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(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

SHELL煤气化工艺应用广泛，适用于无烟煤、褐煤等多种煤种，具有对环境污染小、碳转化率高等优点。基于不同的煤种和客户的不同要求，SHELL已经开发了3种类型的煤气化工艺：废锅流程、合成气上行水激冷和合成气下行水激冷，但都属于干粉煤气化，均采用了煤粉锁斗系统进行煤粉的输送。干燥后的煤粉贮存在常压仓(V1201A/B)中，当锁斗(V1204A/B)处于常压状态时，打开锁斗的入口阀，关闭煤粉锁斗的出口阀，使常压仓中的煤粉流入煤粉锁斗内，当煤粉锁斗里的煤粉达到设定的高料位后关闭入口阀，经锁斗锥部的笛管(X1202A/B)通入高压氮气或二氧化碳加压后，打开下料阀使煤粉自流进入给料仓(V1205A/B)中，卸完后关闭出口阀，排出氮气/二氧化碳降至常压后再重复上述流程。

锁斗加压笛管(X1202A/B)见图1。笛管安装在锁斗锥部，其带有多孔材料膜片，并与锁斗外部供气系统连接的管状装置。加压气体通过多孔材料膜片进入锁斗。早期的多孔材料多用粉末烧结金属，后来有的项目使用强度和韧性更好的丝网烧结多孔材料。

图1 锁斗加压笛管

中国五环工程有限公司承接了十余套SHELL废锅流程的项目和一套合成气下行水激冷工艺的工程，在项目的开车和运行期间，锁斗加压笛管的使用出现了各种问题，大致包括以下几种：笛管折弯、笛管连接法兰磨蚀、笛管阻碍煤粉下料、笛管过滤膜片破损、鼓包或脱落等。现对每种问题出现的原因和处理方法进行讨论。

1 笛管折弯

笛管通过半环形卡条与锁斗锥部的垫板螺钉连接固定(见图2)。但由于煤粉的冲刷等原因，螺钉的点焊处易被磨掉，螺钉松动。当螺钉松动后，笛管在卡条内晃动而导致连接螺钉剪断或螺钉彻底脱落，这样笛管上端没有了固定就很容易被进料煤粉压弯。失去上端固定而被压弯的笛管见图3。

图2 改进前笛管端部于锁斗锥体的固定

图3 被压弯的笛管

处理措施：不用螺栓连接结构，而将笛管卡条与锁斗锥体上的垫板直接焊接，使笛管上端部的固定更可靠，大大降低了笛管上部折弯的可能。改进后笛管与锁斗锥体结构见图4。

图4 改进后笛管与锁斗锥体结构

2 笛管连接法兰密封面发生磨蚀

笛管通过连接方法兰与中心管的法兰连接。有的项目在设备大修期间拆下笛管，发现笛管的方法兰、中心管连接法兰的密封面被煤粉冲蚀(见图5)。出现这种情况可能是因为拧紧上述2个法兰的4个连接螺柱时用力不均，有的螺柱连接紧，而有的相对松些，充气结束瞬间煤粉通过连接较松的螺柱周围倒灌进两法兰之间，充气时煤粉会被吹出。在反复充气、停止充气的过程中，煤粉反复高速进出法兰之间时来回冲刷法兰密封面，逐渐形成了冲蚀坑。

图5 中心管法兰和笛管方法兰的密封面被冲蚀

处理措施：制作新的法兰替换被磨蚀的法兰，而且在拧紧连接螺柱时一定要注意上紧力相等且上紧均匀。

3 笛管阻碍煤粉的下料

有个别项目的业主反映笛管设计得太长，下部端头部位伸得很低，接近锁斗的下出煤口，下煤时容易堵住煤出口，造成下煤不畅。笛管的下端部必须在锁斗下料口的直径范围外时才不会对下煤形成干扰(见图6)，否则就会阻碍煤粉的顺畅下料。但对锁斗而言，要做到在一定时间内充压至规定压力，就需要笛管上的充气膜片达到相当的数量。早期项目一般是单排管的笛管，所以有的项目中笛管就很长，安装后笛管下端不可避免地比较接近锁斗下料口。后来设计出双排管的笛管形式(见图7)，充气膜片的排布更紧凑，不需要太长的钢管也能排布下所需的多个膜片。这样既保证了锁斗充压的需要，又有效地避免了因笛管太长，其下端(见图8)影响下煤的弊端。

图6 笛管下端安置范围

图7 双排管形式的笛管

4 笛管过滤膜片鼓包、破损或脱落

在SHELL煤气化的开车、运行过程中经常会出现笛管膜片破裂、鼓包变形或膜片整体脱落的情况，尤其是在开车初期的手动控制阶段。这期间，充压气体的流量不容易掌控，如果其充压速度过快，充气气体流量太大，都会对笛管的膜片形成大的冲击力。对于金属烧结膜片，容易在强烈的冲击力下被冲破；对于强度和韧性稍好些的金属丝网烧结膜片，就有可能变形鼓包，甚至有的膜片与笛管的焊缝被撕裂，最终膜片脱落(见图8)。所以在开车初始阶段，一定要注意严格控制充压气体的流速和流量。将流速、流量控制在一定范围内，保证锁斗基本的充压、卸压次数，笛管的使用情况一般比较好。在有的项目中，丝网烧结膜片的笛管甚至用了4～5年后状态仍然良好。

图8 丝网烧结材料膜片鼓包

但是手动控制充压气体流量不易操作，每个项目具体情况也不尽相同。而且安全流量值跟煤种也有很大关系，需要在实践中不断摸索，积累经验值。SHELL目前提出一种多孔形式的笛管(见图9)。就是在笛管的基体管上开数个Φ6左右的小孔取代多孔材料的膜片。但是采用多孔管笛管，煤粉容易通过小孔倒流进输气系统。这就需要对笛管的输气管线进行改造(见图10)，在输气管线上的防倒流保护阀(图10中圆圈处)与笛管之间增加一个反吹回路(图10中云线处)。当煤粉倒流进输气管线，反吹气就沿这个回路将煤粉吹回笛管或锁斗。多孔结构的笛管使用反馈很好，耐冲击，很好地弥补了多孔材料形式的笛管的弊端。

图9 多孔形式的笛管

图10 笛管输气系统增加反吹旁路

对于膜片变形、破损或脱落的笛管，以前的处理方法是制作新的笛管替换有问题的笛管，哪怕是笛管上只有一个膜片有损坏也要整根换掉，这样处理成本比较高，修整周期长。目前，在呼伦贝尔金新项目中，笛管有膜片鼓包变形的，不是整个换掉该根笛管，而是采取修理的方法：切掉笛管上有损坏的膜片的凸缘座，将笛管基体管清洗烘干后，处理好焊口，然后用氩弧焊焊接上与原规格相同、已经焊接好多孔材料膜片的连接凸缘(膜片与凸缘焊接后已按要求在供货商的车间进行了消除应力热处理)，最后对焊缝进行100%PT检测，满足NB/T 47013—2015中的Ⅰ级要求即为合格。这种处理方法简单易行，不仅大大降低了成本，也缩短了停车维修的时间。

5 结语

SHELL干粉煤气化技术在我国使用广泛，在开车运行过程中锁斗用笛管的使用问题比较多。我们可以从结构设计、制造、现场安装及操作等各方面进行改进和控制，保证笛管的长期正常运行。对于已经能掌控安全充气流速的项目，当笛管上只有个别或少数膜片失效的，可以采取更换带膜片凸缘的现场修复方法；对于没有控制好充气流速、笛管反复出问题而更换频繁的项目，在开车时一定要多借鉴别的项目的成功经验，严格控制充气流速或直接采用多孔结构的笛管。