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激冷環(huán)是航天爐的核心部件之一，其良好運(yùn)行是保證航天爐長周期、高效率運(yùn)行的關(guān)鍵。介紹河南晉開化工投資控股集團(tuán)有限責(zé)任公司二分公司2017年5月發(fā)生的一起激冷環(huán)掛渣導(dǎo)致的航天爐外殼撕裂事故，分析激冷環(huán)掛渣的原因，提出預(yù)防及應(yīng)對(duì)措施，并對(duì)激冷環(huán)2種檢修方式的優(yōu)劣進(jìn)行對(duì)比，以利于保證激冷環(huán)的正常運(yùn)行。

［關(guān)鍵詞］航天爐;激冷環(huán);掛渣事故;原因分析;預(yù)防措施;檢修方式

航天爐(HT-L)是一種新型的氣流床氣化爐，運(yùn)用了眾多的核心技術(shù);其中，激冷環(huán)是航天爐的核心部件之一，其運(yùn)行狀況的優(yōu)劣直接影響著航天爐的運(yùn)行周期和效率。自2013年航天爐開車以來，我們?cè)谔剿餮娱L航天爐的運(yùn)行周期和保護(hù)激冷環(huán)等核心部件方面，以及實(shí)際生產(chǎn)中解決各類問題上，已經(jīng)逐步摸索出一些運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，但依然會(huì)有一些意想不到的工況出現(xiàn)，如2017年5月發(fā)生的一起激冷環(huán)掛渣導(dǎo)致的航天爐外殼撕裂事故。以下對(duì)激冷環(huán)的構(gòu)造與作用進(jìn)行介紹，并就這起事故發(fā)生的原因及預(yù)防措施作一分析與總結(jié)。

1激冷環(huán)的構(gòu)造

激冷環(huán)主要由4個(gè)DN100的激冷水法蘭入口、激冷水分配室、外環(huán)管(外環(huán)管上均布62個(gè)DN6的噴水孔)、內(nèi)環(huán)管和下降管(內(nèi)環(huán)管與下降管之間形成DN8的圓環(huán)，其作用是形成水膜)等組成。激冷水入口管均勻地焊接在激冷水分配室上，激冷水泵送來的灰水通過入口管均勻地進(jìn)入激冷水分配室。激冷水分配室的作用主要是將激冷水分配到外環(huán)管和內(nèi)環(huán)管內(nèi)。外環(huán)管的作用主要是將激冷水均勻地布向下降管內(nèi)壁，形成穩(wěn)定的水膜，保護(hù)下降管。內(nèi)環(huán)管的作用主要是將激冷水噴灑到粗煤氣和灰渣上，起到洗滌冷卻的作用。下降管則是給粗煤氣和渣提供一個(gè)環(huán)形通道，保證粗煤氣和渣能夠穩(wěn)定地進(jìn)入激冷室;下降管與激冷環(huán)焊接的下方均分著4個(gè)小孔(DN6)，其作用主要是平衡下降管與上升管兩邊的壓差，保證氣流的平穩(wěn)，同時(shí)在緊急停車時(shí)防止產(chǎn)生虹吸作用;下降管的底部裝有除泡器，其主要作用是破除粗煤氣中的水泡內(nèi)含有的微小灰粒，避免灰粒進(jìn)入洗滌塔而堵塞洗滌塔塔板以及惡化灰水水質(zhì)。

2激冷環(huán)的作用

2.1激冷環(huán)的安裝位置

航天爐主體分為兩部分，上部是燃燒室，下部是激冷室，激冷環(huán)處于燃燒室的底部與激冷室的上部，通過螺栓將激冷環(huán)上端面與燃燒室渣口盤管的底座法蘭下端面連接，激冷環(huán)的下部則通過焊接下降管同激冷室連接，即燃燒室與激冷室就是靠激冷環(huán)和下降管將兩者串聯(lián)起來的。

2.2激冷環(huán)本體的作用

從燃燒室出來的高溫粗合成氣夾帶著液態(tài)灰渣等高溫物質(zhì)，經(jīng)過激冷環(huán)后變成低溫物質(zhì)，高溫粗煤氣被激冷水降溫潤濕的同時(shí)，液態(tài)渣經(jīng)過與激冷環(huán)換熱后快速降溫，伴隨著粗煤氣一起通過下降管進(jìn)入激冷室，實(shí)現(xiàn)粗合成氣的洗滌、冷卻和增濕，而后粗合成氣經(jīng)上升管送入洗滌塔再次洗滌、飽和后送往變換工段;液態(tài)渣經(jīng)激冷室水浴降溫后形成固態(tài)渣，通過破渣機(jī)破碎后進(jìn)入撈渣池，后送往渣場(chǎng)。

2.3激冷環(huán)冷介質(zhì)(激冷水)的用途

激冷水(約200℃)的作用主要有兩點(diǎn):一是洗滌冷卻介質(zhì);二是保護(hù)激冷環(huán)和下降管，使其免受高溫?fù)p壞。一部分激冷水通過激冷環(huán)內(nèi)環(huán)管上的小孔均勻地噴灑到高溫粗合成氣(約1320℃)中，使粗合成氣迅速地增濕降溫而在激冷室內(nèi)形成飽和氣;另一部分激冷水則通過激冷環(huán)的外環(huán)管與下降管之間的圓環(huán)縫隙形成水膜沿下降管內(nèi)壁進(jìn)入激冷室。激冷環(huán)外環(huán)管上形成的水膜，其作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面，高溫的粗合成氣通過輻射和對(duì)流將熱量傳給下降管內(nèi)壁的激冷水膜，使水膜內(nèi)部分水汽化而進(jìn)入粗合成氣流中，粗合成氣溫度急劇降低并增濕，出口氣體中的水汽與激冷水之間達(dá)到相平衡;另一方面，水膜內(nèi)的激冷水雖然不斷蒸發(fā)，但只要保證有足夠的激冷水，水膜的溫度和厚度會(huì)基本保持不變，且均勻地分布在下降管的內(nèi)壁面，從而保護(hù)下降管免受高溫?zé)釕?yīng)力的損壞。激冷環(huán)的工作環(huán)境非常惡劣，從燃燒室來的高溫粗合成氣夾帶著大量熔融灰渣穿過激冷環(huán)，在很短的距離內(nèi)溫度從1350℃左右降到220℃左右，溫度的急劇變化加上熔渣的沖刷，給激冷環(huán)的使用壽命帶來很大影響;同時(shí)，激冷水量不足、堵塞、熱應(yīng)力、操作等方面的因素均可能導(dǎo)致激冷環(huán)出現(xiàn)各種故障，其中尤以激冷環(huán)掛渣產(chǎn)生的影響大。

3激冷環(huán)掛渣事故簡(jiǎn)介

2017年5月，運(yùn)行中的1臺(tái)航天爐外殼突然出現(xiàn)明火，緊急停爐。檢修過程中發(fā)現(xiàn)，激冷環(huán)上、下(即其上部與渣口盤管底座法蘭連接處、下部與下降管焊接處)掛渣嚴(yán)重，激冷環(huán)的法蘭面破損嚴(yán)重，下降管多處鼓包燒穿，部分支撐板變形燒穿，航天爐外殼焊縫上、下嚴(yán)重鼓包，焊縫口撕裂。正常情況下，燃燒室下來的粗煤氣和液態(tài)渣在經(jīng)過激冷環(huán)時(shí)通過內(nèi)環(huán)管噴灑的激冷水冷卻后沿下降管進(jìn)入激冷室，但是如果工況異常，將導(dǎo)致大量液態(tài)渣在渣口和激冷環(huán)處冷卻固化結(jié)成渣層，原本粗煤氣沿著激冷環(huán)垂直向下進(jìn)入下降管，但由于激冷環(huán)上結(jié)有不規(guī)則厚度的渣層，導(dǎo)致部分粗煤氣在遇到渣層后改變了流動(dòng)方向，這部分粗煤氣沒有經(jīng)過激冷環(huán)降溫而是與渣層接觸后折流下降管，與其內(nèi)壁上的水膜接觸，水膜在高溫氣和熱應(yīng)力的作用下遭到破壞，下降管失去水膜的保護(hù)而發(fā)生變形鼓包，終被燒穿，大量粗煤氣又會(huì)通過燒穿的下降管走短路，不經(jīng)過激冷室而直接進(jìn)入上升管，導(dǎo)致出航天爐的粗煤氣溫度升高，航天爐會(huì)因粗煤氣溫度高聯(lián)鎖跳車;另外，這部分短路的粗煤氣還會(huì)穿過燒穿的下降管直接流向航天爐的支撐板(航天爐內(nèi)有6塊支撐板，環(huán)形分布)，將支撐板燒穿后再次折流航天爐的外壁，導(dǎo)致高溫氣體直接沖擊航天爐的外殼，終在高溫氣的熱應(yīng)力和沖刷下航天爐外殼多處鼓包處出現(xiàn)撕裂。

4激冷環(huán)掛渣原因分析

4.1渣口盤管泄漏

檢修過程中發(fā)現(xiàn)，渣口盤管有泄漏，而激冷環(huán)緊挨著渣口盤管，渣口盤管在高溫氣沖刷和渣的磨損下發(fā)生泄漏后，部分未被汽化的鍋爐水(約160℃)直接漏到激冷環(huán)上與熔渣接觸，高溫熔渣迅速冷卻固化在激冷環(huán)上形成結(jié)渣。

4.2激冷環(huán)水通道堵塞或水量少

激冷環(huán)水通道堵塞、水量少，導(dǎo)致熔渣燒壞激冷環(huán)，渣與激冷水直接接觸，固化在激冷環(huán)上形成結(jié)渣。而經(jīng)分析，激冷環(huán)水通道堵塞或水量少的原因如下:①激冷水中含渣量大，堵塞激冷環(huán)流道，導(dǎo)致激冷水量少;②激冷水泵過濾器長時(shí)間沒有輪換清理，過濾器堵塞，水流量減小，抑或?yàn)V網(wǎng)有破損、濾網(wǎng)孔徑變大，不能有效分離粒度大的渣，從而導(dǎo)致激冷環(huán)流道堵塞;③洗滌塔底部積渣嚴(yán)重，水浴空間減小，液位計(jì)不能準(zhǔn)確指示，導(dǎo)致泵打量不足而產(chǎn)生汽蝕，使激冷水量減少;④下降管水膜遭到破壞，外環(huán)管與下降管間的環(huán)隙在高溫和應(yīng)力的作用下變形，局部環(huán)隙變小，導(dǎo)致流道變窄，激冷水量減少。

4.3工藝操作方面的因素

(1)氧煤比低，爐溫低，導(dǎo)致渣在流經(jīng)激冷環(huán)時(shí)直接冷卻、結(jié)渣。(2)工藝氣帶灰?guī)?，大量的灰進(jìn)入洗滌塔，惡化激冷水水質(zhì)，進(jìn)而堵塞激冷環(huán)。

5預(yù)防措施

(1)控制適宜的氧煤比，保證爐溫的穩(wěn)定，使渣的流動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)。(2)優(yōu)化灰水循環(huán)系統(tǒng)操作，保證粗煤氣不帶灰，若水質(zhì)劣化，加強(qiáng)外排，補(bǔ)充新的脫鹽水。(3)嚴(yán)格控制激冷水流量，避免水量波動(dòng)。(4)觀察與激冷環(huán)有關(guān)的重點(diǎn)工藝指標(biāo)，如渣口壓差、二氧化碳含量、粗煤氣溫度等。

6激冷環(huán)檢修方式的對(duì)比

航天爐長時(shí)間的運(yùn)行定會(huì)導(dǎo)致激冷環(huán)出現(xiàn)不同程度的損壞，檢修*。目前激冷環(huán)檢修主要有2種方式:一是更換新的激冷環(huán);二是修補(bǔ)及高壓沖洗。更換新的激冷環(huán)，其好處是可保證激冷水分配室以及內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管通道的通暢性，使激冷水的分配更均勻，同時(shí)新的激冷環(huán)在材質(zhì)方面有保證，不于在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)故障，是保證氣化爐長周期運(yùn)行的有利條件。但是采用此種方式，檢修費(fèi)用非常昂貴，給企業(yè)帶來較大的負(fù)擔(dān);若無備件，激冷環(huán)制作工期長，會(huì)造成航天爐長期無備爐。修補(bǔ)及沖洗激冷環(huán)是比較省工的、常用的方法。沖洗激冷環(huán)是將激冷環(huán)的激冷水分配室切割開，使用高壓水槍將激冷環(huán)內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管表面附著的固體物質(zhì)沖洗掉，以保證激冷水分配室以及內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管通道的通暢;長時(shí)間的運(yùn)行中，粗煤氣和渣對(duì)激冷環(huán)的沖刷是不可避免的，激冷環(huán)損傷的部分經(jīng)補(bǔ)焊、打磨后仍可再投用。但是，檢修后的激冷環(huán)在使用過程中會(huì)存在一些不確定因素:主要是材質(zhì)方面會(huì)有瑕疵，因?yàn)橹霸趷毫迎h(huán)境中工作的激冷環(huán)材質(zhì)中的部分特殊元素會(huì)有損失，使激冷環(huán)在抗磨損、耐高溫等方面有隱患;另外就是高壓沖洗并不能保證將激冷環(huán)的內(nèi)環(huán)管和外環(huán)管的內(nèi)部流道予以*清洗，易在后期運(yùn)行中出現(xiàn)堵塞等狀況，影響航天爐的運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)是檢修時(shí)間短，為航天爐在短時(shí)間內(nèi)開車提供條件，檢修費(fèi)用也比更換新的激冷環(huán)低得多。

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1激冷環(huán)的構(gòu)造

激冷環(huán)主要由4個(gè)DN100的激冷水法蘭入口、激冷水分配室、外環(huán)管(外環(huán)管上均布62個(gè)DN6的噴水孔)、內(nèi)環(huán)管和下降管(內(nèi)環(huán)管與下降管之間形成DN8的圓環(huán)，其作用是形成水膜)等組成。激冷水入口管均勻地焊接在激冷水分配室上，激冷水泵送來的灰水通過入口管均勻地進(jìn)入激冷水分配室。激冷水分配室的作用主要是將激冷水分配到外環(huán)管和內(nèi)環(huán)管內(nèi)。外環(huán)管的作用主要是將激冷水均勻地布向下降管內(nèi)壁，形成穩(wěn)定的水膜，保護(hù)下降管。內(nèi)環(huán)管的作用主要是將激冷水噴灑到粗煤氣和灰渣上，起到洗滌冷卻的作用。下降管則是給粗煤氣和渣提供一個(gè)環(huán)形通道，保證粗煤氣和渣能夠穩(wěn)定地進(jìn)入激冷室;下降管與激冷環(huán)焊接的下方均分著4個(gè)小孔(DN6)，其作用主要是平衡下降管與上升管兩邊的壓差，保證氣流的平穩(wěn)，同時(shí)在緊急停車時(shí)防止產(chǎn)生虹吸作用;下降管的底部裝有除泡器，其主要作用是破除粗煤氣中的水泡內(nèi)含有的微小灰粒，避免灰粒進(jìn)入洗滌塔而堵塞洗滌塔塔板以及惡化灰水水質(zhì)。

2激冷環(huán)的作用

2.1激冷環(huán)的安裝位置

航天爐主體分為兩部分，上部是燃燒室，下部是激冷室，激冷環(huán)處于燃燒室的底部與激冷室的上部，通過螺栓將激冷環(huán)上端面與燃燒室渣口盤管的底座法蘭下端面連接，激冷環(huán)的下部則通過焊接下降管同激冷室連接，即燃燒室與激冷室就是靠激冷環(huán)和下降管將兩者串聯(lián)起來的。

2.2激冷環(huán)本體的作用

從燃燒室出來的高溫粗合成氣夾帶著液態(tài)灰渣等高溫物質(zhì)，經(jīng)過激冷環(huán)后變成低溫物質(zhì)，高溫粗煤氣被激冷水降溫潤濕的同時(shí)，液態(tài)渣經(jīng)過與激冷環(huán)換熱后快速降溫，伴隨著粗煤氣一起通過下降管進(jìn)入激冷室，實(shí)現(xiàn)粗合成氣的洗滌、冷卻和增濕，而后粗合成氣經(jīng)上升管送入洗滌塔再次洗滌、飽和后送往變換工段;液態(tài)渣經(jīng)激冷室水浴降溫后形成固態(tài)渣，通過破渣機(jī)破碎后進(jìn)入撈渣池，后送往渣場(chǎng)。

2.3激冷環(huán)冷介質(zhì)(激冷水)的用途

激冷水(約200℃)的作用主要有兩點(diǎn):一是洗滌冷卻介質(zhì);二是保護(hù)激冷環(huán)和下降管，使其免受高溫?fù)p壞。一部分激冷水通過激冷環(huán)內(nèi)環(huán)管上的小孔均勻地噴灑到高溫粗合成氣(約1320℃)中，使粗合成氣迅速地增濕降溫而在激冷室內(nèi)形成飽和氣;另一部分激冷水則通過激冷環(huán)的外環(huán)管與下降管之間的圓環(huán)縫隙形成水膜沿下降管內(nèi)壁進(jìn)入激冷室。激冷環(huán)外環(huán)管上形成的水膜，其作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面，高溫的粗合成氣通過輻射和對(duì)流將熱量傳給下降管內(nèi)壁的激冷水膜，使水膜內(nèi)部分水汽化而進(jìn)入粗合成氣流中，粗合成氣溫度急劇降低并增濕，出口氣體中的水汽與激冷水之間達(dá)到相平衡;另一方面，水膜內(nèi)的激冷水雖然不斷蒸發(fā)，但只要保證有足夠的激冷水，水膜的溫度和厚度會(huì)基本保持不變，且均勻地分布在下降管的內(nèi)壁面，從而保護(hù)下降管免受高溫?zé)釕?yīng)力的損壞。激冷環(huán)的工作環(huán)境非常惡劣，從燃燒室來的高溫粗合成氣夾帶著大量熔融灰渣穿過激冷環(huán)，在很短的距離內(nèi)溫度從1350℃左右降到220℃左右，溫度的急劇變化加上熔渣的沖刷，給激冷環(huán)的使用壽命帶來很大影響;同時(shí)，激冷水量不足、堵塞、熱應(yīng)力、操作等方面的因素均可能導(dǎo)致激冷環(huán)出現(xiàn)各種故障，其中尤以激冷環(huán)掛渣產(chǎn)生的影響大。

3激冷環(huán)掛渣事故簡(jiǎn)介

2017年5月，運(yùn)行中的1臺(tái)航天爐外殼突然出現(xiàn)明火，緊急停爐。檢修過程中發(fā)現(xiàn)，激冷環(huán)上、下(即其上部與渣口盤管底座法蘭連接處、下部與下降管焊接處)掛渣嚴(yán)重，激冷環(huán)的法蘭面破損嚴(yán)重，下降管多處鼓包燒穿，部分支撐板變形燒穿，航天爐外殼焊縫上、下嚴(yán)重鼓包，焊縫口撕裂。正常情況下，燃燒室下來的粗煤氣和液態(tài)渣在經(jīng)過激冷環(huán)時(shí)通過內(nèi)環(huán)管噴灑的激冷水冷卻后沿下降管進(jìn)入激冷室，但是如果工況異常，將導(dǎo)致大量液態(tài)渣在渣口和激冷環(huán)處冷卻固化結(jié)成渣層，原本粗煤氣沿著激冷環(huán)垂直向下進(jìn)入下降管，但由于激冷環(huán)上結(jié)有不規(guī)則厚度的渣層，導(dǎo)致部分粗煤氣在遇到渣層后改變了流動(dòng)方向，這部分粗煤氣沒有經(jīng)過激冷環(huán)降溫而是與渣層接觸后折流下降管，與其內(nèi)壁上的水膜接觸，水膜在高溫氣和熱應(yīng)力的作用下遭到破壞，下降管失去水膜的保護(hù)而發(fā)生變形鼓包，終被燒穿，大量粗煤氣又會(huì)通過燒穿的下降管走短路，不經(jīng)過激冷室而直接進(jìn)入上升管，導(dǎo)致出航天爐的粗煤氣溫度升高，航天爐會(huì)因粗煤氣溫度高聯(lián)鎖跳車;另外，這部分短路的粗煤氣還會(huì)穿過燒穿的下降管直接流向航天爐的支撐板(航天爐內(nèi)有6塊支撐板，環(huán)形分布)，將支撐板燒穿后再次折流航天爐的外壁，導(dǎo)致高溫氣體直接沖擊航天爐的外殼，終在高溫氣的熱應(yīng)力和沖刷下航天爐外殼多處鼓包處出現(xiàn)撕裂。

4激冷環(huán)掛渣原因分析

4.1渣口盤管泄漏

檢修過程中發(fā)現(xiàn)，渣口盤管有泄漏，而激冷環(huán)緊挨著渣口盤管，渣口盤管在高溫氣沖刷和渣的磨損下發(fā)生泄漏后，部分未被汽化的鍋爐水(約160℃)直接漏到激冷環(huán)上與熔渣接觸，高溫熔渣迅速冷卻固化在激冷環(huán)上形成結(jié)渣。

4.2激冷環(huán)水通道堵塞或水量少

激冷環(huán)水通道堵塞、水量少，導(dǎo)致熔渣燒壞激冷環(huán)，渣與激冷水直接接觸，固化在激冷環(huán)上形成結(jié)渣。而經(jīng)分析，激冷環(huán)水通道堵塞或水量少的原因如下:①激冷水中含渣量大，堵塞激冷環(huán)流道，導(dǎo)致激冷水量少;②激冷水泵過濾器長時(shí)間沒有輪換清理，過濾器堵塞，水流量減小，抑或?yàn)V網(wǎng)有破損、濾網(wǎng)孔徑變大，不能有效分離粒度大的渣，從而導(dǎo)致激冷環(huán)流道堵塞;③洗滌塔底部積渣嚴(yán)重，水浴空間減小，液位計(jì)不能準(zhǔn)確指示，導(dǎo)致泵打量不足而產(chǎn)生汽蝕，使激冷水量減少;④下降管水膜遭到破壞，外環(huán)管與下降管間的環(huán)隙在高溫和應(yīng)力的作用下變形，局部環(huán)隙變小，導(dǎo)致流道變窄，激冷水量減少。

4.3工藝操作方面的因素

(1)氧煤比低，爐溫低，導(dǎo)致渣在流經(jīng)激冷環(huán)時(shí)直接冷卻、結(jié)渣。(2)工藝氣帶灰?guī)罅康幕疫M(jìn)入洗滌塔，惡化激冷水水質(zhì)，進(jìn)而堵塞激冷環(huán)。

5預(yù)防措施

(1)控制適宜的氧煤比，保證爐溫的穩(wěn)定，使渣的流動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)。(2)優(yōu)化灰水循環(huán)系統(tǒng)操作，保證粗煤氣不帶灰，若水質(zhì)劣化，加強(qiáng)外排，補(bǔ)充新的脫鹽水。(3)嚴(yán)格控制激冷水流量，避免水量波動(dòng)。(4)觀察與激冷環(huán)有關(guān)的重點(diǎn)工藝指標(biāo)，如渣口壓差、二氧化碳含量、粗煤氣溫度等。

6激冷環(huán)檢修方式的對(duì)比

航天爐長時(shí)間的運(yùn)行定會(huì)導(dǎo)致激冷環(huán)出現(xiàn)不同程度的損壞，檢修*。目前激冷環(huán)檢修主要有2種方式:一是更換新的激冷環(huán);二是修補(bǔ)及高壓沖洗。更換新的激冷環(huán)，其好處是可保證激冷水分配室以及內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管通道的通暢性，使激冷水的分配更均勻，同時(shí)新的激冷環(huán)在材質(zhì)方面有保證，不于在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)故障，是保證氣化爐長周期運(yùn)行的有利條件。但是采用此種方式，檢修費(fèi)用非常昂貴，給企業(yè)帶來較大的負(fù)擔(dān);若無備件，激冷環(huán)制作工期長，會(huì)造成航天爐長期無備爐。修補(bǔ)及沖洗激冷環(huán)是比較省工的、常用的方法。沖洗激冷環(huán)是將激冷環(huán)的激冷水分配室切割開，使用高壓水槍將激冷環(huán)內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管表面附著的固體物質(zhì)沖洗掉，以保證激冷水分配室以及內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管通道的通暢;長時(shí)間的運(yùn)行中，粗煤氣和渣對(duì)激冷環(huán)的沖刷是不可避免的，激冷環(huán)損傷的部分經(jīng)補(bǔ)焊、打磨后仍可再投用。但是，檢修后的激冷環(huán)在使用過程中會(huì)存在一些不確定因素:主要是材質(zhì)方面會(huì)有瑕疵，因?yàn)橹霸趷毫迎h(huán)境中工作的激冷環(huán)材質(zhì)中的部分特殊元素會(huì)有損失，使激冷環(huán)在抗磨損、耐高溫等方面有隱患;另外就是高壓沖洗并不能保證將激冷環(huán)的內(nèi)環(huán)管和外環(huán)管的內(nèi)部流道予以*清洗，易在后期運(yùn)行中出現(xiàn)堵塞等狀況，影響航天爐的運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)是檢修時(shí)間短，為航天爐在短時(shí)間內(nèi)開車提供條件，檢修費(fèi)用也比更換新的激冷環(huán)低得多。

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激冷環(huán)是航天爐的核心部件之一，其良好運(yùn)行是保證航天爐長周期、高效率運(yùn)行的關(guān)鍵。介紹河南晉開化工投資控股集團(tuán)有限責(zé)任公司二分公司2017年5月發(fā)生的一起激冷環(huán)掛渣導(dǎo)致的航天爐外殼撕裂事故，分析激冷環(huán)掛渣的原因，提出預(yù)防及應(yīng)對(duì)措施，并對(duì)激冷環(huán)2種檢修方式的優(yōu)劣進(jìn)行對(duì)比，以利于保證激冷環(huán)的正常運(yùn)行。

［關(guān)鍵詞］航天爐;激冷環(huán);掛渣事故;原因分析;預(yù)防措施;檢修方式

航天爐(HT-L)是一種新型的氣流床氣化爐，運(yùn)用了眾多的核心技術(shù);其中，激冷環(huán)是航天爐的核心部件之一，其運(yùn)行狀況的優(yōu)劣直接影響著航天爐的運(yùn)行周期和效率。自2013年航天爐開車以來，我們?cè)谔剿餮娱L航天爐的運(yùn)行周期和保護(hù)激冷環(huán)等核心部件方面，以及實(shí)際生產(chǎn)中解決各類問題上，已經(jīng)逐步摸索出一些運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，但依然會(huì)有一些意想不到的工況出現(xiàn)，如2017年5月發(fā)生的一起激冷環(huán)掛渣導(dǎo)致的航天爐外殼撕裂事故。以下對(duì)激冷環(huán)的構(gòu)造與作用進(jìn)行介紹，并就這起事故發(fā)生的原因及預(yù)防措施作一分析與總結(jié)。

1激冷環(huán)的構(gòu)造

激冷環(huán)主要由4個(gè)DN100的激冷水法蘭入口、激冷水分配室、外環(huán)管(外環(huán)管上均布62個(gè)DN6的噴水孔)、內(nèi)環(huán)管和下降管(內(nèi)環(huán)管與下降管之間形成DN8的圓環(huán)，其作用是形成水膜)等組成。激冷水入口管均勻地焊接在激冷水分配室上，激冷水泵送來的灰水通過入口管均勻地進(jìn)入激冷水分配室。激冷水分配室的作用主要是將激冷水分配到外環(huán)管和內(nèi)環(huán)管內(nèi)。外環(huán)管的作用主要是將激冷水均勻地布向下降管內(nèi)壁，形成穩(wěn)定的水膜，保護(hù)下降管。內(nèi)環(huán)管的作用主要是將激冷水噴灑到粗煤氣和灰渣上，起到洗滌冷卻的作用。下降管則是給粗煤氣和渣提供一個(gè)環(huán)形通道，保證粗煤氣和渣能夠穩(wěn)定地進(jìn)入激冷室;下降管與激冷環(huán)焊接的下方均分著4個(gè)小孔(DN6)，其作用主要是平衡下降管與上升管兩邊的壓差，保證氣流的平穩(wěn)，同時(shí)在緊急停車時(shí)防止產(chǎn)生虹吸作用;下降管的底部裝有除泡器，其主要作用是破除粗煤氣中的水泡內(nèi)含有的微小灰粒，避免灰粒進(jìn)入洗滌塔而堵塞洗滌塔塔板以及惡化灰水水質(zhì)。

2激冷環(huán)的作用

2.1激冷環(huán)的安裝位置

航天爐主體分為兩部分，上部是燃燒室，下部是激冷室，激冷環(huán)處于燃燒室的底部與激冷室的上部，通過螺栓將激冷環(huán)上端面與燃燒室渣口盤管的底座法蘭下端面連接，激冷環(huán)的下部則通過焊接下降管同激冷室連接，即燃燒室與激冷室就是靠激冷環(huán)和下降管將兩者串聯(lián)起來的。

2.2激冷環(huán)本體的作用

從燃燒室出來的高溫粗合成氣夾帶著液態(tài)灰渣等高溫物質(zhì)，經(jīng)過激冷環(huán)后變成低溫物質(zhì)，高溫粗煤氣被激冷水降溫潤濕的同時(shí)，液態(tài)渣經(jīng)過與激冷環(huán)換熱后快速降溫，伴隨著粗煤氣一起通過下降管進(jìn)入激冷室，實(shí)現(xiàn)粗合成氣的洗滌、冷卻和增濕，而后粗合成氣經(jīng)上升管送入洗滌塔再次洗滌、飽和后送往變換工段;液態(tài)渣經(jīng)激冷室水浴降溫后形成固態(tài)渣，通過破渣機(jī)破碎后進(jìn)入撈渣池，后送往渣場(chǎng)。

2.3激冷環(huán)冷介質(zhì)(激冷水)的用途

激冷水(約200℃)的作用主要有兩點(diǎn):一是洗滌冷卻介質(zhì);二是保護(hù)激冷環(huán)和下降管，使其免受高溫?fù)p壞。一部分激冷水通過激冷環(huán)內(nèi)環(huán)管上的小孔均勻地噴灑到高溫粗合成氣(約1320℃)中，使粗合成氣迅速地增濕降溫而在激冷室內(nèi)形成飽和氣;另一部分激冷水則通過激冷環(huán)的外環(huán)管與下降管之間的圓環(huán)縫隙形成水膜沿下降管內(nèi)壁進(jìn)入激冷室。激冷環(huán)外環(huán)管上形成的水膜，其作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面，高溫的粗合成氣通過輻射和對(duì)流將熱量傳給下降管內(nèi)壁的激冷水膜，使水膜內(nèi)部分水汽化而進(jìn)入粗合成氣流中，粗合成氣溫度急劇降低并增濕，出口氣體中的水汽與激冷水之間達(dá)到相平衡;另一方面，水膜內(nèi)的激冷水雖然不斷蒸發(fā)，但只要保證有足夠的激冷水，水膜的溫度和厚度會(huì)基本保持不變，且均勻地分布在下降管的內(nèi)壁面，從而保護(hù)下降管免受高溫?zé)釕?yīng)力的損壞。激冷環(huán)的工作環(huán)境非常惡劣，從燃燒室來的高溫粗合成氣夾帶著大量熔融灰渣穿過激冷環(huán)，在很短的距離內(nèi)溫度從1350℃左右降到220℃左右，溫度的急劇變化加上熔渣的沖刷，給激冷環(huán)的使用壽命帶來很大影響;同時(shí)，激冷水量不足、堵塞、熱應(yīng)力、操作等方面的因素均可能導(dǎo)致激冷環(huán)出現(xiàn)各種故障，其中尤以激冷環(huán)掛渣產(chǎn)生的影響大。

3激冷環(huán)掛渣事故簡(jiǎn)介

2017年5月，運(yùn)行中的1臺(tái)航天爐外殼突然出現(xiàn)明火，緊急停爐。檢修過程中發(fā)現(xiàn)，激冷環(huán)上、下(即其上部與渣口盤管底座法蘭連接處、下部與下降管焊接處)掛渣嚴(yán)重，激冷環(huán)的法蘭面破損嚴(yán)重，下降管多處鼓包燒穿，部分支撐板變形燒穿，航天爐外殼焊縫上、下嚴(yán)重鼓包，焊縫口撕裂。正常情況下，燃燒室下來的粗煤氣和液態(tài)渣在經(jīng)過激冷環(huán)時(shí)通過內(nèi)環(huán)管噴灑的激冷水冷卻后沿下降管進(jìn)入激冷室，但是如果工況異常，將導(dǎo)致大量液態(tài)渣在渣口和激冷環(huán)處冷卻固化結(jié)成渣層，原本粗煤氣沿著激冷環(huán)垂直向下進(jìn)入下降管，但由于激冷環(huán)上結(jié)有不規(guī)則厚度的渣層，導(dǎo)致部分粗煤氣在遇到渣層后改變了流動(dòng)方向，這部分粗煤氣沒有經(jīng)過激冷環(huán)降溫而是與渣層接觸后折流下降管，與其內(nèi)壁上的水膜接觸，水膜在高溫氣和熱應(yīng)力的作用下遭到破壞，下降管失去水膜的保護(hù)而發(fā)生變形鼓包，終被燒穿，大量粗煤氣又會(huì)通過燒穿的下降管走短路，不經(jīng)過激冷室而直接進(jìn)入上升管，導(dǎo)致出航天爐的粗煤氣溫度升高，航天爐會(huì)因粗煤氣溫度高聯(lián)鎖跳車;另外，這部分短路的粗煤氣還會(huì)穿過燒穿的下降管直接流向航天爐的支撐板(航天爐內(nèi)有6塊支撐板，環(huán)形分布)，將支撐板燒穿后再次折流航天爐的外壁，導(dǎo)致高溫氣體直接沖擊航天爐的外殼，終在高溫氣的熱應(yīng)力和沖刷下航天爐外殼多處鼓包處出現(xiàn)撕裂。

4激冷環(huán)掛渣原因分析

4.1渣口盤管泄漏

檢修過程中發(fā)現(xiàn)，渣口盤管有泄漏，而激冷環(huán)緊挨著渣口盤管，渣口盤管在高溫氣沖刷和渣的磨損下發(fā)生泄漏后，部分未被汽化的鍋爐水(約160℃)直接漏到激冷環(huán)上與熔渣接觸，高溫熔渣迅速冷卻固化在激冷環(huán)上形成結(jié)渣。

4.2激冷環(huán)水通道堵塞或水量少

激冷環(huán)水通道堵塞、水量少，導(dǎo)致熔渣燒壞激冷環(huán)，渣與激冷水直接接觸，固化在激冷環(huán)上形成結(jié)渣。而經(jīng)分析，激冷環(huán)水通道堵塞或水量少的原因如下:①激冷水中含渣量大，堵塞激冷環(huán)流道，導(dǎo)致激冷水量少;②激冷水泵過濾器長時(shí)間沒有輪換清理，過濾器堵塞，水流量減小，抑或?yàn)V網(wǎng)有破損、濾網(wǎng)孔徑變大，不能有效分離粒度大的渣，從而導(dǎo)致激冷環(huán)流道堵塞;③洗滌塔底部積渣嚴(yán)重，水浴空間減小，液位計(jì)不能準(zhǔn)確指示，導(dǎo)致泵打量不足而產(chǎn)生汽蝕，使激冷水量減少;④下降管水膜遭到破壞，外環(huán)管與下降管間的環(huán)隙在高溫和應(yīng)力的作用下變形，局部環(huán)隙變小，導(dǎo)致流道變窄，激冷水量減少。

4.3工藝操作方面的因素

(1)氧煤比低，爐溫低，導(dǎo)致渣在流經(jīng)激冷環(huán)時(shí)直接冷卻、結(jié)渣。(2)工藝氣帶灰?guī)?，大量的灰進(jìn)入洗滌塔，惡化激冷水水質(zhì)，進(jìn)而堵塞激冷環(huán)。

5預(yù)防措施

(1)控制適宜的氧煤比，保證爐溫的穩(wěn)定，使渣的流動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)。(2)優(yōu)化灰水循環(huán)系統(tǒng)操作，保證粗煤氣不帶灰，若水質(zhì)劣化，加強(qiáng)外排，補(bǔ)充新的脫鹽水。(3)嚴(yán)格控制激冷水流量，避免水量波動(dòng)。(4)觀察與激冷環(huán)有關(guān)的重點(diǎn)工藝指標(biāo)，如渣口壓差、二氧化碳含量、粗煤氣溫度等。

6激冷環(huán)檢修方式的對(duì)比

航天爐長時(shí)間的運(yùn)行定會(huì)導(dǎo)致激冷環(huán)出現(xiàn)不同程度的損壞，檢修*。目前激冷環(huán)檢修主要有2種方式:一是更換新的激冷環(huán);二是修補(bǔ)及高壓沖洗。更換新的激冷環(huán)，其好處是可保證激冷水分配室以及內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管通道的通暢性，使激冷水的分配更均勻，同時(shí)新的激冷環(huán)在材質(zhì)方面有保證，不于在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)故障，是保證氣化爐長周期運(yùn)行的有利條件。但是采用此種方式，檢修費(fèi)用非常昂貴，給企業(yè)帶來較大的負(fù)擔(dān);若無備件，激冷環(huán)制作工期長，會(huì)造成航天爐長期無備爐。修補(bǔ)及沖洗激冷環(huán)是比較省工的、常用的方法。沖洗激冷環(huán)是將激冷環(huán)的激冷水分配室切割開，使用高壓水槍將激冷環(huán)內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管表面附著的固體物質(zhì)沖洗掉，以保證激冷水分配室以及內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管通道的通暢;長時(shí)間的運(yùn)行中，粗煤氣和渣對(duì)激冷環(huán)的沖刷是不可避免的，激冷環(huán)損傷的部分經(jīng)補(bǔ)焊、打磨后仍可再投用。但是，檢修后的激冷環(huán)在使用過程中會(huì)存在一些不確定因素:主要是材質(zhì)方面會(huì)有瑕疵，因?yàn)橹霸趷毫迎h(huán)境中工作的激冷環(huán)材質(zhì)中的部分特殊元素會(huì)有損失，使激冷環(huán)在抗磨損、耐高溫等方面有隱患;另外就是高壓沖洗并不能保證將激冷環(huán)的內(nèi)環(huán)管和外環(huán)管的內(nèi)部流道予以*清洗，易在后期運(yùn)行中出現(xiàn)堵塞等狀況，影響航天爐的運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)是檢修時(shí)間短，為航天爐在短時(shí)間內(nèi)開車提供條件，檢修費(fèi)用也比更換新的激冷環(huán)低得多。