大型干熄焦水冷套管的应用研究

2020-04-08吴延锐黄长胜李学峰

化工设计通讯 2020年2期

吴延锐，黄长胜，张旭，李学峰

（山东铁雄新沙能源有限公司，山东巨野 274900）

山东铁雄新沙能源有限公司为进一步提高环保设施配置水平，加强节能措施落实，降低能耗，配套两组5.5m 捣固焦炉建设了2套190t/h 干熄焦装置，通过运行3a 来的运行摸索，装置运行稳定，达到了设置的目标，也创造了大型干熄焦装置的干熄率和稳定运行的较好水平。

水冷套管作为干熄焦装置的重要组成部分，在干熄焦焦粉回收系统中，水冷套管冷却器是对高温焦粉进行冷却处理的专用装置；在使用过程中出现过缺水干烧、内壁结垢腐蚀、冷却水堵塞、泄漏等不良现象，曾一度成为制约系统运行的瓶颈。为实现安全长周期运行，本工作根据设备构造和实际使用情况进行了多次的改造和探索，实现了大型干熄焦水冷套管在线检修和长周期安全运行，保证了干熄焦装置的效益最大化。

1 水冷套管基本参数

1.1 水冷套管结构

水冷套管主要为外管、多个冷却管式结构，外层通低温冷却水，内层是需要冷却的、800～900℃的高温焦粉从冷却套管的上部进入，与外层冷却水逆流换热至300℃以下排出。

冷却套管有进水口、排水口、排气口和氮气密封口，其底部设有检查孔和测温孔。如图1所示。

图1 水冷套管基本结构简图

1.2 基本参数

冷却套管外径：Φ1 724×12mm，材质Q235-B；总长度L=6 005mm，其中冷却段长度L=4 500mm；数量：46个；

水冷管：无缝管Φ194×5.0mm，材质20；

焦粉管：无缝钢管Φ140×9.5mm，材质20；

排水管：无缝钢管Φ168×5.0mm，材质20；

进排水口接口法兰：DN50-10。

套管重量：21.7t；

套管数量：4套。

1.3 水冷套管运行中遇到的问题及解决措施

1.3.1 水冷套管的干烧处置

使用初期，由于高温焦粉温度高，外套管冷却水逐渐被加热，在顶部形成水蒸汽积聚，因不能及时排出集聚的蒸汽，导致水冷套管上部缺水干烧，造成水冷套管内外漏水，直接影响设备使用；水冷套管设计采用循环水冷却，随着使用时间的增长，出现个别管道不通畅的情况，造成干烧顶部焊缝出现漏点。

1.3.2 干烧的解决措施

（1）根据水冷套管的结构，将出水管道增高0.5m，增加排气口，定期排气，即使出现冷却管道局部堵塞，还可以利用上部集箱的平衡，防止较长时间的干烧。

（2）优化排灰连锁设置，在设置料位连锁的同时加上排灰温度控制，防止放灰温度过热，不超过300℃，减少高温对下部水冷套管、卸灰阀等设备设施的高温伤害，延长设备使用寿命。

（3）水冷套管不畅，因循环水结垢、堵塞等问题带来的冷却水管道不通畅的问题。结合公司的水质和水源情况，把循环水更换除盐水，将水冷套管改造成副省煤器同等的作用，一方面，通过管道改造，使用二级除盐水，除盐水经过与焦粉换热后进入除盐水箱，彻底改善因水质结垢的问题；二是除盐水经过水冷套管，吸收焦粉的热量，流量100t/h，除盐水温度上升约7℃，达到了热量回收综合利用的目的。改造流程如图2所示。

图2 利用除盐水冷却水冷套管的改造流程简图

1.3.3 水冷套管泄漏

水冷套管在运行过程中，受腐蚀、磨损、局部热应力等影响，容易出现泄漏现象，影响除尘灰外输和循环气体中氢气含量，直接影响干熄焦安全生产。

水冷套管泄漏后，常规的处置方式是停炉检修或者更换。在常规检修中，水冷套管作为一个重型构件，长达6m，检修过程大都是吊装作业，且由于设计原因，平台狭小，空间狭窄，起重施工难度大，施工人员密集，存在坠物、撞击等风险。正常的停炉至少需要72h，置换8h，拆装堵漏需要8h（按照2～3个漏点计算），若更换至少需要5d，这期间蒸汽损失和环保要求都难以承受。

1.3.3.1 在线水冷套管检修的实践

具体过程中，通过观察孔、上部人孔检查判断泄漏点，以选择检修方式，率先实践使用310S 材质盲板，在软连接处插盲板和干熄炉隔绝在线处理漏点的方法。

1.3.3.2 上部泄漏的处置措施

将1DC 内部的积灰排空，在抽插盲板期间，干熄焦提前控制空气导入量，通过回流控制T6温度，尽量选择在停装焦期间进行，循环风机转速保持不变，排焦量不变。盲板安装后，打开上下人孔，通入压缩空气冷却，关闭进出口水阀门，施工人员穿戴隔热服进入水冷套管内部堵漏；

当上部膨胀节因为安装、浇注料等原因无法安装盲板时，可采取彩钢瓦制作拱形隔热防护罩加石棉布隔热的方式，为检修提供条件。

1.3.3.3 下部泄漏处置措施

在打开、关闭下部锥斗期间，对空气导入、回流进行控制，可有效控制T6温度波动。下部锥斗46个下灰孔，可以采用石棉布封堵，以减少空气吸入，减少检修期间对循环气体控制的影响，必要时，充入一定量的氮气以维持氧气含量受控。