GE水煤浆气化炉衬里设计及选用分析-图文

宣鱼甾Ｉ，前言ＧＥ水煤浆加压气化是洁净煤气化技术之一．具有高效、低污染、易自动控制等优点，嫉心设备一气化炉是整个装置中关键设备，其内衬耐火材料的质量直接影响到炉子的操作稳定性和使用寿命．但是其工况条件极为苛刻．要求高温（１２５０—１５５０℃），高压（６５ｉＶ伊＇ａ），强还原气氛和液态酸性捧渣．伴随着固体、液体、气体的高速冲刷．且在开停车时有较大的温度和压力波动等，所有这些都对气化炉用耐火村里设计、选材及施工、操作提出了严格的要求。２、气化炉丰寸里设计结构特点ＧＥ加压水爆浆气化技术是一种以水煤浆为原料、氧气为气化剂加压气化技术。水煤浆经水煤浆加压泵加压后连同外供的高压氧通过炉顶饶嘴进入气化妒．在气化炉气化室中于６．５肝ａ（Ｇ）、～１４００℃条件下水煤浆与氧发生非催化部分氧化．产生的台成气从气化炉反应室出来直接向下通过Ｆ降管进入气化炉的激冷室完成合成气的激冷洗涤。出急冷室的合成气温度约２５０℃左右。租合成气中的碳黑在急冷室中大部分都被清除，由渣水出口进入破渣机。气化炉共分为燃烧室及激冷室两大部分．气化室进行燃烧、气化反应，内部村有耐火衬里．气化炉材里根据气化炉壳体的外形特征及撮作特性大致可分为三部分：气化炉拱顶村里、气化炉筒体衬里及气化炉锥底衬里（见图１）．！苎！兰竺兰三堡兰兰垦兰ＧＥ水煤浆气化炉衬里设计及选用分析郑泉杰竺！塑（惠生工程（中国）有限公司，上海，２０１２０３）【擅要】本文就以水煤泉为原料的ＧＥ蝶气化工艺气化妒村里的结构设计特点进行分析．对计里设计结构、损毁模式．施工注意事项进行了剖析．气化炉计里为砖，浇注料及纤雏可塑料混合式结构．其设计、施工．棘作的好坏直接影响气化炉运行状况．【关键词】气化炉村里结构；损毁；材料：施工进口简体砖．上下部有子母口，其设计理念是为了防止气化窜气．但此设计容易导致子母口处应力集中，在气化炉运行中会从子母口处产生裂纹、断裂井逐步扩大．从而影响了整个气化炉的使用寿命。最近几年在国内设计中都采用阶梯式结构设计取代子母扣结构设计．既能避免应力集中产生裂纹又能有效地防止砖层窜气。２）气化炉简体衬里：直筒耐火衬里～般分为四层支撑在锥底托砖扳上：最外层为可压缩料或耐火纤维层具有容重小、导热率低的特点，具有很好的保温绝热性能，能够有效缓冲高温下里层耐火材料的径向膨胀；次外层为氧化铝空心球隔热砖位于支撑砖之后．对气化炉起保温作用，使热损失降低．使外壁温度保持在设定值；次内层为１２铬刚玉支撑砖位于向火面砖背后．对气化炉耐火材科整体拱顶起至关重要的力学支撑作用，并且能够经受高温下腐蚀性气体的侵蚀；见火面层为９０铬铝锆砖．其作用为直接承受部份氧化反应形成的高温和工艺气流的高速冲刷及炉渣的侵蚀。在隔热砖与背村砖、背村砖与向火面砖之间留有３啪的膨胀缝，并用聚乙烯板填充．以便于各屡耐火砖径向自有膨胀，同时减少对壳体的压应力。３）气化炉锥底村里：锥底衬里由托砖扳支撑．见火面层为９０铬铝锆砖，次内层为Ｌ２铬刚玉支撑砖，在不规则部位采用铬刚玉浇注料．具有较强的抗熔渣侵蚀及更好的体积稳定性能．高温下不变形．更有利于提高气化炉的整体气密性及安全系数，特别是锥底部位，渣口砖被冲刷侵蚀尤为厉害，采用铬刚玉浇注科更有利于保护锥底部位的托砖板等铜壳部件。４）其它特殊结构及技术特点：ａ）熟电偶孔及测压孔处砖圆孔采用椭圆型结构．以消除耐火砖热态膨胀时对热电偶及捌压元件的剪切破坏．砖与套管缝隙出村有耐火纤雏保护套管，防止高温气体窜入损坏套管。ｂ）喷嘴、热电偶孔及测压孔处砖预留膨胀缝，以消除耐火砖热态膨胀时对热电偶的剪切。砌筑旖工中必要时进行加工调整砖．以确保预留的膨胀缝在合适的范围．ｃ）在简体部位托砖钢板上下部加有纤维毯，既能消除热应力又能降低托砖扳的温度。ｄ）托砖架钢扳在环向留出一定量的膨胀问隙，以防止膨胀带来的变形．托砖架钢板和支撑架钢板不能焊接．以防止膨胀带来的变形，而托砖架钢扳和支撑架钢扳必须分别牢固的焊接于壳体．３、气化妒衬里的损坏模式及原因由于耐火砖长期与高温、高压、低粘度、高流速并具有一定还原性低工艺介质相接处．局部还直接承受火焰冲局４和舔烧．因此。耐火砖出现的损毁型式多种多样．产生的原因也错综复杂．针对不同的外部条件和耐火砖损毁的不同规律，气化炉耐火砖的损毁型式可分为以下几种型式：块状剥落、烧蚀损坏、冲蚀损坏和机械烧损１。３．１块状剥落块状剥落是气化炉耐火砖损坏的主要模式，对耐火砖寿命的影响最大．引起块状剥落主要有以Ｆ几个方面：耐火砖之间的相对位移、砖缝及炉渣侵蚀（见图２）、耐火砖径向温差、内衬几何形状不光滑３２烧蚀损毁缚圈ｔ气化妒村里示意Ｉ）气化炉拱顶村里；在拱顶部位．采用球型ｉ层设计结构．由于形状不规则，面层用９０铬铝话砖作为见火面，背层射采用铬刚玉浇注料．在浇注料与钢壳闰．炉口和大法兰闻分别贴有可压缩料或耐火纤维层作为纵向膨胀间隙，以保证见火面砖热膨胀后能安全工作。球形结构施工方便．砌体质量有保障，又可以撮少应力集中延长使用寿命，并有效防止窜气。拱顶下部三环砖加宽加厚．因为此处是拱顶衬里量静处．又是壳体封头焊接处．防止壳体出现热点．气化炉装置前期拱顶砖为法国ｉ田３渣口砖■撮圈３．４机械损坏一摭瓣糯一・——２０４・——耐火砖的机械损坏与耐火砖自身特性关系不大，而主要是由于操作和维护不当造成的．如频繁开停车，温度压力波动及一些操作》》＇＞下转第１８５页万方数据中国石油和化工标准与质量三、治理对策１、抽油机片在供液充足的前提下，应尽量遵循“长冲程、低冲次”的原则，减小杆管位移差对于生产杆柱的失稳影响。同时生产管柱应尽量避开造斜点，减少偏磨井段。根据这一原则，八面河油田共针对多轮次维护性作业井进行参数调整２９井次。表４ＩＰ提泵挂８加深卜调冲次３第５期ｂ）较高的热态强度以抵抗高温下的冲刷磨损。ｃ）较好的高温体积稳定性能以抵抗温度和压力的波动。４．２材质选取４．２．１向火面砖（９０铬铝锆砖）由于向火面直接与煤溶渣接触，是气化炉用耐火材料最苛刻的部位，所以向火面砖选用９０铬铝锆砖（俗称高铬砖），具有体积密度人、气孔率低、常温耐压大、氧化铁和氧化硅等杂质含量少的优点、同时具有很好的热态稳定性能，抗高温蠕变性能等。４．２．２支撑砖（１２铬刚玉砖）支撑砖位于向火面砖背后，对气化炉耐火材料整体拱顶起至关重要的力学支撑作用，并且能够经受高温下腐蚀性气体的侵蚀。１２铬刚玉砖常温强度很高，并且高纯刚玉中添加１２％以上的氧化铬更增加了该制品抗腐蚀性气体侵蚀性能。４．２．３隔热砖（氧化铝空心球砖）隔热砖位于支撑砖之后，对气化炉起保温作用，使热损失降低。氧化铝窄心球砖除了导热率低（０．９Ｗ／ｍｋ／ｌ１００℃）外，常温、高温强度足轻质耐材中最好的，并且杂质含量极低，具有很好的抗腐蚀性气体的侵蚀能力和缓冲热应力能力。４．２．４可压缩层可压缩料或耐火纤维层具有容重小、导热率低的特点，具有很好的保温绝热性能，能够有效缓冲高温下里层耐火材料的径向膨胀，而且施工十分方便。４．２．５耐火浇注料（铬刚玉浇注料）铬刚玉浇注料用于球顶及锥底，浇注料和砖相比具有以下优点：无灰缝，即整体性好。施工方便，特别是复杂结构的施工，方便快捷、省工、省时、省力。浇注料的抗气体侵蚀性强，同时由于体积密度大于２．９５９／ｃｍ３，使浇注料具有很好的气密性．５、结束语气化炉作为整个装置中的核心设备，其运行状态的好坏直接影响到整个装置的运行情况。气化炉衬艰需要承受高温、高压、强还原性气流及熔渣的冲刷及侵蚀，是气化炉内件中最易损毁的部件之一，这就需要设计者、衬里供应商、施工方相瓦配合，根据不同炉膛尺寸，不同烧嘴喷射角度及流速、不同煤质对衬里结构进行合理设计。对于衬里材料成份进行适当调整，以满足不同操作工况。在衬里施丁二时，更是应严把质量关，保证简体衬里的垂直度，拱顶的圆度及衬里内部平滑度，防止由于施工的原因而造成衬里使用寿命的减短，再配以现场精心操作，才能保证气化炉正常、稳定、长周期运行。参考文献［１】王怀孵，武继辉等．抽油机并抨管∞露黪机理与治理技术．西南石油学院学报，２００６，。２８（５）：９９－１０１．［２］杨海滨，狄勤丰等．抽酒杆柱与油管靛磨杌理及偏磨点位置预测．石油学报，２００５，２６（２＞：１１）０－１０３。２００９年多轮次维护性作业井生产参数调整主要工作量下调冲次８；‰。＂ｔ。‰。‰一，《磷泵升级泵型调整３１２９卜调Ｆ调冲程ｌ大泉换小３象挂ｌ冲程ｌ合计类别２００８生２００９燕增值泵径ｍ５７．４３５５．０６冲程ｍ３．８ｌ冲次／ｍｉｎ３．３７３．２３一Ｏ．１４泵深ｍ１１２４．７ｌ１０６７．７４—５６．９７沉没度ｍ３０７．７１３．９００．０９２８２．７ｌ－２５．００一２．３７表６多轮次维护性作业井配套治理模式序号影响因素井别分类技术手段防治目的ｌ管、耔位移差大豪失穗井‘注塑杆＋加重杆／抗磨幅＋长尾管近站加药、远站防应用扶正及杆、管加重原理，减轻臂杆失稳偏磨２腐蚀严重井解决杆管腐蚀问题改变杆管丁作环境，实现润滑摩擦井液介质３腐杆管油润滑技术高含水偏磨井井液介质和井身轨迹４局部偏磨腐蚀井偏磨腐蚀严覃井旋转井【ｊ／阴极保护器＋抗磨幅内村油管解决部分井段杆管偏磨与腐蚀问题５井身轨迹复杂增强油管抗磨性能表７多轮次维护性作业２００８年井２００９年主要指标变化情况年份２∞８３６２００９４６一６８４－３２１４２９６１８ｌ井数／口井次１１４多轮次作业井数／ｕ３６多轮次作业井次１１４平均检泵周期ｄ１１５治理有效率％髓．９增值趋于合理。从统计数据来看，与２００８年相比，２００９年多轮次维护性作业井的泵径、冲次、泵深、沉没度降低，冲程略有上升的特点，生产参数得到进一步优化。２、根据多轮次维护性作业井的失效主因和发生规律，以偏磨和腐蚀机理为基础，结合现有技术适应性，配套治理模式进行治理．四、治理效果从多轮次维护性作业２００８年井２００９年主要指标变化情况来看，３６口多轮次维护性作业２００８年井２００８年共作业１１４井次，２００９年则大幅降至４６井次，降低了６８井次。３６口井中２００９年仍为多轮次作业井的仅４口井．平均检泵周期延长近１．６倍。由１１５天延长至２９６天，延长了１８１天。治理有效率达到８８．蛾。五、认识与结论ｌ、含水大于９０％。矿化度大于２００００ｍｇ／Ｌ的大泵井、泵挂下入增斜或降斜段以及拥有一处或多处方位度大于１０。／３０ｍ的抽油机井易成为多轮次维护性作业井。２、多成因的特点决定了多轮次维护性作业并的治理过程需要配套多种技术手段，形成立体的治理模式。目前已形成５种配套模式，应用效果较好。其对于多轮次维护性作业２００８年井治理有效率达到８８．％，平均检泵周期由１１５天延长到２９６天，延长１８１天。馅磨的影响．油气田地面工程，２００６，２５（５Ｘ参‘９．［４３丛籍，张颖，繁世民，邱以钢等．纛驱抽油机井杆管偏磨力学枫理研究．石油矿境视械，２００３．３２（１）：４－６．［５］陈广超，李文森等．大斜度抽油井嚣长兔修期的有杆泵举升二￡艺技术．石油钻掇教术，２００４，３２（１）：５４～５６．［６］谢先华，秦桂云等．偏磨井加重杆够发计算与分析．２００８，３７（１０）：７６～７８．［７］王海文，赵甭等．ｆｆＤＰＥ内衬油管防混抽油机弗杆管偏磨研究．石油矿场机械，２０氍ｋ３Ｚ（２ｋＺ分、一Ｚ乏≯》≯≯上接第２０４页与治理认识失误也会加剧耐火砖的损坏。随着操作温度的升高，耐火砖的损失率将会增加．４、气化炉衬里的选择及其性能４．１ＧＥ水煤浆加压气化工况条件极为苛刻，要求高温（１４００℃左右），高压（６．５ＨＰａ），强还原气氛和液态酸性排渣．伴随着固体、液体、气体的高速冲刷，且在开停车时有较人的温度和压力波动等。根据气化炉衬里的特殊结构及损坏模式，对气化炉用耐火材料提出了严格的要求”：ａ）必须有高的抗熔渣侵蚀性和渗透性．参考文藏［Ｉ］罗庆洪。水煤浆加压气化炉用Ｃｒ２０鬈一Ａ１２０３一Ｚｒ０２砖的损毁模式．耐火材科，３００４，３８（４）［２］段勤国．刘会林，王丽萍等．水煤浆气化炉用高铬耐火材料．耐火材科．２００７／５３９ｌ～３９３作者简介：郑泉杰，男。工程师，１９９７年毕业于露讹大学化工设备与机械专业，现从事石油化王舔备及王Ｓ２妒媳旌计＝ｃ铬。——－—