航天炉激冷环挂渣事故原因分析

航天炉激冷环挂渣事故原因分析 本文关键词：航天，事故，原因，分析，炉激冷环挂渣

航天炉激冷环挂渣事故原因分析 本文简介：［摘要］激冷环是航天炉的核心部件之一，其良好运行是保证航天炉长周期、高效率运行的关键。介绍河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司2017年5月发生的一起激冷环挂渣导致的航天炉外壳撕裂事故，分析激冷环挂渣的原因，提出预防及应对措施，并对激冷环2种检修方式的优劣进行对比，以利于保证激冷环的正常运行

航天炉激冷环挂渣事故原因分析 本文内容：

［摘要］激冷环是航天炉的核心部件之一，其良好运行是保证航天炉长周期、高效率运行的关键。介绍河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司2017年5月发生的一起激冷环挂渣导致的航天炉外壳撕裂事故，分析激冷环挂渣的原因，提出预防及应对措施，并对激冷环2种检修方式的优劣进行对比，以利于保证激冷环的正常运行。

［关键词］航天炉;激冷环;挂渣事故;原因分析;预防措施;检修方式

航天炉(HT-L)是一种新型的气流床气化炉，运用了众多的核心技术;其中，激冷环是航天炉的核心部件之一，其运行状况的优劣直接影响着航天炉的运行周期和效率。自2013年航天炉开车以来，我们在探索延长航天炉的运行周期和保护激冷环等核心部件方面，以及实际生产中解决各类问题上，已经逐步摸索出一些运行维护经验，但依然会有一些意想不到的工况出现，如2017年5月发生的一起激冷环挂渣导致的航天炉外壳撕裂事故。以下对激冷环的构造与作用进行介绍，并就这起事故发生的原因及预防措施作一分析与总结。

1激冷环的构造

激冷环主要由4个DN100的激冷水法兰入口、激冷水分配室、外环管(外环管上均布62个DN6的喷水孔)、内环管和下降管(内环管与下降管之间形成DN8的圆环，其作用是形成水膜)等组成。激冷水入口管均匀地焊接在激冷水分配室上，激冷水泵送来的灰水通过入口管均匀地进入激冷水分配室。激冷水分配室的作用主要是将激冷水分配到外环管和内环管内。外环管的作用主要是将激冷水均匀地布向下降管内壁，形成稳定的水膜，保护下降管。内环管的作用主要是将激冷水喷洒到粗煤气和灰渣上，起到洗涤冷却的作用。下降管则是给粗煤气和渣提供一个环形通道，保证粗煤气和渣能够稳定地进入激冷室;下降管与激冷环焊接的下方均分着4个小孔(DN6)，其作用主要是平衡下降管与上升管两边的压差，保证气流的平稳，同时在紧急停车时防止产生虹吸作用;下降管的底部装有除泡器，其主要作用是破除粗煤气中的水泡内含有的微小灰粒，避免灰粒进入洗涤塔而堵塞洗涤塔塔板以及恶化灰水水质。

2激冷环的作用

2.1激冷环的安装位置

航天炉主体分为两部分，上部是燃烧室，下部是激冷室，激冷环处于燃烧室的底部与激冷室的上部，通过螺栓将激冷环上端面与燃烧室渣口盘管的底座法兰下端面连接，激冷环的下部则通过焊接下降管同激冷室连接，即燃烧室与激冷室就是靠激冷环和下降管将两者串联起来的。

2.2激冷环本体的作用

从燃烧室出来的高温粗合成气夹带着液态灰渣等高温物质，经过激冷环后变成低温物质，高温粗煤气被激冷水降温润湿的同时，液态渣经过与激冷环换热后快速降温，伴随着粗煤气一起通过下降管进入激冷室，实现粗合成气的洗涤、冷却和增湿，而后粗合成气经上升管送入洗涤塔再次洗涤、饱和后送往变换工段;液态渣经激冷室水浴降温后形成固态渣，通过破渣机破碎后进入捞渣池，最后送往渣场。

2.3激冷环冷介质(激冷水)的用途

激冷水(约200℃)的作用主要有两点:一是洗涤冷却介质;二是保护激冷环和下降管，使其免受高温损坏。一部分激冷水通过激冷环内环管上的小孔均匀地喷洒到高温粗合成气(约1320℃)中，使粗合成气迅速地增湿降温而在激冷室内形成饱和气;另一部分激冷水则通过激冷环的外环管与下降管之间的圆环缝隙形成水膜沿下降管内壁进入激冷室。激冷环外环管上形成的水膜，其作用体现在两个方面:一方面，高温的粗合成气通过辐射和对流将热量传给下降管内壁的激冷水膜，使水膜内部分水汽化而进入粗合成气流中，粗合成气温度急剧降低并增湿，出口气体中的水汽与激冷水之间达到相平衡;另一方面，水膜内的激冷水虽然不断蒸发，但只要保证有足够的激冷水，水膜的温度和厚度会基本保持不变，且均匀地分布在下降管的内壁面，从而保护下降管免受高温热应力的损坏。激冷环的工作环境非常恶劣，从燃烧室来的高温粗合成气夹带着大量熔融灰渣穿过激冷环，在很短的距离内温度从1350℃左右降到220℃左右，温度的急剧变化加上熔渣的冲刷，给激冷环的使用寿命带来很大影响;同时，激冷水量不足、堵塞、热应力、操作等方面的因素均可能导致激冷环出现各种故障，其中尤以激冷环挂渣产生的影响最大。

3激冷环挂渣事故简介

2017年5月，运行中的1台航天炉外壳突然出现明火，紧急停炉。检修过程中发现，激冷环上、下(即其上部与渣口盘管底座法兰连接处、下部与下降管焊接处)挂渣严重，激冷环的法兰面破损严重，下降管多处鼓包烧穿，部分支撑板变形烧穿，航天炉外壳焊缝上、下严重鼓包，焊缝口撕裂。正常情况下，燃烧室下来的粗煤气和液态渣在经过激冷环时通过内环管喷洒的激冷水冷却后沿下降管进入激冷室，但是如果工况异常，将导致大量液态渣在渣口和激冷环处冷却固化结成渣层，原本粗煤气沿着激冷环垂直向下进入下降管，但由于激冷环上结有不规则厚度的渣层，导致部分粗煤气在遇到渣层后改变了流动方向，这部分粗煤气没有经过激冷环降温而是与渣层接触后折流至下降管，与其内壁上的水膜接触，水膜在高温气和热应力的作用下遭到破坏，下降管失去水膜的保护而发生变形鼓包，最终被烧穿，大量粗煤气又会通过烧穿的下降管走短路，不经过激冷室而直接进入上升管，导致出航天炉的粗煤气温度升高，航天炉会因粗煤气温度高联锁跳车;另外，这部分短路的粗煤气还会穿过烧穿的下降管直接流向航天炉的支撑板(航天炉内有6块支撑板，环形分布)，将支撑板烧穿后再次折流至航天炉的外壁，导致高温气体直接冲击航天炉的外壳，最终在高温气的热应力和冲刷下航天炉外壳多处鼓包处出现撕裂。

4激冷环挂渣原因分析

4.1渣口盘管泄漏

检修过程中发现，渣口盘管有泄漏，而激冷环紧挨着渣口盘管，渣口盘管在高温气冲刷和渣的磨损下发生泄漏后，部分未被汽化的锅炉水(约160℃)直接漏到激冷环上与熔渣接触，高温熔渣迅速冷却固化在激冷环上形成结渣。

4.2激冷环水通道堵塞或水量少

激冷环水通道堵塞、水量少，导致熔渣烧坏激冷环，渣与激冷水直接接触，固化在激冷环上形成结渣。而经分析，激冷环水通道堵塞或水量少的原因如下:①激冷水中含渣量大，堵塞激冷环流道，导致激冷水量少;②激冷水泵过滤器长时间没有轮换清理，过滤器堵塞，水流量减小，抑或滤网有破损、滤网孔径变大，不能有效分离粒度大的渣，从而导致激冷环流道堵塞;③洗涤塔底部积渣严重，水浴空间减小，液位计不能准确指示，导致泵打量不足而产生汽蚀，使激冷水量减少;④下降管水膜遭到破坏，外环管与下降管间的环隙在高温和应力的作用下变形，局部环隙变小，导致流道变窄，激冷水量减少。

4.3工艺操作方面的因素

(1)氧煤比低，炉温低，导致渣在流经激冷环时直接冷却、结渣。(2)工艺气带灰带水，大量的灰进入洗涤塔，恶化激冷水水质，进而堵塞激冷环。

5预防措施

(1)控制适宜的氧煤比，保证炉温的稳定，使渣的流动状态平稳。(2)优化灰水循环系统操作，保证粗煤气不带灰，若水质劣化，加强外排，补充新的脱盐水。(3)严格控制激冷水流量，避免水量波动。(4)观察与激冷环有关的重点工艺指标，如渣口压差、二氧化碳含量、粗煤气温度等。

6激冷环检修方式的对比

航天炉长时间的运行定会导致激冷环出现不同程度的损坏，检修必不可少。目前激冷环检修主要有2种方式:一是更换新的激冷环;二是修补及高压冲洗。更换新的激冷环，其好处是可保证激冷水分配室以及内环管、外环管通道的通畅性，使激冷水的分配更均匀，同时新的激冷环在材质方面有保证，不至于在短时间内出现故障，是保证气化炉长周期运行的有利条件。但是采用此种方式，检修费用非常昂贵，给企业带来较大的负担;若无备件，激冷环制作工期长，会造成航天炉长期无备炉。修补及冲洗激冷环是比较省工的、常用的方法。冲洗激冷环是将激冷环的激冷水分配室切割开，使用高压水枪将激冷环内环管、外环管表面附着的固体物质冲洗掉，以保证激冷水分配室以及内环管、外环管通道的通畅;长时间的运行中，粗煤气和渣对激冷环的冲刷是不可避免的，激冷环损伤的部分经补焊、打磨后仍可再投用。但是，检修后的激冷环在使用过程中会存在一些不确定因素:主要是材质方面会有瑕疵，因为之前在恶劣环境中工作的激冷环材质中的部分特殊元素会有损失，使激冷环在抗磨损、耐高温等方面有隐患;另外就是高压冲洗并不能保证将激冷环的内环管和外环管的内部流道予以彻底清洗，易在后期运行中出现堵塞等状况，影响航天炉的运行。其优点是检修时间短，为航天炉在短时间内开车提供条件，检修费用也比更换新的激冷环低得多。

7结束语

激冷环作为航天炉的核心部件，在航天炉运行中所起的作用不言而喻。操作中应密切关注炉况的变化，及时调整工艺指标，以有效地改善炉况，保证激冷环的正常工作，同时要不断地摸索、借鉴和积累操作经验，维护好激冷环的运行环境，避免激冷环挂渣等事故的发生，从而保证航天炉的长周期、高效率运行。

作者：赵海昭 李振垒 单位：河南晋开化工投资控股集团有限责任公司

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