鲁奇气化炉下锥体环焊缝缺陷修复分析

鲁奇气化炉下锥体环焊缝缺陷修复分析

杨晓峰任国强

河南能源化工集团有限公司煤气化公司义马气化厂河南义马472300

摘要：随着我国社会主义经济的不断发展，能源需求日益增多。但我国是一个“多煤、少油、缺气”的国家。因此，国家加大对煤炭资源的开采和深加工力度，可缓解能源不足的紧张局面。在煤炭资源开发和利用的过程中，鲁奇气化工艺在煤炭的气化工艺中应用比较广泛，并取得较好的效果。

关键词：气化炉；环焊缝；缺陷修复

1前言

社会经济水平的不断提高，最直接的影响是人们对能源需求的增加（但针对我国煤炭资源充足，天然气和石油等资源匮乏的现状，只有不断加大对煤炭资源的开采才能更好的缓解我国资源匮乏的现状。

在煤炭资源开采和生产中，鲁奇气化炉作为其重要的设备之一，作用显著（但现实是，经过长期的使用，鲁奇气化炉会产生一定的问题和故障，因此提高鲁奇气化炉的稳定和连续运行是当前煤炭行业亟需解决的问题。

2锥体环焊缝缺陷修复分析

2.1焊接工艺影响

2.1.1焊缝晶间腐蚀

上部气相区与下部液相区的裂纹都产生在第1次补焊焊缝附近，这是由于补焊过程中在焊缝两侧距焊缝远近不同的各点，所经历的焊接热循环是不同的，也就是说焊接热影响区的各点实际上相当于经受一次不同规范的热处理，于是就有相应的组织发生了变化，如晶粒增大、相变重结晶等。同时也在该区产生较大的残余应力，从而导致该区易产生腐蚀和应力腐蚀裂纹。该区产生腐蚀属于晶间腐蚀，如果补焊时，使奥氏体不锈钢在450～850℃这个晶间腐蚀敏感区长时间加热时，此时晶间的铬和碳化合成为（Cr、Ni、Fe）4C、（Cr、Fe、Ni）7C3或Cr23C6，固溶体中沉淀出来，生成的碳化合物，每1%的C约需10%～20%的Cr，从而导致晶间铬含量降低。由于晶内与晶间的元素存在浓度梯度，晶内的碳及铬将同时向晶间扩散，但在450～850℃时Cr比C扩散速度慢。因此，继续形成的碳化铬所需的Cr还是主要来源于晶粒边缘，使靠近碳化铬的薄层固溶体严重缺Cr。如果铬的质量分数降到12%（钝化所需极限）以下，则贫铬区处于活化状态，晶间贫铬区相对于碳化物和固溶体其他部分将形成大阴极小阳极的微电池，从而发生晶间腐蚀。

2.1.2焊接残余应力

容器焊接或补焊时，热源对焊件形成不均匀的温度场，产生不均匀的热变形，同时，容器的纵向和横向对变形的约束也不一样，因而产生不均匀的残余应力。焊接残余应力沿焊缝的纵向，其拉应力衰减较快，最后变成压应力。横向残余应力的分布形式与纵向相似，其峰值也在焊缝及熔合区附近，但峰值比纵向小得多。焊缝纵向表面得残余应力一般可达到母材屈服极限的0.6～1.2倍；焊缝横向表面最大残余拉应力，一般为纵向残余应力峰值的1/4～1/2。当壁厚增大，残余应力峰值也增大。

由于焊接或补焊时仅产生局部体积的变化，故焊接应力也仅是一个局部效应。通常在焊缝两侧200～300mm以外就基本上不存在残余应力。当焊接或补焊物件处于某些腐蚀环境时，由于应力腐蚀破坏具有在垂直于最大拉伸应力方向破坏的特性，并且应力水平即使不太高的情况下也会发生。所以，反应器裂纹大多位于补焊焊缝附近或位于纵焊缝热影响区。

该装置的加氢反应器混合汽管线与球形封头连接方式是竖直连接，有关资料计算表明：如果混合汽管线与球形封头连接方式改为径向连接，则接管局部区域的第1主应力降低40%左右。故可以考虑改变接管与封头的连接方式，减少应力的存在。

2.2鲁奇气化工艺流程及特点

5～50mm块煤经煤溜槽、煤锁进入气化炉。水蒸气和氧气混合后从气化炉底部经炉篦进入气化炉，在3.0MPa、1000℃的条件下，与煤发生气化反应。从气化炉出来的粗煤气，温度高达220～600℃，经喷冷器后温度降至200～210℃左右，进入废热锅炉回收余热，温度降至180℃左右，粗煤气经气液分离后进入下游工序。废热锅炉可产生0.5MPa～0.6MPa的低压蒸汽。从喷冷器洗涤下来的含焦油和尘的煤气水随煤气一起进入废热锅炉的底部的分离器，初步分离油水。一部分含尘煤气水由循环泵返回到洗涤冷却器，其余送煤气水分离单元。气化炉气化产生的灰渣周期性通过灰锁斗排出。

2.2.1鲁奇气化工艺主要有以下特点

（1）一般采用5～50mm的块煤进料，且下限率不能过高。一般要求煤的反应性好、无粘结性和弱粘结性、机械强度较高、灰熔融性温度较高。因此适宜的煤种为褐煤、次烟煤、

贫煤和无烟煤，对一些水分较高（20%～30%）和灰分较高（如30%）的劣质煤也适用。与气流床工艺相比，鲁奇炉采用碎煤为原料，入炉煤的处理费用低。

（2）气化为干法排灰，使用纯氧气化，为防止结渣，采用较高汽氧比，因此氧耗较低，约为气流床氧耗的70%，可在空分制氧设备上节省大量投资。

（3）气化产生的煤气中CH4含量较高，

达10%左右，适合于生产城市煤气和代用天然气（SNG），将CH4转化为CO和H2后也可以用于生产化工产品，比如甲醇和氨。

（4）粗煤气中H2/CO为2.0，不经变换或少量变换即可用于F-T合成、甲醇合成、天然气合成等产品生产，对比气流床气化减少了CO变换工序。

（5）该工艺最重要的工艺操作参数为汽氧比，与气流床强调的氧煤比有一定区别，但目的相同，就是控制一定的气化炉温度。汽氧比的确定通常根据煤样的ST温度、反应活性、产生的灰渣状态和煤气组成质量。

2.3热处理工艺及方案

热处理保温温度650～680℃，恒温时间240min；热处理温度在300℃以下时，升温速度不限；在300℃以上时，升温速度为50～70℃/h；保温期间，加热区最高最低温度差不大于65℃；在300℃以上时降温速度为50～70℃/h；在300℃以下降温时应自然空冷。热处理按上述工艺执行。焊缝修复长度较长且分布不均匀，若采用部分加热势必会在整条焊缝上热涨程度不同，产生内应力，为了避免应力产生，采用整条焊缝整体加热消除应力热处理。热处理升温阶段，同时利用410℃左右的中压蒸汽从底部接管处通入，对壳体、夹套及夹套空

间进行初始预热，由于蒸汽的热量补充，升温期间热处理控制设备的输出功率＜20%，整个过程中易产生脆性断裂。可以采取如下措施来减少或控制液击事故的发生：

（1）控制热氨融霜阀的开启程度，降低进入回气总管的热氨压力，从而减小作用在液氨柱上的压力P；

（2）在不影响生产的前提下尽可能减小回气总管的规格，从而减小回气总管通径面积；

（3）缩短回气总管长度，或在回气总管内设置防波板，从而减小液柱冲击距离；

（4）控制热氨融霜阀的开启速度或降低热氨的温度，延迟换热时间，减小在热氨融霜过程中形成的压力差ΔP，从而减小回气总管吸入冷液氨量，防止或减小液柱量；

（5）在进行热氨融霜前，先对蒸发器进行排液，增加蒸发器的冷氨气的体积，防止在热氨融霜过程中，将蒸发器内的冷液氨吸入回气总管里形成液柱；

3结束语

总之，在煤炭等能源大需求量的今天，提高鲁奇气化炉的稳定运行，增强其运行效率，以确保大量生产是至关重要的。目前，影响鲁奇气化炉连续运行的主要因素有气化炉自身的质量和结构稳定性$煤质和系统的密封性等。而针对这些影响因素采取科学有效的措施，如提高气化炉的性能和质量，做好气化炉的日常清洁和保持干燥，利用科学的技术增强气化炉的自动性能等。只有这样，才能更好增强鲁奇气化炉的稳定性和安全性，促进气化炉的连续运行，进而推动我国煤炭行业的可持续发展

参考文献：

[1]郭慧冬.煤质对鲁奇气化炉经济运行的影响分析[J].化工管理.2015（02）

[2]任凤龙，孙福伟.影响鲁奇气化炉连续运行的原因分析[J].山东工业技术.2016（16）