高溫熱電偶在焦油氣化爐上的應用

摘要:合成氣裝置氣化爐高溫熱電偶在實際使用過程中壽命較短。文中從工藝、設備、操作參數等方面分析了熱電偶易損壞的原因,提出了延長熱電偶使用壽命的具體方案,為氣化爐的安全平穩長周期運行提供了保障。
      某石化公司合成氣裝置采用合成氣。裂解焦油、工藝水和氧氣3種物料通過工藝燒嘴進入到氣化爐,在氣化爐內1300~1400℃的高溫條件下,發生部分氧化還原反應,工作壓力3.48MPa,生成以一氧化碳為主的合成氣。裝置于2012年建成投用,是國內唯以套利用焦.油氣化生產合成氣的裝置。氣化爐內溫度是氣化爐運行參數之一,它反映了物料在氣化爐內化學反應的狀況,影響氣化爐的碳轉化率,決定合成氣氣體成分的組成,甚至影響氣化爐的安全運行及使用壽命。因此,及時正確測量爐內溫度顯得重要,特別是在裝置開工階段,爐內溫度是氣化爐投料操作的前提。
氣化爐在4個不同方向安裝4組高溫熱電偶，每組3支,共有12點溫度指示。高溫熱電偶為B型,即雙鉑銠熱電偶，用鉑、銠2種合金絲做成熱電偶元件。
1應用現狀
      合成氣裝置自2012年開工，初期運行比較穩定,近期高溫熱電偶頻繁損壞影響裝置平穩生產。經分析認為其損壞的原因主要有5個。
1.1爐內壁耐火材料膨脹產生剪切力
      氣化爐內襯爐磚從內向外共有3層，高溫熱電偶的保護套管安裝孔在爐磚砌筑的同時預留完.成,孔的內壁不規則,爐磚相互交錯,中間具留有保護套管的最小通過距離。氣化爐在投入運行后,爐磚逐步受熱膨脹,由于各種爐磚的受熱膨脹系數不同,就會使安裝孔周圍的爐磚向內部產生不同的收縮距離,相互之間形成徑向剪切力,隨著安裝孔的空間減小,爐磚產生徑向剪切力會直接作用在保護套管上,剛玉材質的保護套管會被剪切力損壞。
1.2氣化爐頻繁開停工的影響
      合成氣裝置開工初期,工藝、設備問題較多，裝置運行不平穩,開停工頻繁。對于高溫熱電偶，剛玉套管前端采用填筑料進行封閉,剛玉內外套管之間的填充物材料存在一-定的膨脹系數,填充物與外套管之間有間隙,經過一段時間的運行后，高壓氣體進人套管內部,停工后,壓力在短時間內突然釋放。氣化爐多次開停工,反復經過泄壓、抽真空烘爐等過程,壓力、溫度變化都較大,造成保護套管使用壽命下降,易損壞。
1.3氣化爐內部氣流沖刷
      高溫熱電偶保護套管深入氣化爐內的頂端距離里層爐磚向火面有一定距離，不能深入爐膛。正常生產中,氣化爐內溫度高達1300C，焦油中碳組分較高,燃燒過程中,會對爐磚產生滲透侵蝕,隨著高溫火焰和高速氣流的劇烈沖刷造成爐磚剝落減薄,保護套管頂端慢慢從爐磚層內露出，在高速氣流和火焰的沖刷下繼而損壞。
1.4高溫熱電偶質量
      高溫熱電偶的保護套管為剛玉復合管,其成份主要由Al2O;和Fe20,等--些雜質組成,如果其中ALO,的含量過低或雜質含量過高,都可以對保護套管的耐火度等特性造成影響,導致其使用壽命降低。
1.5安裝原因
      根據熱電偶的安裝操作規程,其需要在生產設備的冷態下進行安裝,直至投人運行,需要平穩.的升溫過程。但在裝置臨時停工期間,熱電偶需要更換,氣化爐內的溫度沒有降至常溫,如果儀表維護人員安裝過程不標準,速度過快,熱電偶受到的溫度變化劇烈,也會影響其使用壽命。
2采取的應對措施
2.1安裝孔的預留.
      綜合以上因素,高溫熱電偶的安裝間隙是否規范,是否滿足設計要求,成為了需要首先考慮的關鍵點,這就需要在氣化爐爐磚砌筑的時候嚴格按照規范進行,為此制定了詳細的砌筑方案。
氣化爐內爐磚共3層,從爐壁往里分別為.TX233(粘土磚)、TX234A(剛玉磚)TX235A(剛玉磚)。在砌磚過程中,使用φ38mm的試棒作為基準參照物,試棒中心線要與熱偶孔徑中心線重合,保證砌完磚后中心孔徑同軸。TX233粘土磚為圓形磚,砌磚過程要保證TX233磚孔徑中心線與試棒中心線重合;TX234A剛玉磚在砌磚過程中,要保證TX234A凹槽最低點距離試棒下邊緣的距離為27.8mm,上面的磚凹槽最高點距離試棒上邊緣的距離為4mm;TX235A剛玉磚在砌磚過程中,應該盡力保證磚下凹槽最低點距離試棒下邊緣的距.離為33.2mm,.上面磚凹槽最高點距離試棒.上邊緣的距離為5mm。
      首先安裝φ38mm試棒,由外向內插人,在接管處用耐高溫陶纖氈在試棒外側均勻固定;然后安裝TX233,安裝前TX233采用陶纖氈將T型孔與試件之間的間隙均勻填滿;第3步砌筑TX234A下部磚,參照圖紙尺寸安裝,如果尺寸不能保證可以通過打磨磚的底部來調整尺寸,按照同樣方法砌筑TX235A。在砌磚過程中,熱偶安裝孔處TX233、TX234A.TX235A磚孔徑不得改變,尺寸有偏差時，可以調整磚的底部,不得改變磚孔徑尺寸。爐磚.砌筑完成之后,可以將安裝孔里側爐磚邊緣--圈切割成45°斜面,可以減少爐渣在安裝孔處存留，造成堵塞。
2.2熱電偶安裝及檢查
      冷態安裝時,現場測量安裝孔深度,將熱電偶調整到指定長度,在保護套管外纏繞耐高溫陶纖填充物,使其能夠深人安裝孔內,套管前端不能深人爐膛,距離內壁10mm,各個接頭確保緊固到位，最后使用萬用表測量檢查熱電偶是否完好。
      熱態安裝時,將故障熱電偶拆下后,首先使用φ40mm圓柱型工具對安裝孔進行疏通,再使用儀表風吹掃,然后將預制的熱電偶緩慢安裝到安裝孔內。此時氣化爐內溫度在800C以上，為了避免剛玉保護套管受熱溫度變化劇烈,建議安裝速度為30mn/min,使保護套管有溫度變化適應過程。
3結束語
      做為國內第1套利用焦油氣化生產合成氣的裝置,氣化爐燒嘴的運行是整個裝置的重點。燒嘴從原設計國外進口到國產化,整個過程比較漫長,期間工藝參數、設備狀況、氣化爐內部的反應情況、火焰的形狀等各方面因素都不斷發生變化，這就需要在日常生產過程中認真收集數據,找出規律,找出影響高溫熱電偶使用壽命的外界因素,制定應對措施,使其為氣化爐的安全平穩運行提供可靠保障。