半径方向相互重合。拱顶的环与环之间，砖都有沟槽相互咬合，从而形成一个整体。在拱顶施工过程中，砖缝应均匀，泥浆要饱满。

5.4 浇注料层施工

浇注料的施工严格按照使用说明书进行操作，在规定时间内用完并按要求进行养护，每次浇注料施工应留置检验试块，留置的检验试块上要标记浇注位置及时间。拱顶浇注料施工分3次完成。拱顶下部热面砖完成5层左右进行第一次浇注料的施工。在施工前，球壳内表面贴可压缩层，检查确认热面砖及压缩层合格后即可进行浇筑施工，浇筑振实。浇筑上表面要进行粗糙处理，以保证层与层之间能紧密结合。中部热面砖完成3～4层即可进行第二次浇筑层的施工。顶部热面砖完成后进行第三次浇筑层的施工。

6 锥底部位筑炉的质量控制

筒体及拱顶的砌筑完成后，进行锥底部位的砌筑。运行时，锥底部位会受到高速熔融态炉渣对渣口砖产生的激烈冲刷磨损作用，因此，锥底的砌筑质量也至关重要。锥底部位筑炉主要由热面砖、致密铬刚玉浇注料层和可压缩层组成。

锥底部位筑炉基本与拱顶相同，先砌筑热面砖，分3～4次进行浇筑层的施工。砌筑过程也同拱顶砌筑过程一样进行热面砖、浇筑层的质量控制。

7 烘炉的质量控制

气化炉砌筑完成后需进行烘炉。烘炉的温度控制按照烘炉曲线进行。在烘炉过程中，应布置测温点进行全程温度监测，出现不正常现象，要及时采取措施进行调整。烘炉要绘制好实际烘炉曲线并做好烘炉过程的详细记录。烘炉完成并冷却后，对气化炉耐火衬里的质量再次进行全面检查和必要的修补。

8 结语

气化炉的砌筑工序繁琐，在砌筑过程中，严格控制材料质量，严把每一道工序的施工质量，就能确保气化炉的砌筑质量，从而保证气化炉的正常运转。