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气化炉专用热电偶
  气化炉是煤化工最具代表性装置,宜兴贝太力仪器仪表科技有限公司根据TEXACO气化炉和Shell气化炉工况特殊性,分享气化炉热电偶的特殊结构和材料选择等专业知识,帮助用户解决特殊场合的温度测量常规热电偶不能使用的难题。
  
  对温度的准确测量和严格控制是确保工艺正常运行的关键因素,其将直接影响工艺过程是否在理想的条件下进行 ,甚至会影响到整体设备的使用寿命、安全生产及环境保护。煤化工行业的德士古(TEXACO)气化炉和壳牌(Shell)气化炉测温工况均因气化炉炉体构造、内部介质、反应过程、操作条件具有极高的特殊性,所以对相应热电偶的选择也凸显其特殊的重要性和复杂性。笔者凭借多年丰富的经验,将德士古(TEXACO)气化炉和壳牌(Shell)气化炉代表性和典型性的工况,以及相应热电偶的选择原则和注意事项与大家探讨,旨在为煤化工用户提供具参考性的指导建议。
  
  1、TEXACO气化炉
  
  ①德士古(TEXACO)气化炉工况特点
  
  德士古(TEXACO)气化炉代表现场为宁夏煤业集团250kt/a甲醇装置,神华包头和内蒙古久泰能源的煤制烯烃项目等。
  
  以上现场采用TEXACO急冷流程、全废锅流程,是目前世界最先进的节能工艺。TEXACO气化炉具有高温、高压、氧化性和还原性气氛共存、强冲刷、温度压力骤变等特殊工况。燃烧室操作温度为1350-1500℃,操作压力2.5-8.7 MPa.焰气含有CO,H2,CO2,H2O,CH4,Ar,N2及H2S等组分;煤灰熔点为1310-1370℃。燃烧室壳体与内衬耐火砖因受热膨胀系数不同,易发生相互剪切。最关键的是气化炉内冲刷磨损极为严重,所以温度计的测点必须位于距炉墙内壁15-25mm处。但是炉壁在砌制过程中难以保证均匀一致,加之炉内冲刷和磨损的存在,炉壁在生产进程中会发生不可避免的逐渐减薄的变化。
  
  
  ②德士古(TEXACO)气化炉对温度计的性能要求
  
  由于上述TEXACO炉的特殊工况,要求测温传感器必须能承受达1600℃的高温和8.7MPa的高压;能同时抵抗氧化性和还原性气的双重腐蚀;具有可调整的插入长度和可随动的结构,当内衬发生厚度变化和扭曲剪切时,能进行相应的结构变化。
  
  ③德士古(TEXACO)气化炉测温解决方案
  
  针对这些要求,气化炉热电偶通过选用特殊的材料和结构设计,满足了气化炉工况对温度传感器的苛刻要求,是一种可调防振、耐冲刷、抗氧化、多级阻漏的气化炉专用热电偶。
  
  首先,气化炉热电偶的主体结构采用可调防振的设计理念,当气化炉炉壁衬里厚度发生变化时,气化炉热电偶可通过收缩式螺纹套管在±120mm 范围内进行调节,以实现测量元件始终保持在最佳位置。当炉壳和内衬发生剪切时,利用万向转球可使探头随倾斜而进行旋转,并在限位导向管和校正减振弹簧的作用下,使探头始终保持在穿墙套管中心的正确位置上,避免了气化炉热电偶在炉墙发生变形时,产生硬力剪切造成折断。多级阻漏的结构设计,在热电偶套管发生损坏时,可防止炉内通过套管与外面对流,致使炉内高温传导甚至泄漏而发生的安全隐患,体现安全意识和环保理念。
  
  其次,热电偶保护管材料采用通过无压烧结亚微米碳化硅粉末制造的进口碳化硅材料,该材料具有陶瓷和金属的双重特性,即使在超过1750℃高温时仍能可靠地使用,其热导性与不锈钢相当,是氧化铝的5倍;硬度是仅次于金刚石的高性能材料之一;小于10μm的超细结晶,经氦气检漏测试,气孔率几乎为0,可有效阻止H2和CO通过管壁上的气孔对热电偶丝造成损坏;超高的硬度和密度,使其具有理想的耐磨损,能长期抵抗物料的冲刷,即使在超高温度下也能工作于氧化性和还原性气氛及强酸强碱的腐蚀性环境中。
  
  
  2、Shell气化炉
  
  目前国内已引进十余套Shell气化炉,代表现场为河南开祥甲醇工程和云维集团合成氨、广西柳化的煤气化装置。
  
  ①壳牌(Shell)气化炉工况特点
  
  保证壳牌(Shell)气化炉正常运转的条件:既不能使汽化炉超温受损,又要尽可能在消耗最低的氧量情况下,实现完全碳转化, 因此温度控制至关重要。而Shell气化炉的结构特点决定了气化炉的温度不能直接测定,只能通过间接方法来控制。气化炉内件膜式壁与外壳之间形成一个“环形空间”,热的合成气不能窜入“环形空间”内,造成壳体超温。通过测量“环形空间”水冷壁的温度来推算炉内温度,是Shell气化炉温度测量的特点。
  
  “环形空间”温度为多点采集 ,各测温点是了解气化炉是否正常运行的关键 ,如有异常, 要立即查找、分析原因 ,并及时处理,否则将会对气化炉造成重大损坏。
  
  ②壳牌(Shell)气化炉对热电偶的性能要求
  
  因壳牌(Shell)气化炉的煤粉是在4MPa,1500℃左右的气化炉中,与O2和蒸汽进行燃烧,且在被送到煤烧嘴处时已是在2MPa的压力下,因此要求温度计需具有不低于2MPa的耐压能力,并具有在超压情况下的应急措施,且能承受1500℃的高温;由于 Shell气化炉是集动、静设备于一体,集燃烧 、反应、换热、急冷等工艺于一身的复合设备,因此要求所使用的热电偶必须装卸方便、更换容易。因其结构复杂,控制点多,所以必须采用多点式热电偶。
  
  ③壳牌(Shell)气化炉测温解决方案
  
  多点可抽芯阻漏式Shell气化炉专用热电偶的设计方案解决了现场要求。
  
  a、采用3点式或4点式,不同长度(最长可达6m)的多点式热电偶,可一举测量不同控制点的温度。
  
  b、根据现场安装的特点,采用4in(1in=25.4mm)600号的法兰安装部件,此部分与测温主体为可分离结构,即可先完成法兰的安装固定,再进行测温主体与法兰的配合安装。此方案可使笨重的法兰一次性安装,在日常的维护中只需更换主体部分即可,方便快捷。与此结构密切结合的是芯体元件的可独立更换性。每支测量元件都是可单独拆卸的个体,如果哪一支发生故障,可单独抽出更换,减少了维护成本和备品备件的数量及费用。
  
  c、因炉内介质大量存在HCl成分,设备制造较多使用了Incoloy和Inconel合金,为保持较高的承受高温与腐蚀能力 ,热电偶保护管材料的选用需全部采用Inconel600合金,保持测温元件、安装法兰以及密封卡套等的材料一致性。
  
  d、温度计必须具有多级阻漏的密封结构设计,即每一支元件均需具备双级阻漏装置,当任何一支测温元件发生损坏时,因阻漏的存在,“环形空间”内的高温高压气流不会泄漏,同样保证了安全环保的现场要求。
  
热电偶
  
  3、气化炉热电偶安装须知
  
  ①气化炉停车后,考虑到耐火材料与压力容器的减压效应和热胀冷缩问题,气化炉的泄压和置换过程是缓慢进行的,应在炉子压力基本降到大气压且完全置换后,趁熔融的炉渣尚未完全凝固下来,把气化炉热电偶由炉内抽出来。若炉渣已凝固,热电偶陶瓷套管已经拔不出来,只能拔出后部的金属部分,陶瓷套管一般用专用工具打入炉内。
  
  ②安装新的气化炉热电偶时,将组装好的气化炉热电偶放在专用的支架上,支架放在带轮的小车上,使气化炉热电偶刚好对准气化炉热电偶设备接管正中。向炉内缓慢推进气化炉热电偶,约每5分钟10mm,使热电偶避免遭受热冲击。