王钦华

Shell壳牌气化炉清灰装置常见问题及分析

王钦华

（河南龙宇煤化工有限公司， 河南 永城 476600）

介绍了壳牌气化炉清灰装置振打器的工作原理，对振打器常见故障、产生原因以及对气化炉运行的影响因素进行了分析，分享了振打装置产生故障后的处理经验，这些办法能够保证气化炉稳定长周期的运行。

壳牌气化炉；振打器；撞杆；砧板

河南龙宇煤化工有限公司一期年产50万t煤制甲醇项目，气化装置壳牌气化炉清灰装置，采用的机械振打脉冲振动原理，振打器通过气缸提供动力源，通过气缸撞杆撞击振打器总成撞杆，振打器总成通过法兰连接在气化炉本体上，总成撞杆连接至气化炉内部水冷壁管线各部位，气缸的敲击传递至水冷壁处，产生脉冲振动，达到清除掉沉积在水冷壁管线上积灰的效果，针对振打器在运行过程中易出现的问题，经过认真研究分析，提出改进措施，有效降低清灰装置振打器的故障率，取得明显改造效果。

1 Shell壳牌气化炉清灰振打装置简介

壳牌气化炉属于干法进料气流床气化，干煤粉和氧气并流进入气化炉内瞬间爆燃，温度高达1 600 ℃，并发生一系列化学反应，反应生成的炉渣在高温状态下呈液态，在重力的作用下向下流至气化炉底部的渣池中，被冷却水激冷成细渣排除系统。反应生成的合成气及飞灰在气化炉反应室顶部锥形出口处与激冷气混合，混合后的合成气温度降至900 ℃，合成气及飞灰通过输气管段进入气体回流室（GRC）及合成气冷却器（SGC）；在此温度下的飞灰具有一定的黏结性，有可能会黏附在水冷壁管线上，少量的飞灰粘附会造成水冷壁换热效果的下降，大量的飞灰粘附会造成十字支撑及盘管的堵塞［1］，严重时造成气化炉的被迫停炉；为了预防停炉事故的发生，就是不仅在激冷管内的所有圆筒，而且在GRC和合成气冷却器内的所有圆筒上装配气动振打器，这样，可以提供充分的加热面清理功能，至少每个单独的加热盘管分配一个振打器，合成气冷却器SGC膜式壁清理装置共有14个振打器，均匀分布在整个膜式壁高度的7个平面内，GRC膜式壁共有4个振打器，分布在2个平面内。输气管段为防止振打器对弯管内部浇注料防冲刷磨损效果的影响并未设置振打器，共计设有58组振打装置[2]。

气动操作的振打器在加热面上执行一个脉冲振动，由于这种冲击，粘附有沉积飞灰的加热面圆筒通过声波被加速到一定程度，加热面和沉积物飞灰之间质量惯性的不同而使沉积物脱落，然后被合成气气流带走。从而达到清理加热器表面飞灰的效果。

布置在气化炉外部的气动振打器气缸将产生所需要的能量，由此产生的能量通过一个压力密封盒能量传递系统传递给加热面，为了防止由于脉冲振动传递而造成加热面损坏，在加热面上装配一个冷却砧板。

2 常见振打装置故障的情况

由于气动气缸的脉冲击打活塞杆传递给加热面，因此所有的脉冲传递件必要相互直接接触，为了给传递杆提供充分的密封，在振打器中置入了密封环，通过预热后的氮气进行密封，防止传递杆磨损或损坏时炉内合成气的泄漏。所以振打器常见故障有以下几种：①活塞杆腐蚀-磨损造成的泄漏问题；②活塞杆端部凸台根部断裂，造成活塞杆出来，影响正常振打的问题；③振打器气缸故障引起的无法正常振打的问题；④内部冷却砧板及撞杆磨损，造成活塞杆进入到振打器缸体内的问题；⑤振打器总成装配质量较差，活塞杆与缸体密封失效，造成的密封气或介质气泄漏。

当振打器出现以上问题时就要及时停用振打器，振打器的停用，会造成飞灰黏附在水冷壁管线上，易造成十字支撑及盘管的堵塞，影响盘管的换热效果，造成合成气出口温度偏高，严重时造成气化炉的被迫停炉，所以振打装置的稳定运行必须引起足够的重视。

3 振打装置故障原因分析

1）在整个气化振打过程中，振打器的工作环境主要取决于两方面：其一气化炉内部合成气CO和H2，包含少量的SO2和SO3等腐蚀成分，以及少量的饱和蒸汽等，其二为密封气源，目前使用的密封气源为预热后的N2；在压力和温度的波动下，含有高温的饱和蒸汽可能析出液相高温酸性物质，导致活塞杆发生腐蚀，露点腐蚀是饱和水蒸气因冷却或压降而凝结成液体对材料造成的腐蚀，二氧化硫、三氧化硫等硫的氧化物与空气中的水分共同在露点部位冷凝，生成硫酸、亚硫酸等、亚硫酸稳定性较差容易被氧化成硫酸，进而出现硫酸露点腐蚀，在循环冲击作用和局部腐蚀的共同作用下，发生了腐蚀-疲劳开裂[3]。

2）活塞杆断裂失效部位主要在端部凸台的根部，由于该区域局部应力集中，在运行过程中峰值应力最大，是典型的易疲劳失效部位。在加工或安装过程中出现偏差，即使活塞杆运行过程中存在较小的倾斜角，也会导致活塞杆端部凸台根部产生较大的弯矩应力和剪应力，加之露点腐蚀在表面形成微小的腐蚀小凹坑，加速形成疲劳裂纹和表面裂纹，在循环冲击载荷下，裂纹快速扩展，同时在长时间的循环振打下，撞杆与导向套之间的磨损也会造成活塞杆与撞杆之间的倾斜，最终导致强度不足而断裂失效。

3）振打装置的安装及振打器活塞与活塞杆的装配质量问题，也是造成活塞杆端部凸台根部断裂及泄漏的关键，当活塞杆与撞杆不在一条直线上时，活塞杆与撞杆就会存在一定的倾斜角，最终造成活塞杆端部凸台根部断裂；活塞杆与振打缸体之间是通过两道支撑环和两道组合密封圈来密封，并用预热后3.5 MPa的N2密封，装配质量要求较高，当密封圈装配质量不到位时就会造成密封气的外漏[4]。

4）活塞杆本身的加工及材质不合适，撞杆部件采用的材料为：15GrMo，代替了进口材料12GrMoV，降低了耐蚀性能和抗击打能力，12GrMoV中的Gr和Mo元素能提高材料的耐蚀性能和抗高温性能，冲击载荷作用的过程中，会有应力波在杆件中传递，为提高应力波传递效率和传递杆的抗击打能力，活塞杆的表面需具有很高的硬度，并且表面要形成连续的硬化层。否则在快速磨损-腐蚀的共同作用下，撞杆的根部凸台处出现断裂或泄露。

5）振打装置的撞杆和冷却砧板之间长时间的循环撞击，接触部位出现磨损或长时间的撞击造成砧板的脱落。

6）检修人员技术水平交底，振打器总成装配质量较差，活塞杆与缸体处的四道密封圈安装不到位，未能提前气密封型试验。

4 振打装置故障后的处理办法

针对振打装置故障的部位情况主要分为三方面：①是振打器活塞杆处磨损、密封的问题；②是振打器气缸的问题；③振打器总成装配质量问题。

当振打器活塞杆处密封气泄漏时，就要对该振打器进行停用，对活塞杆进行带压堵漏，防止密封气泄漏量变大或防止气化炉内部合成气外漏；而振打器活塞杆出来或进入到气缸内时，目前暂没有较好的解决办法，只有停用该振打器观察运行。相对于活塞杆处的问题，气缸的故障处理方法相对简单一些，停用该气缸的气源，在线更换气缸就能解决问题；而对于振打器总成的装配质量问题，只能从提高检修人员的技能水平，在振打器总成安装与气化炉壳体之前，提前对振打器总成做气密性试验，保证振打器总成活塞杆处气密封的完好性。

振打器气密装置简图如图1。

1—振打器总成撞针；2—振打器总成；3—连接螺栓孔；4—气密装置；5—软金属管；6—垫片。

5 运行总结

1）密封气进入振打器之前进行预热，保证密封气体温度大于250 ℃，防止高温水蒸气结凝，从而降低发生露点腐蚀的概率。

2）采用合适的材料及加工工艺振打器部件，振打器虽看似简单，但其材质选型和尺寸优化，均需要进行严格的理论分析和试验测试，不合适的修改及尺寸会显著降低振打器的使用寿命，严格控制活塞杆的表面硬度HRC在60左右，表面粗糙度控制在0.4 μm及活塞杆端部凸台根部的圆弧倒角半径。

3）严格控制工艺操作，在工艺运行正常的情况下，振打器大循环周期以20～30 min为宜，每个循环周期内，每台振打器的敲击次数以2次为宜[5]。

4）提高工人检修质量，严格把控每台振打器的装配质量，针对振打器总成安装之前的气密封性试验，制作专用工具，气化炉清灰系统振打器气密试验装置，该装置包括承载腔体和移动式高压氮气源，承载腔体的空腔上端敞口，空腔内用于放置振打器总成，承载腔体的上端与振打器总成之间可拆卸连接，移动式高压氮气源通过软金属管连接至振打器总成的进气口，本气密专用工具可有效地提前对振打器总成进行气密性验收，以防止振打器总成安装于气化炉本体上之后造成二次拆装，大大节约检修时间，使振打器安全高质量的一次装配到位，提高了气化炉运行的安全性、可靠性和经济性。

5）做好检修台账，保证振打器使用寿命在2年之内，对撞杆及砧板处做好停车检查，发现有磨损及倾斜时及时进行调整或更换。

6 结束语

引起气化炉运行工况波动及停车的原因有很多，但是振打清灰装置运行的好坏也是造成运行不稳定的因素之一，通过对振打装置运行的分析及总结，及时了解每台振打器的运行状况，生产过程中加强设备的巡检，随着技术人员对操作经验及维修方面的总结，Shell煤气化长周期运行的目标一定能够实现。

［1］霍元彬. Shell气化工艺积灰堵渣问题浅析[J]. 广州化工, 2021, 49 (03) : 97-99.

［2］史鹏聖, 刘崇国, 邵琳涛, 等. 振打除灰在煤气化工艺中的研究与应用现状[J]. 应用化工, 2020, 49 (12): 3115-3119.

［3］喻九阳. 洁净煤重大装备自动振打除灰装置的研究与工业应用［D］. 湖北: 武汉工程大学, 2011.

［4］赵雨波. 壳牌煤气化装置技术改造与工艺优化[J]. 化工管理, 2019 (07): 183-184.

［5］王小雨. 机械振打器活塞杆的冲击应力分析及动态应变测量[D].武汉工程大学, 2011.

Common Problems and Analysis of Ash Cleaning Device of Shell Gasifier

(Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd., Yongcheng Henan 476600, China)

The working principle of rapper of Shell gasifier ash cleaning device was analyzed, as well as the influence of common faults of rapper on gasifier operation, common problems were discussed, and some experience was summarized, so as to ensure stable and long-term operation of gasifier.

Shell gasifier; Rapper; Bar; Chopping board

2021-08-18

王钦华（1987-），男，河南省兰考县人，助理工程师，2016年毕业于中国石油学校机电一体化专业，研究方向：壳牌煤气化装置设备管理工作。

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1004-0935（2021）11-1725-03