水煤浆气化炉内件损坏原因分析及改进措施.pdf

13石油化工水煤浆气化技术是一种将煤炭转化为合成气或液态燃料的先进技术，被广泛应用于化工、炼油、电力等行业。作为水煤浆气化炉的核心部件，内件的损坏直接影响到水煤浆气化炉的生产效率和稳定运行。然而，由于水煤浆气化炉的生产环境具有高温、高压、腐蚀等特点，使得内件的损坏和寿命成为制约水煤浆气化炉发展的主要技术难题。为了提高水煤浆气化炉的生产效率和降低损失，研究人员对水煤浆气化炉内件的损坏原因进行了深入研究，并提出了相应的改进措施。本文将重点研究水煤浆气化炉内件损坏原因分析及改进措施，并介绍内件损坏检测和预测的方法和应用实例。这将有助于提高水煤浆气化炉的生产效率和降低损失，进一步推动水煤浆气化技术的发展和应用。一、水煤浆气化炉内件损坏原因分析1.水煤浆气化炉内件的种类和作用水煤浆气化炉是一种高温高压的设备，由上升管、下降管、激冷环等主要内件组成。这些内件的作用不同，但共同构成了气化反应的基本过程。首先，上升管是水煤浆气化炉中重要的内件之一，其主要作用是将水煤浆和氧气送入炉内，形成气化反应。上升管通常由耐酸碱材料制成，具有良好的耐高温、耐腐蚀性能，确保气化反应的稳定进行。其次，下降管是水煤浆气化炉内的另一个重要的内件，主要作用是使煤气在炉内充分反应，转化为可利用的合成气。下降管也是由耐火材料制成，其设计结构特别，可以克服炉内高温高压带来的损坏。最后，激冷环位于下降管顶部，是水煤浆气化炉中冷却出口的关键部件之一。其主要作用是将炉内高温气体迅速冷却，防止气体中的固体颗粒在管道中积聚，防止管道损坏。激冷环也需要使用高温耐火材料制成，以确保其耐腐蚀性和耐用性。此外，常见的水煤炭浆气化炉内件损坏形式有很多，比如激冷环损坏的主要形式是裂纹和孔洞、下降管的损坏形式主要是鼓包、裂纹，严重时整根管完全脱落、变形，堵死。2.内件损坏的常见原因分析水煤浆气化炉作为一种高温高压的设备，其内件长期处于高温、高压、强腐蚀等恶劣工况环境中，很容易受到机械、化学、热力等多重因素的影响而发生损坏和磨损。下面将从以上三个方面对水煤浆气化炉内件损坏的原因进行分析，并结合实际数据进行具体举例说明。（1）机械因素造成的内件损坏水煤浆气化炉内的上升管、下降管等内件长时间受高温、高压作用，同时在气流和固体颗粒的冲刷下易产生裂纹、变形、开裂等机械损伤。此外，煤屑、铁矿石、石灰石等杂物也可能进入气化装置内部，对内件产生机械打击。这些机械因素对内件的损害程度随着使用时间和炉内操作频率的增加而逐渐加重。例如，某一水煤浆气化炉内的上升管长期使用后出现了严重的裂纹和变形，经检测发现其内部的金属结构已经因为机械损伤而有了很大的缺陷。最终，这些损害导致上升管因负荷过大而崩塌，使整个炉体丧失了气化能力。（2）化学因素造成的内件损坏水煤浆气化炉内件还容易受到化学侵蚀，主要表现为内件金属材料与煤气中的二氧化碳、水蒸气、硫化氢等气体接触后发生腐蚀、氧化等化学反应。此外，水煤浆中所含的杂质也会对内件产生腐蚀和化学攻击，加速内件失效的过程。例如，某一水煤浆气化炉内的下降管，在使用一年后被卸下检查，发现内壁出现了严重的腐蚀，局部损坏超过了10%。经过分析，发现进料煤中含有高浓度的盐酸、硫酸等酸性物质，在炉内产生的高温高压环境下，这些酸性物质产生了不可逆反应，加速水煤浆气化炉内件损坏原因分析及改进措施郭耀飞国能榆林化工有限公司【摘要】对水煤浆气化炉内件损坏原因进行分析，并提出相应的改进措施。首先介绍了水煤浆气化炉的应用及内件的种类和作用，详细分析了内件损坏的常见原因，包括机械磨损、腐蚀和高温烧蚀等。在针对不同原因的基础上，提出了相应的改进措施，包括选用更耐磨、耐腐蚀和耐高温的材料、加强冷却和控制气体成分和温度等。最后介绍了常见的内件损坏检测技术和内件损坏预测模型。该研究成果对于提高水煤浆气化炉的生产效率和减少损失具有重要的理论和实际意义。【关键词】水煤浆气化炉；内件损坏；改进措施；检测和预测；材料和技术【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.15.00514石油化工了下降管的腐蚀磨损。（3）热力因素造成的内件磨损水煤浆气化炉内部煤气流动速度快、温度高，长时间使用会导致内件热膨胀、热应力集中等问题。热应力过大易导致内件金属材料产生塑性变形或者开裂破损，这种现象称为热疲劳。此外，煤气中的灰尘和颗粒物质也会进行机械打击，从而使内件表面出现磨损和磨蚀，进一步加剧内件短时疲劳的程度。例如，某一水煤浆气化炉内的激冷环在使用一段时间后出现了明显的磨损，其中一端的磨损深度超过6mm，已经接近于耐火材料的厚度了。经过分析，发现气体在激冷环处的流速非常快，同时携带着较多的固体颗粒，对激冷环进行了持续的冲刷和打磨，从而加速了激冷环的磨损和短时疲劳。综上所述，水煤浆气化炉内部的机械、化学、热力因素都会对内件的稳定性和耐久度造成较大的影响。在实际生产中，应针对不同的损坏原因进行合理的预防和维护措施，避免或减少内件的损坏和磨损。这样才能够保证气化反应的高效、稳定进行，并有效地提高水煤浆气化炉的生产效率和经济效益。二、水煤浆气化炉内件改进措施1.机械磨损改进措施（1）选用更耐磨的材料选用更耐磨的材料是机械磨损的一种有效改进措施。目前，许多高耐磨合金钢、陶瓷等材料已广泛应用于水煤浆气化炉内件的生产中，这些材料可以有效地抵抗机械磨损，减缓内件的磨损速度，延长内件的使用寿命。此外，也可以通过选择更合适的合金元素比例来提高内件材料的耐磨性能。但需要注意的是，在选用材料时需综合考虑其成本、加工难度等因素，以及保证其在高温、高压环境下的耐受性。同时，还可以通过表面处理等方式提高材料的耐磨性能，如热喷涂等技术可以在内件表面形成一层陶瓷涂层，提高内件表面的耐磨性能。选用更耐磨的材料是机械磨损的一种基本措施，但仍需要与其他改进措施相结合使用，才能更好地延长内件的使用寿命。（2）加强磨损部位的冷却在水煤浆气化炉内，高温和高压的气体会对内件表面产生热冲击和热应力，导致内件表面磨损。为了降低内件的磨损，可以通过加强磨损部位的冷却来提高内件表面的冷却效果。具体措施如下：第一，增加内部冷却管路，通过内部冷却管路将冷却剂注入内件中心部位，使内件整体获得更好的冷却效果。第二，在内件表面附加陶瓷、金属等耐磨材料，并在其内部配置冷却水道，使内件表面得到冷却的同时，表面耐磨性能得到提升。第三，在内件表面喷涂陶瓷、金属等材料，形成耐磨涂层，并在涂层内设置冷却水道，使内件表面得到冷却的同时，表面耐磨性能得到提升。第四，使用喷水等方式对内件表面进行直接冷却，降低表面温度，从而减缓磨损的发生。通过以上措施可以有效地增加内件的冷却效果，减少内件表面的磨损，提高水煤浆气化炉的运行效率和稳定性。（3）改善运行工况改善运行工况也是减少机械磨损的重要手段。可以采取以下措施：控制煤浆进料粒度和湿度，减少粗粒物质和杂质的进入，减轻内件的磨损；根据入炉煤灰熔点分析数据，及时调整气化炉炉膛温度，控制气化过程中的热应力和机械应力，降低内件磨损的程度；定期对内件进行检修和维护，及时发现并处理内件磨损问题，减少磨损程度；合理设计内件结构，减少磨损部位的数量和程度。例如，采用可拆卸的内件结构，方便更换磨损严重的部位，延长内件使用寿命。总之，改善运行工况能够有效地减少内件的机械磨损，提高水煤浆气化炉的稳定性和运行效率，降低生产成本。因此，对于内件磨损问题，不仅需要针对内件材料和结构进行改进，还需要从运行工况入手，综合采取多种措施进行处理。2.腐蚀改进措施（1）选用更耐腐蚀的材料在设计和选择水煤浆气化炉内件时，应考虑到气化过程中可能遇到的不同类型腐蚀，选用更耐腐蚀的材料。比如，当气化介质中含有高温高压下的强酸、强碱物质时，耐酸碱钢板是一种理想的选择。不锈钢具有耐高温、抗腐蚀等优点，成为许多工业领域的常见材料。耐酸陶瓷由于其高强度、耐腐蚀、高温耐磨损、可靠性好等特点，逐渐被广泛应用于水煤浆气化炉内件。（2）采用防腐蚀涂层在内件表面采用防腐蚀涂层可以提高其抗腐蚀性能。目前常用的防腐蚀涂层包括无机涂层和有机涂层。无机涂层具有耐高温、抗酸碱、抗磨损等特点，如磷化、硅化生铁颜料等。有机涂层具有较好的耐腐蚀性能，如环氧涂层、酚醛涂层等。此外，还可以采用防腐胶涂层，它能够在高温高压下形成一层防护膜，保护内件表面不受到化学侵蚀和摩擦损伤。（3）控制气体成分和温度在水煤浆气化炉运行过程中，应尽可能控制气体成15石油化工分和温度，避免产生不利于内件腐蚀的条件。例如，减少氧化性物质的含量、控制温度在内件耐受范围内等措施。除此之外，应加强对煤气的处理，如采用精细过滤等技术，防止杂质进入气化装置内部，对内件产生化学攻击。（4）加强化学清洗和除垢周期性对水煤浆气化炉内部进行化学清洗和除垢可以有效防止内件的腐蚀。一般采用酸洗、碱洗等化学方法进行清洗和除垢，以去除内件表面的污垢和氧化物，保持内件表面的光洁度和平整度，延长内件的使用寿命。此外，在清洗过程中还应注意避免对内件造成二次损伤，特别是避免在处理铬合金等材料时产生锈蚀。3.高温烧蚀改进措施（1）选用更高强度和更耐高温的材料在水煤浆气化炉的高温环境中，材料的高温强度和抗高温氧化能力是重要的考虑因素。因此，选用更高强度和更耐高温的材料是解决高温烧蚀的有效措施之一。目前，高温合金、陶瓷材料、耐火材料等被广泛应用于水煤浆气化炉内件。（2）降低运行温度和压力通过控制水煤浆气化炉的运行温度和压力，可以减缓内件表面的材料腐蚀和氧化速度，从而有效降低高温烧蚀的程度。它不仅可以延长内件的使用寿命，还可以降低维护成本和提高生产效率。同时，还应加强炉内物流管道的设计和优化，以保证流体的均匀分布和充分混合，减少局部高温和高压对内件的损伤。此外，也需采取其他措施，如选用耐高温、耐腐蚀的材料，定期进行清洗和除垢等，综合考虑才能更好地保护水煤浆气化炉内件，实现稳定、高效和可靠的生产。（3）加强冷却加强水煤浆气化炉内件的冷却可以有效地降低内件的表面温度，减缓材料的腐蚀和氧化速度，降低高温烧蚀的程度。同时，合理设计和布置冷却系统，确保内件表面温度分布均匀，也是加强冷却的重要措施。（4）减少应力集中应力集中是内件烧蚀和开裂的主要原因之一。因此，减少内件的应力集中是防止高温烧蚀和开裂的重要措施。可以采用合理的设计和加工工艺，避免内件存在过于尖锐的转角、过于薄弱的部位等，从而减少应力集中。（5）控制氧化物含量和活性在水煤浆气化炉内，气体中的氧化物含量和活性对内件的烧蚀和开裂也有很大的影响。因此，控制气体中的氧化物含量和活性，采用合适的气体净化装置，降低内件表面与氧化物的接触，可以有效地降低高温烧蚀的程度。三、水煤浆气化炉内件损坏检测和预测随着水煤浆气化技术的发展，炉内件的损坏问题越来越受到关注。为了及时发现并处理炉内件的损坏问题，必须建立一套有效的损坏检测和预测体系。水煤浆气化炉内件损坏的检测和预测方法主要包括以下几个方面：首先是通过炉内件表面的颜色、形态和尺寸变化等方式进行外观检测。此外，还可以利用金相显微镜等设备对炉内件进行金相组织和化学成分分析，以检测炉内件的疲劳、腐蚀和烧蚀等损坏情况。其次是通过现场监测设备对炉内件的温度、压力、振动、应力和电流等参数进行实时监测和记录。这些参数的异常变化往往是炉内件损坏的先兆信号，通过及时发现和分析这些信号可以预测炉内件的损坏情况。最后是利用计算机模拟和数值分析等技术对炉内件进行力学和热学计算，以模拟炉内件在不同工况下的应力、变形和温度分布等情况，从而预测炉内件的损坏寿命和维护周期。水煤浆气化炉内件损坏检测和预测是保证炉内件安全和延长使用寿命的重要手段，需要不断探索和完善。四、结语在水煤浆气化炉中，内件的损坏会严重影响炉的稳定运行和寿命，因此需要采取有效地改进措施来减少内件的损坏。本文对于水煤浆气化炉内件损坏的常见原因进行了分析，并提出了改进措施，包括选用更耐磨、耐腐蚀和耐高温的材料，加强冷却和化学清洗，控制气体成分和温度等。此外，还介绍了内件损坏的检测和预测方法，可以及早发现内件损坏情况，采取相应的维修和更换措施，延长炉的寿命。综上所述，针对水煤浆气化炉内件损坏问题，需要采取多种综合措施来加以解决，以保证炉的稳定运行和生产效益。参考文献：1陈万军，王燕，孙晨.基于卷积神经网络的气化炉内件磨损预测J.机械设计与制造，2021(6):61-64+68.2郭海宁，刘伟，任健康，等.水煤浆气化炉内件磨损分析与改进措施J.煤炭技术，2020，39(9):149-152.3 陈 昊，郑 树 全，魏 世 杰，等.一 种 用 于 水 煤浆 气 化 炉 的 陶 瓷 内 衬 板 及 其 制 备 方 法：C N 109446326AP.2019-03-08.