高温热电偶在焦油气化炉上的应用.pdf

2 0 1 6 年 第 1 期 炼 油 与 化 工 REF I NI NG AND C HEMI CAL I NDUS TRY 2 7 高温热电偶在焦油气化炉上的应用 张鸿飞， 王义生 大庆石化公 司化工 二厂 ， 黑龙 江 大庆 1 6 3 7 1 4 摘要 合成气装置气化炉高温热电偶在实际使用过程中寿命较短。文中从工艺、 设备、 操作参数等 方面分析了热电偶易损坏的原因， 提出了延长热电偶使用寿命的具体方案， 为气化炉的安全平稳长 周期运行提供了保障。 关键词 气化炉； 高温热电偶； 保护套管； 使用寿命 中图分类号T H8 1 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 4 9 6 2 2 0 1 6 0 1 0 0 2 7 一 O 2 Appl i c a t i o n o f hi g h t e mpe r a t ur e t he r m o c o up l e i n t a r g a s i fie r Z h a n g H o n ff e i ， Wa n g T h e n g N o ． 2 C h e mi c a l P l a n t o f D a q i n g P e t r o c h e mi c a l C o mp a n y ， D a q i n g 1 6 3 7 1 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Be c a u s e t h e s e r v i c e l i f e o f t h e g a s i fi e r t e mp e r a t u r e t h e r mo e o u p l e i s s h o r t ， t h i s p a p e r a n a l y z e d t h e c a u s e o f t h e d a ma g e o f t h e r mo c o u p l e f r o m t h e p r o c e s s ，e q u i p me n t ，o p e r a t i n g p a r a me t e r s a n d S O o n，a n d p u t f o r wa r d t h e s p e c i fic s o l u t i o n s t o e x t e n d i n g o f s e r v i c e l i f e， wh i c h p r o v i d e d g u a r a n t e e f o r t h e s a f e a n d s mo o t h o p e r a t i o n o f t h e g a s i fi e r ． Ke y wo r ds Ga s i fie r ；Hi g h Te mp e r a t u r e Th e r mo c o u p l e；P r o t e c t i v e Ca s i n g P i p e； s e r v i c e l i f e 某石化公司合成气装置采用美国工艺专利技 术生产合成气。裂解焦油 、 工艺水和氧气 3 种物料 通过工艺烧 嘴进 入到气化炉 ， 在气化炉 内 1 3 0 0 ～ 1 4 0 0℃的高温条件下 ， 发生部分氧化还原反应 ， 工 作压力 3 ．4 8 MP a ， 生成以一氧化碳为主的合成气 。 装置于2 0 1 2 年建成投用 ， 是国内唯一一套利用焦 油气化生产合成气的装置。气化炉内温度是气化 炉运行最重要 的参数 之一 ， 它反 映了物料 在气化 炉内化学反应的状况 ， 影响气化炉的碳转化率 ， 决 定合成气气体成分的组成， 甚至影响气化炉的安 全运行及使用 寿命 。因此 ， 及 时准确测量 炉内温 度显得尤其重要 ， 特别是在装置开工 阶段 ， 炉 内温 度是气化炉投料操作的前提 。 气化炉在4 个不同方向安装4 组高温热电偶 ， 每组 3 支 ， 共有 1 2点温度指示 。高温热 电偶 为 B 型 ， 即双铂铑热电偶 ， 用铂 、 铑 2 种合金丝做成热 电 偶元件 。 1应用现状 合成气装置 自2 0 1 2 年开工， 初期运行比较稳 定 ， 近期高温热电偶频繁损坏影 响装置平稳生 产 。经分析认为其损坏的原因主要有 5 个 。 1 ． 1炉 内壁耐火材料膨胀产生剪切力 气化炉 内衬炉砖从 内向外共有 3 层 ， 高温热电 偶 的保 护套 管安装孔 在炉砖砌 筑 的同时预 留完 成 ， 孔 的内壁不规则 ， 炉砖相互交错 ， 中间具 留有 保 护套管 的最小通 过距离 。气化炉 在投人运行 后 ， 炉砖逐步受热膨胀 ， 由于各种炉砖的受热膨胀 系数不同， 就会使安装孔周围的炉砖向内部产生 不 同的收缩距离 ， 相互之间形成径向剪切力 ， 随着 安装孔 的空 间减小 ， 炉砖产生径 向剪切力会 直接 作用在保护套管上 ， 刚玉材质的保护套管会被剪 切力损坏。 1 ． 2气化炉频繁开停工的影响 合成气装置开工初期 ， 工艺 、 设备 问题较多 ， 装置运行不平稳 ， 开停工频繁。对于高温热 电偶 ， 刚玉套管前端采用填筑料进行封闭， 刚玉内外套 管之间的填充物材料存 在一定 的膨胀 系数 ， 填充 物与外套管之间有间隙， 经过一段时间的运行后 ， 高压气体进入套管内部， 停工后， 压力在短时间内 突然释放。气化炉多次开停工， 反复经过泄压、 抽 真空烘炉等过程 ， 压力、 温度变化都较大， 造成保 护套管使用寿命下降， 易损坏。 1 ． 3气化炉 内部气流冲刷 高温热 电偶保护套管深入气化炉 内的顶端距 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 炼 油 与 化 工 2 8 R E F I NI NG A N D C HE MI C A L I N DU S T R Y 第 2 7 卷 离里层 炉砖 向火 面有一 定距离 ， 不 能深 入炉膛 。 正常生产中 ， 气化炉 内温度高达 1 3 0 0℃ ， 焦油 中 碳组分 较高 ， 燃烧过 程 中， 会对炉砖 产生渗透侵 蚀， 随着高温火焰和高速气流的剧烈冲刷造成炉 砖剥落减薄， 保护套管顶端慢慢从炉砖层内露出， 在高速气流和火焰的冲刷下继而损坏。 1 ． 4高温热电偶质量 高温热电偶的保护套管为刚玉复合管， 其成 份主要由A I O 和 F e 。 O 等一些杂质组成 ， 如果其中 A l 0 ， 的含量过低或杂质含量过高， 都可以对保护 套管的耐火度等特性造成影响， 导致其使用寿命 降低。 1 ． 5安装原因 根据热电偶的安装操作规程 ， 其需要在生产 设备 的冷态下进行安装 ， 直至投入运行 ， 需要平稳 的升温过程。但在装置临时停工期间 ， 热 电偶需 要更换 ， 气化炉内的温度没有降至常温 ， 如果仪表 维护人员安装过程不标准， 速度过快 ， 热电偶受到 的温度变化剧烈， 也会影响其使用寿命。 2采取的应对措施 2 ． 1安装孔的预 留 综合 以上 因素 ， 高温热电偶 的安装 间隙是否 规范， 是否满足设计要求， 成为了需要首先考虑的 关键点 ， 这就需要在气 化炉炉砖砌筑 的时候严格 按照规范进行 ， 为此制定 了详细的砌筑方案。 气 化 炉 内炉砖 共 3层 ， 从 炉 壁 往里 分 别 为 T X2 3 3 粘土砖 、 T X 2 3 4 A 刚玉砖 、 T x 2 3 5 A 刚玉 砖 。在砌砖过程中， 使用0 3 8 m m的试棒作为基 准参照物 ， 试棒 中心线要与热偶孔径 中心线重合 ， 保证砌完砖后 中, C ； I L 径 同轴 。T X 2 3 3 粘土砖 为圆 形砖 ， 砌砖 过程要保证 T X 2 3 3 砖孔径 中心线与试 棒中心线重合； T X 2 3 4 A刚玉砖在砌砖过程中， 要 保证T X 2 3 4 A凹槽最低点距离试棒下边缘的距离 为 2 7 ． 8 mm， 上面的砖凹槽最高点距离试棒上边缘 的距离为4 mm； T X 2 3 5 A刚玉砖在砌砖过程 中 ， 应 该尽力保证砖下 凹槽最低点距离试棒下边缘 的距 离为3 3 ．2 m m， 上面砖凹槽最高点距离试棒上边缘 的距离为 5 mm。 首先安装03 8 m m试棒 ， 由外 向内插入 ， 在接 管处用耐高温 陶纤毡在试棒外侧均匀 固定 ； 然后 安装 T X 2 3 3 ， 安装前 T X 2 3 3 采用陶纤毡将 T型孔与 试件之间的间隙均匀填满 ； 第 3 步砌筑T X 2 3 4 A 下 部砖 ， 参照图纸尺寸安装 ， 如果尺寸不能保证 可以 通 过打磨砖 的底部来调整尺寸 ， 按 照同样方法砌 筑T X 2 3 5 A。在砌砖过程 中， 热偶安装孔处 T X 2 3 3 、 T X 2 3 4 A、 T X 2 3 5 A砖孔径不得改变 ， 尺寸有偏差时 ， 可以调整砖 的底部 ， 不得改变砖孔径 尺寸 。炉砖 砌筑完成之后 ， 可 以将安装孔里侧炉砖边缘一 圈 切割成 4 5 。 斜 面 ， 可 以减少炉渣在安装孔处存 留 ， 造成堵塞。 2 ． 2热 电偶安装及检查 冷态安装时， 现场测量安装孔深度， 将热电偶 调整到指定长度 ， 在保护套管外缠绕耐高温陶纤 填充物， 使其能够深入安装孔内， 套管前端不能深 入炉膛 ， 距离 内壁 1 0 mm， 各个接头确保紧固到位 ， 最后使用万用表测量检查热电偶是否完好。 热态安装时， 将故障热电偶拆下后， 首先使用 04 0 m m圆柱型工具对安装孔进行疏通 ， 再使用仪 表风 吹扫 ， 然后将预制的热 电偶缓慢安装到安装 孔 内。此时气化炉内温度在 8 0 0℃以上 ， 为了避免 刚玉保护套管受热温度变化剧烈， 建议安装速度 为 3 0 mm ／ mi n ， 使保护套管有温度变化适应过程。 3结束语 做为国内第 1 套利用焦油气化生产合成气 的 装置， 气化炉烧嘴的运行是整个装置的重点。烧 嘴从原设计 国外进 口到国产化 ， 整个过程 比较 漫 长 ， 期 间工艺参数 、 设 备状况 、 气化炉 内部的反 应 情况、 火焰的形状等各方面因素都不断发生变化， 这就需要在 日常生产过程中认真 收集数据 ， 找 出 规律， 找出影响高温热电偶使用寿命的外界因素， 制定应对措施 ， 使其为气化炉 的安全平稳运行提 供可靠保障。 参考文献 [ 1 ]陆德民． 石油化工自 动控制设计手册[ M] ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 0 1 5 1 6 ． C 2 ]左国庆， 明赐东． 自 动化仪表故障处理实例C M ] ．北京 化学工业出 版社 ， 2 0 0 3 2 4 2 7 ． [ 3 ]陈磊埏长气化炉高温热电偶寿命的方法[ J ] ． 大氮肥， 1 9 9 1 3 1 6 5 1 6 9 ． [ 4 ]朱信华， 刘全荣， 井继琛． 高温热电偶故障原因及处理[ J ] ． 石油化 工 自动化 ， 2 0 1 2 1 4 7 5 1 ． [ 5 ]叶向东， 冯欣． 热电偶套管断裂的原因分析及预防措施[ J ] ．石油化 工 自动化 ， 2 0 0 8 2 3 6 3 9 ． 收稿 15 1 期 2 0 1 5 - 1 2 - 0 1 作者简 介 张鸿飞， 男 ， 工程师， 1 9 9 7 年毕业于哈尔滨理工大学工业 自 动化仪表专、 ． 现从事化工生产装鼍自 动化管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m