水煤浆气化炉托砖板损坏原因分析及处理措施张希海 徐延梅（山东华鲁恒升化工股份有限公司） 摘要：水煤浆气化炉是水煤浆加压气化装置中的关键设备，本文着重介绍托砖板部位损 坏情况及原因分析，并提出改进方案关键词：气化炉、托砖板、裂纹、腐蚀、结构改进气化炉是水煤浆加压气化装置中的核心设备水煤浆经高压煤浆泵加压后进入工艺烧嘴 煤浆管，空分来的高压氧气经调节流量后分别进入工艺烧嘴的中心管和环管水煤浆与纯氧 通过气化炉顶部的工艺烧嘴喷出后充分混合、雾化，在气化炉中发生部分氧化反应反应在6.5MPa（G）、1350〜1400°C下进行气化反应在气化炉反应段瞬间完成，生成 CO、H2、CO2、H2O和少量CH4、H2S等气体离开气化炉燃烧室的热气体和熔渣进入气 化炉下段激冷室，被水淬冷后温度降低并被水蒸汽饱和后出气化炉我公司在运行中，发现燃烧室底部的托砖板产生严重裂纹、托砖板上翘、密封面腐蚀等 问题托砖板上托锥底砖，下与激冷环连接，如果产生问题势必影响气化炉的安全运行，为 找出原因，并解决问题，我们进行了详细分析，采取了相应应急措施，并制定了详细的改进1. 现状调查：• 托砖板内径尺寸变大，造成底层砖尽1/2无法完好支撑，给砌砖带来难度；• 径向方向产生大量放射状裂纹，其中三条裂纹开裂严重开口处宽约10mm，裂 纹长度约17cm，其他裂纹开口明显，长度较短；裂纹造成托砖板强度降低， 若裂纹继续扩展，会造成无法承受锥底及压差产生的力而坍塌，造成严重事故。
• 托砖板水平方向变形，由于开裂导致托砖板上翘，与连接的激冷环间形成宽约 15mm 开口；托砖板底面表面腐蚀，造成密封面凹凸不平• 由于托砖板变形，造成安装激冷环时，螺栓不垂直，激冷环安装十分困难；托砖板变形2. 原因分析：2.1 氢致应力腐蚀开裂与氢致开裂由于钢材在高温高压氢气环境下操作时，氢气扩散侵入钢材中，当冷却过程中，由 于氢来不及从钢材中向外释放，钢材内就会吸入了一定的氢，从而引发裂纹氢致裂纹 只要有氢致应力腐蚀开裂与氢致开裂两种形式，氢致应力腐蚀开裂主要与应力方向有 关，氢致开裂与输入氢的压力有关，当输入压力较大时，才会产生裂纹气化炉在实际 运行时，托砖板处于燃烧室与激冷室交界处，温差应力、高压氢环境及高温烧蚀是产生 裂纹的主要原因2.2 高温腐蚀在气化炉燃烧室生成的粗煤气中除含有CO、H2、CO2和H2O等主要成分外，另 外还含有H2S、SO2等微量成分，进入激冷室前温度1000C以上，压力5.8〜6.0MPa 托砖板法兰材料在高温氧化性介质（C02、H20等）中受热时，会造成氧化腐蚀而高温 下金属与 H2S、 SO2 接触，则会造成硫化腐蚀在高温、高压下，粗煤气中的氢会侵 入托砖板法兰材料中与铁的不稳定碳化物Fe3C反应生成CH4,使钢基体平均含碳量降 低，造成表面脱碳。
另外少量高压氮气会经过烧嘴、取压点进入气化炉中，在高温、高压环境下，氮气 与氢气会产生少量氨工艺气中C02、H20和微量O2会催进氨对钢的腐蚀，反应式如 下：2nh3+co2-nh4co2nh2 （氨基甲酸氨） NH4CO2NH2^NH4++CO2NH2- q+ZN^+FeTFe^OH^N^NH3+H2O^NH4++OH- 反应中的氨基甲酸铵对碳钢有强烈的腐蚀作用，使钢材表面的钝化膜产生破裂，并 在此产生阳极腐蚀2.3 高温冲蚀 高温、高速的粗煤气携带着熔融态炉渣出锥底砖渣口后，在托砖板法兰内径处产生 湍流，对托砖板法兰会产生冲刷、剪切作用，作用的结果是在托砖板法兰内孔处材料表 层转化为表面变形能，从而造成托砖板法兰材料的冲蚀、剥离气化炉在实际操作过程中，有时会出现渣口挂渣和下降管挂渣甚至堵塞现象，造成 燃烧室与激冷室间压差升高现象当渣口挂渣时，出燃烧室介质流速应比正常要高，从 而对托砖板法兰造成的冲蚀、剥离作用要厉害下降筒堵渣后，因阻力变大，也会加剧 介质在托砖板法兰处的湍流3. 采取措施：3.1 临时措施： 参考气化炉的燃烧室结构图进过分析，锥底锥底托砖板承受两部分力，一为部分锥底 砖的重量约1400Kg，另一部分为气化炉运行时渣口砖表面的压力：即压差0.04Mpa/^X水 平有效面积0.52 m?。
由以上可计算气化炉正常运行时托砖板实际承受的压力为0.68Mpa/m2 考虑到托砖板厚度为86mm,若控制裂纹不再扩展，可以承受以上压力另外影响安全运行的重要因素就是该部位的密封托砖板虽然底部腐蚀比较严重，但 是靠近螺栓部位比较紧固，密封面比较完好，同时该部位压差比较小，只有0.04Mpa,完全 能保证密封考虑到以上因素，我们采取以下措施：• 用钢丝刷打磨干净托砖板表面，对裂纹进行着色检测，找出裂纹末端位置然后 在裂纹末端沿裂纹发展方向打①6mm的止裂孔，止裂孔要打透托砖板，然后孔内 用①6mm的圆钢卯上，表面打磨平止裂孔可防止裂纹继续延伸• 托砖板密封面打磨干净，涂抹高温密封胶这样可以部分弥补腐蚀的密封面，同 时增强外延密封面的密封性能外延完好密封面宽度约40-50mm,通过以上处理 完全能满足密封性能• 在托砖板内沿涂抹高铬浇注料，可以起到保护托砖板的作用，同时将翘起的开口 填充，可有效阻止灰渣进入深入间隙，可以起到保护密封面和增强密封的效果3.2 结构改进措施： 为了彻底修复托砖板，我们确定更换新的托砖板考虑到托砖板处的运行环境十分恶劣， 托砖板直接暴露在工艺气环境下，承受高温、高压、高流速的腐蚀性介质的影响，任何金属 长时间在这种情况下，都免不了出现裂纹、腐蚀等缺陷。
首先我们确定，扩大托砖板内径尺 寸，在内测砌筑一层高铬耐火砖，将托砖板与高温气体和炉渣隔离，可以有效降低冲刷、腐 蚀及托砖板温度另外托砖板内侧即使有一层高铬耐火砖保护，由于传热和密封性等因素，托砖板避免不 了收高温和氢腐蚀等影响而产生裂纹，进而发生变形为有效解决该问题，我们板托砖板做 成两部分，在内侧增加一内环，即使内环开裂，也不会继续往后扩展到，进而避免变形的产 生具体结构如下：4. 运行效果：4.1 临时措施效果运行一周期拆检该部位发现，通过采取以上，托砖板部位的裂纹、腐蚀等问题得到有效 控制，裂纹、腐蚀未在继续扩展，密封面良好，未发现串气的痕迹采取以上措施运行一年 后检查，仍为发现裂纹、腐蚀继续扩展，密封良好运行后复检 经过几次检查后的效果看，以上措施起到了良好效果，有效控制了缺陷继续扩展 并且完全满足安全运行条件，为彻底检修赢得宝贵时间，有效避免了了生产损失 4.2 结构改进效果该结构已在二期的气化炉上使用，自开车至今已多年通过检修机会多次检查托砖 板，均未发现无裂纹、腐蚀、变形等缺陷实践证明该结构效果良好5. 参考文献：[1] 陈匡民.过程装备腐蚀与防护[M].北京：化学工业出版社，2001.60-72.[2] 周夏;李祥华;孙新华;黄敏;谢春晖. 水煤浆加压气化炉托砖板法兰的维修. 《化肥设计》2006 年 第 04期 54 页.。