氣化裝置余熱鍋爐火管段改造方案

祝劍鋒

(陽煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

前 言

余熱鍋爐作為近幾年我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)過程中比較常見的設(shè)備組成之一，是能夠?qū)⑽覈?guó)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行二次利用，將這些廢棄物(如廢氣、廢料等)進(jìn)行燃燒后夠產(chǎn)生熱量的工業(yè)鍋爐[1]。近幾年，隨著我國(guó)工業(yè)研究者對(duì)余熱鍋爐研究的推進(jìn)，越來越多的余熱鍋爐出現(xiàn)在日常的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如何通過氣化裝置的應(yīng)用對(duì)這一部分余熱鍋爐火管段進(jìn)行改造就成為了現(xiàn)階段鍋爐研究者們關(guān)注的核心問題。由此，本文對(duì)我國(guó)某一綜合能源公司的工業(yè)生產(chǎn)過程中有關(guān)“氣化技術(shù)制備甲醇”項(xiàng)目中涉及的余熱鍋爐問題進(jìn)行闡述研究，以期解決這一項(xiàng)目鍋爐運(yùn)行過程中常見的問題同時(shí)探究這一余熱鍋爐火管段的改造方案。

1 造成企業(yè)余熱鍋爐運(yùn)行故障的原因

1.1 研究背景

為了更好地對(duì)這一問題進(jìn)行研究，選取我國(guó)某綜合能源公司的實(shí)際情況為例進(jìn)行闡述研究。通過對(duì)該工業(yè)企業(yè)的基礎(chǔ)信息調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，就該企業(yè)作為研究目標(biāo)的項(xiàng)目中囊括了氣化裝置4臺(tái)余熱鍋爐，該裝置自2015年出現(xiàn)了不同程度集中于余熱鍋爐管板斜上方區(qū)域的換熱管與管板接口連接以及泄露等故障問題，影響了這一設(shè)備在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的有效應(yīng)用。

1.2 造成余熱鍋運(yùn)行故障的原因

通過對(duì)該公司的余熱鍋爐管板與換熱管接口問題進(jìn)行普查研究發(fā)現(xiàn)，其泄露的區(qū)域大都位于管板中位置相對(duì)更高的一側(cè)[2]，所以，通過對(duì)這一問題的技術(shù)調(diào)研，認(rèn)為造成這一故障的主要原因主要源自下述幾個(gè)方面：

首先，火管段管道排布的因素造成的連接以及泄露的問題。如，當(dāng)火管段管道排布呈現(xiàn)出比較明顯的“非對(duì)稱”狀態(tài)時(shí)，很容易使高溫煤氣在進(jìn)入管道后出現(xiàn)偏墜，影響局部換熱管出現(xiàn)溫差，從而導(dǎo)致出現(xiàn)后續(xù)的運(yùn)行問題。

其次，因?yàn)樵O(shè)備氣壓過高引發(fā)火管段區(qū)域超溫造成形變而引發(fā)的故障問題。如，在這一余熱鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中，因?yàn)樵O(shè)備中蒸汽的比容會(huì)相對(duì)比較小，繼而就會(huì)在一定程度上影響火管段中汽水混合溶液的上升速率，引發(fā)后續(xù)火管段局部溫度超標(biāo)等問題。

第三，布管區(qū)域受應(yīng)力影響而造成的故障問題。這一問題也是實(shí)際余熱鍋爐運(yùn)行過程中比較常見引發(fā)火管段連接故障的主要影響因素，造成這一情況的原因大都源于管板外側(cè)所需要承受的剛度更高且應(yīng)力更大原因造成的。

上述三種原因的存在都很容導(dǎo)致氣化裝置余熱鍋爐在運(yùn)行過程中火管段出現(xiàn)各種各樣的質(zhì)量問題，引發(fā)后續(xù)火熱管中換熱管與管板接口之間的連接以及泄露的問題。

1.3 氣化裝置余熱鍋爐火管段改造的初期設(shè)想

在明確了造成氣化裝置余熱鍋爐火管段原因的基礎(chǔ)上，該企業(yè)便針對(duì)這一余熱鍋爐設(shè)備火管段進(jìn)行了一定的改良、優(yōu)化，一方面，將原有的上、下管板改成了能夠吸收更多膨脹熱的“下沉式”管板方案，同時(shí)也在一定程度上降低了火管段管板在運(yùn)行中的溫度。雖然這一模式在一定程度上獲得了改造的效果，但是，在運(yùn)行了一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)在這一改造模式下的余熱鍋爐仍舊存在一定程度的火管段連接、泄露問題。

2 氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造方案

通過對(duì)上述余熱鍋爐火管段運(yùn)行故障原因的分析，認(rèn)為在以后的余熱鍋爐應(yīng)用過程中，如果想要提升這一設(shè)備應(yīng)用的效果，優(yōu)化整體余熱鍋爐的運(yùn)行條件就可以通過下述三個(gè)方案予以針對(duì)性的改造、優(yōu)化，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中這一氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造目標(biāo)。

2.1 改造方案一

方案一認(rèn)為對(duì)氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造，其本質(zhì)目標(biāo)是為了降低火管段的實(shí)際程度，通過優(yōu)化管壁的強(qiáng)度、韌性同時(shí)最大程度上優(yōu)化換熱管在后續(xù)設(shè)備運(yùn)行中的使用效果。由此，結(jié)合以往研究經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為可以通過將48 mm×4 mm的換熱管替換為38 mm×4 mm的換熱管，通過縮短換熱管直徑的方式降低后續(xù)設(shè)備運(yùn)行過程中高溫煤氣的進(jìn)氣量，以此降低管壁的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造目標(biāo)。與此同時(shí)，就這一方案中，還可以在原有火管段的改造中適量增加“內(nèi)導(dǎo)流套筒”，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)氣化裝置余熱鍋爐火管段的進(jìn)一步優(yōu)化。

2.2 改造方案二

在對(duì)氣化裝置余熱鍋爐火管段進(jìn)行換管改造的基礎(chǔ)上，選擇在已經(jīng)完成換管改造的第2/3號(hào)設(shè)備在換管操作的基礎(chǔ)上適量地提升設(shè)備管板底部區(qū)域汽水混合物的流動(dòng)速率，以此通過這一方案的應(yīng)用能夠在一定程度上減少管板頂部蒸汽的淤積，降低管板的問題。與此同時(shí)，在這一改造方案中，在上述改造的基礎(chǔ)上在管板上部區(qū)域設(shè)計(jì)了一個(gè)“內(nèi)導(dǎo)流包殼”，希望通過這一設(shè)備的應(yīng)用能夠在一定程度上提升火管段中汽水混合物循環(huán)的阻力，實(shí)現(xiàn)預(yù)期對(duì)氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造目標(biāo)。

2.3 改造方案三

在上述基礎(chǔ)改造方案的基礎(chǔ)上，近幾年越來越多的技術(shù)人員希望應(yīng)用新的“蒸發(fā)裝置”來代替原有的火管段，就新的蒸發(fā)裝置來說，這一裝置能夠最大程度地降低設(shè)備運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生的破壞性應(yīng)力，從而幫助實(shí)現(xiàn)這一設(shè)備的良好運(yùn)行。

2.4 改造方案的效果分析

通過對(duì)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中上述三種改造方案的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，經(jīng)由90 d的試運(yùn)行后，可以發(fā)現(xiàn)其方案改造效果如下：

方案一的應(yīng)用效果在應(yīng)用的初期階段能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)這一改造方案的應(yīng)用目標(biāo)，但是，隨著時(shí)間的推移，自87 d之后技術(shù)人員在換熱管與管板的銜接處上管板中發(fā)現(xiàn)了均勻分布的裂紋，下管板中雖然沒有肉眼可及的裂縫，但是，其中存在3處比較明顯的“沙眼”，同時(shí)伴隨部分管道堵塞的問題。

分別對(duì)方案一、二、三在實(shí)際氣化裝置余熱鍋爐火管段改造中的應(yīng)用效果計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，其計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 不同改造方案背景下氣化裝置余熱鍋爐火管段的運(yùn)行參數(shù)

3 結(jié)語

綜上所述，通過上述有關(guān)氣化裝置余熱鍋爐火管段的改造研究可以發(fā)現(xiàn)，在以后的氣化裝置余熱鍋爐火管段改造過程中，如果無法針對(duì)原有設(shè)備中火管段中蒸發(fā)區(qū)域的斷面進(jìn)行明顯的優(yōu)化就很難實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)備改造目標(biāo)，所以，在以后的氣化裝置余熱鍋爐火管段改造過程中，技術(shù)人員應(yīng)延續(xù)上述三個(gè)方面進(jìn)行更加深入的研究，從而對(duì)實(shí)際設(shè)備運(yùn)行中更多可能影響設(shè)備改造的因素進(jìn)行評(píng)估、驗(yàn)證，以此確保后續(xù)氣化裝置余熱鍋爐火管段改造的效果。