高温热电偶在焦油气化炉上的应用

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。
      某石化公司合成气装置采用合成气。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1300~1400℃的高温条件下,发生部分氧化还原反应,工作压力3.48MPa,生成以一氧化碳为主的合成气。装置于2012年建成投用,是国内唯以套利用焦.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,及时正确测量炉内温度显得重要,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12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2012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。气化炉在投入运行后,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，高压气体进人套管内部,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1300C，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Al2O;和Fe20,等--些杂质组成,如果其中ALO,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,直至投人运行,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.TX233(粘土砖)、TX234A(刚玉砖)TX235A(刚玉砖)。在砌砖过程中,使用φ38mm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,保证砌完砖后中心孔径同轴。TX233粘土砖为圆形砖,砌砖过程要保证TX233砖孔径中心线与试棒中心线重合;TX234A刚玉砖在砌砖过程中,要保证TX234A凹槽最低点距离试棒下边缘的距离为27.8mm,上面的砖凹槽最高点距离试棒上边缘的距离为4mm;TX235A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33.2mm,.上面砖凹槽最高点距离试棒.上边缘的距离为5mm。
      首先安装φ38mm试棒,由外向内插人,在接管处用耐高温陶纤毡在试棒外侧均匀固定;然后安装TX233,安装前TX233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TX234A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TX235A。在砌砖过程中,热偶安装孔处TX233、TX234A.TX235A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--圈切割成45°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,使其能够深人安装孔内,套管前端不能深人炉膛,距离内壁10mm,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φ40mm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800C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30mn/min,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。