Texaco煤气化炉激冷环失效原因分析及对策

第1期(总第170期)煤化工No.1(Total No.170)2014年2月Coal Chemical IndustryFeb. 2014Texaco煤气化炉激冷环失效原因分析及对策李聿菅(中国石化齐鲁分公司第二化肥厂,山东淄博 255400)摘要介绍了Texaco煤气化炉激冷室的工作机理。结合齐鲁Texaco 煤气化炉激冷环的结构特点和使用状况,阐述了激冷环的主要失效模式及危害,从高温烧蚀、结垢堵塞、冲刷腐蚀等方面进行了失效机理分析;提出了提高材料的性能参数、控制激冷环加工质量、应用激冷环的隐蔽技术、稳定工艺操作、改普激冷水质、加强定期维护等对策措施,以延长激冷环的使用寿命,实现煤气化装置的长周期运行。关键词Texaco煤气化炉,激冷环,失效模式,机理,对策措施文章编号:005- 9598 (2014)-01-0039-04中图分类号 :T0545文献标识码:B中国石化齐鲁分公司第二化肥厂煤气化装置采Texaco煤气化炉激冷室的工作机理用美国GE公司Texaco煤气化技术,3台φ2 800皿气化炉,日投煤量1 700 t,每小时产有效气(C0+H)Texaco煤气化炉的燃烧室与激冷室合为一体,激10万m/h,用于33万t/a丁辛醇0X0合成原料气,同冷环是二者之间的连接通道。在燃烧室内,水煤浆与时生产50 000 m/h氢气外供。该装置于2008年10氧气混合后，在1 350 C左右的温度下进行气化反月24日投产,是中石化继金陵、南化之后再次采用水应。反应后的高温粗合成气和熔融态的灰渣经激冷环煤浆气化装置,也是国内继渭化、惠生公司等之后采出气化炉燃烧室,沿下降管进入激冷室,与水直接接用Texaco 6. 5 MPa水煤浆气化技术的装置。触,同时发生相变和热质传递。激冷室主要由激冷环Texaco水煤浆加压气化是洁净煤气化技术之一，和下降管两部分组成,激冷环与燃烧室底部托砖板连具有高效、低污染、易自动控制等优点,核心设备气化接固定,隐蔽于锥底砖的保护之下;下部与下降管连炉是整个装置中关键设备，其运行工况极为苛刻,高接,引导高温熔渣和气体进人激冷室水中。激冷水泵温(1 350 C)高压(6.5 MPa)、强还原气氛和液态酸从炭黑洗涤塔底部,把激冷水送人激冷环,激冷水经性排渣,并伴随着固体、液体、气体的高速冲刷，且在激冷水室36个布水孔喷射进人激冷室，迅速降低激开停车时,有较大的温度和压力波动等。激冷环是连冷环表面温度,激冷水温略为上升,再由8.9 m宽的接燃烧室和激冷室的通道,一旦失效 ,会在激冷环附环形槽缝流出,沿下降管内表面呈膜状下流，与工艺近结渣堵塞通道,使高温粗合成气和液态熔渣发生偏气并流接触。该水膜避免了高温气流与下降管直接接流，加剧对激冷环和下降管的高温烧蚀和冲刷磨损,触,达到保护下降管的目的。经过激冷室后,工艺气温大大降低其使用寿命,影响气化炉操作的稳定性和煤度急剧降低并增湿，同时除去大部分炭黑和灰渣,以气化系统的运行周期。满足后续工段的需要。本文根据煤气化炉激冷室的工作机理和激冷环的结构特点，结合齐鲁煤气化装置激冷环的使用状2Texaco激冷环结构特点及使用情况况,找出其主要的失效模式,并通过原因分析,提出延长激冷环使用寿命的措施,从而实现煤气化装置的长2.1激冷环结构特点周期稳定经济运行。齐鲁Texaco煤气化炉采用“C型'激冷环(见图收稿日期:2013-10-26中国煤化工，, 主要从事煤作者简介:李聿营(1972- ),男,山东昌乐,高级工程师,硕士,1994年本科毕MYHCNMH G化工设备技术管理工作, E-nail:qlehjdb@163. com2014年2月李聿营:Texaco煤气化炉激冷环失效原因分析及对策41 -周期较长,作业难度大,检修费用高;系统开停车又对冷环的堵塞,造成气化炉液位不稳定,又使粗合成气气化炉炉砖的使用寿命及激冷水系统堵塞影响大,且带有大量的灰水进人洗涤塔，增加洗涤塔下部灰量，浪费严重。发生堵塞,形成恶性循环[2。3.2 失效机理当煤气化装置开停车及系统生产负荷波动时,容3.2.1 高温烧蚀易造成激冷水管线内垢体脱落,并与系统内的灰渣一Texaco激冷环隐蔽于锥底砖之下，避免与高速流起在如激冷环布水孔等口径较小的位置局部积聚,形动的高温气体和熔融态的灰渣直接接触。当锥底砖发成堵塞,造成激冷水量大幅下降,严重时会造成装置生烧蚀损坏，导致渣口扩大,就会使激冷环半圆环管停车。表面暴露在通道之中,造成高温烧蚀。3.2.3冲刷腐蚀 .Incoloy825为固溶奥氏体材料,属铁基超耐热合冲刷腐蚀是金属表面与腐蚀流体之间由于高速金,液相线温度1400C,固相线温度1370C,极限相对运动而引起的金属损坏现象,是材料受冲刷和腐耐热1000C。因此,当激冷环外环迎火面温度大于蚀交互作用的结果，是一-种危害性较大的局部腐蚀,1000C时,将引起迎火面过热,甚至表面熔化。激冷是存在气/液/固三相介质流的激冷水循环系统中环金相组织的变化反映了材料在高温条件下的冶金最普遍的一种腐蚀机理。由于激冷水含有一定量的固不稳定性和气化炉内介质为渗碳和强氧化交替进行。体灰渣颗粒以及存在大量的HS、CN、NH,"和C1-等腐高温下碳氢化合物、氢及水蒸气容易造成材料渗碳;蚀性离子,在流出激冷环布水孔时,容易造成布水孔、粗煤气和熔渣中硫化物与含镍材料在800 C以上时,布水内环以及半圆环管的冲刷磨损,导致内部材料表可产生低熔点的NiS(熔点810 C)和NisSr(熔点787面暴露在腐蚀性流体中，进一步加剧上述部件的失C)，甚至与Ni形成共晶点为645 C的Ni-NisS2,导效,使激冷室内水流导向逐渐改变,水分布不均匀;激致金属沿晶开裂"。冷水布水偏流,又对激冷环半圆环管内壁形成局部冲另外,激冷环半圆环管外环迎火面承受大于1000C刷腐蚀，继而在高温烧蚀以及热应力循环作用下,使高温,内表面则受到240C激冷水的冷却,存在热应半圆环管成为激冷环最薄弱的环节。力作用。同时由于在裂纹内部形成的氧化物和硫化物体积比原金属体积大2~3倍,导致了裂纹尖端应力集:4对策措施中,加速了裂纹扩展。在气化炉开停车炉温较低时,奥氏体材料表面硫化物与空气和水容易产生连多硫酸4.1提高材料的性能参数腐蚀,对激冷环的开裂起促进作用。选用优质Incoloy825 材料,其中Ni质量分数≥3.2.2激冷环堵塞40%,Fe质量分数≥22%,铬钼含量控制在标准范围之原料煤中存在一定量的钙、镁矿物质,原料成浆，内,布氏硬度HB≥190;为降低激冷环各部件的冲刷气化后,均以Ca2*、Mg2*形式存在于灰水中,造成灰水腐蚀速率,对半圆环管内壁、布水内环以及36Xφ14总硬度偏高;而煤气中的CO2溶于灰水中形成CO32-、m布水孔采取表面喷涂硬质合金防护层，使In-HCO3~,在240C高温条件下,会促进CaCO3、MgCO,的生colay825材质表面硬度HB≥360,有效地增强了关键成。从变换单元返回的高压冷凝液中氨含量较高,这部件抗冲刷磨损能力。部分水通过洗涤塔进人灰水系统中,造成激冷水系统.2 关键尺寸参数控制pH值升高;在激冷水系统中氨逐渐浓缩,总碱度不断激冷环制作加工过程中,关键尺寸参数控制是决升高,HCO3转化为C03-,随着CO3-的浓度增加,促使定激冷环使用寿命和水分布效果的最重要的影响因Ca"、Mg2*生成CaCO3、MgCO,使得包括激冷环布水孔在素。图1中布水内环轴线与大法兰基准面高度h.布内的激冷水系统容易产生结垢而堵塞，造成激冷水流水孔与加工清洗孔轴线夹角a、加工清洗孔轴线与激量下降。冷环直径夹角β是激冷环最重要的加工控制参数,这另外,Texaco煤气化炉反应产生的大量煤灰和未些设计尺寸参数有效地减小了激冷水对半圆环管及反应的残炭细微颗粒随粗合成气进人洗涤塔,部分通布水内环的冲击角度和速率,并使得激冷水产生旋转过洗涤塔底黑水进人激冷水系统,形成悬浮物。如果流动，延长澹中国煤化工布的效果;半圆洗涤塔底堵塞,使塔内积聚下来的细灰无法排出,大环管与下降TYHCN MH G下降管的水膜量细灰随洗涤塔循环泵送人气化炉激冷环,加剧了激厚度。 在保证激冷水量的前提下,采用36个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匀度。加剧了对激冷环关键部件的冲刷腐蚀。4.3 激冷环隐蔽技术4.5.2改善灰水水质 ,控制好闪蒸系统的真空度,保激冷环隐蔽技术是利用Texaco煤气化炉锥底渣证闪蒸效果;对絮凝剂、分散剂的加入量进行及时调口尺寸小于激冷环直径的特点,使其半圆环管迎火面整,稳定灰水沉降槽的操作,保证沉降效果,降低灰水隐蔽于炉砖之下,可以避免高速流动的高温粗合成气中灰渣固体颗粒含量;对灰水系统保持适度的外排量,以及熔融态的灰渣与激冷环的直接接触，受热方式由降低灰水系统的总硬度和氨氮浓度,及时补充脱盐水,直接冲刷变为辐射,其表面温度可降至600 C左右，使系统一直处 于相对洁净的状态;定期检测高压灰水从而减少对激冷环的高温烧蚀和冲刷腐蚀,有效延长泵出口悬浮物含量,及时对系统操作进行调整。其使用寿命。当锥底砖排渣口烧蚀变大时，要及时进4.5.3控制好激冷水系统的 pH值,保证pH值在合适行停炉更换,对激冷环进行保护。因此,延长锥底砖使的范围，降低系统总碱度，减少Ca2"、Mg2"生成CaCO3、用寿命,可以提高激冷环的运行周期。MgCO3,减缓激冷水系统的结垢2。4.4加强工艺操作的稳定性4.6 定期维护管理4.4.1加强工艺操作的稳定性， 合理控制气化炉负4.6.1定期对激冷 水系统进行冲洗维护。定期拆下激荷、操作温度以及连投次数,避免气化炉高温区的过冷环36个加工清洗工艺孔丝堵,逐个对应布水孔进行度下移,从而降低熔渣温度,减少锥底砖渣Q的蚀损,高压水冲洗,并用塞棒确认清洗质量;打开激冷水过滤有效地防止激冷环与高温熔渣的接触烧蚀。器、断开激冷水管线,进行高压水清洗检查,确保管线4.4.2严格控制好气化炉液位, 防止气化炉粗煤气内无垢体残留物;在线进行激冷环水分布试验,从燃出现带水、带灰现象,使灰渣在粗合成气洗涤塔内沉烧室内观察水分布情况，确认下降管内形成持续均匀积,避免影响激冷水水质。水膜;确认激冷环丝堵及进水管线连接法兰无泄漏。4.4.3加强工艺运行参数的控制，减少气化炉开停4.6.2定期对 激冷环半圆环管迎火面及下降管进行车次数,避免工艺参数的大幅波动对激冷水管线的冲测厚和着色渗透无损检测,及时消除表面裂纹,并对击而造成激冷水系统的管线垢体脱落,导致激冷水量局部减薄部位进行补焊处理。下降或激冷环的堵塞;重点加强对气化炉工艺烧嘴、4.6.3对气化炉 锥底砖的使用情况进行检查,严格耐火砖激冷环以及特殊工艺阀门等关键设备的技术按照锥底砖使用寿命控制气化炉系统运行时间,定期攻关,有效延长其使用寿命,提高煤气化炉运行周期。，更换,避免对激冷环造成高温烧蚀。4.5 改善激冷水水质4.5.1严格控制煤质 ,选择低灰熔融性温度、低灰分参考文献:原料煤。煤的灰熔融性温度高,导致气化炉提温操作，[1]李美栓.金属的高温腐蚀[M].北京:冶金工业出版社,造成激冷水系统温度升高,Ca2* 、Mg*大量析出，加速2001.系统结垢堵塞;灰分含量高,也相应造成激冷水系统[2]李聿营. Texaco煤气化激冷水系统问题分析及对策灰渣颗粒含量增加,容易产生灰渣积聚堵塞,同时也[J].齐鲁石油化工,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中国煤化工riod operation ofthe coal gasifer was realized.:YH. CNMHGKey words Texaco coal gasifier, quench ring, failure mode, mechanism, countermeasures