水煤漿氣化爐筑爐施工質(zhì)量控制

張永明

(中石化第五建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510145)

某煤化工公司采用的是美國(guó)GE公司的水煤漿加壓氣化爐(結(jié)構(gòu)形式見圖1)，共7臺(tái)。水煤漿氣化爐是高溫(1 350 ℃以上)、高壓(6.5 MPa)的反應(yīng)設(shè)備，爐體燃燒室殼內(nèi)徑φ3 200 mm，內(nèi)襯耐火材料，襯里結(jié)構(gòu)見圖2。爐膛完成襯里后，中段為豎向直筒，頂部為球形拱頂，下部渣口為收縮的錐形結(jié)構(gòu)，即錐底。豎向直筒砌筑完成后的直徑為φ2 134 mm，高度8 317.5 mm，從向火面向里依次為熱面磚、背襯磚、隔熱磚和可壓縮層(膨脹材料)。球形拱頂和錐底的襯里結(jié)構(gòu)從向火面向里依次為熱面磚、背襯澆筑層和可壓縮層。在氣化爐運(yùn)行時(shí)，蝕損最嚴(yán)重的部位是直接接觸高溫高壓介質(zhì)的熱面磚。

圖1 氣化爐總體結(jié)構(gòu)

圖2 氣化爐筑爐模型

氣化爐工作過(guò)程中，其高溫、高壓反應(yīng)主要是在耐火材料砌筑的燃燒室內(nèi)進(jìn)行，耐火砌筑層既要經(jīng)受高溫、高壓、潮濕等環(huán)境，還要承受低粘度、高流速、具有一定還原性的工藝介質(zhì)的沖刷，部分區(qū)域直接與火焰接觸容易引起過(guò)燒【1】，氣化爐耐火磚會(huì)出現(xiàn)不同程度的塊狀剝落、燒蝕損壞、沖蝕損壞和機(jī)械損壞等。因燒嘴不定期更換等引起氣化爐的停車、開車則會(huì)使耐火澆筑料不定期承受冷熱交替載荷，若澆筑料的膨脹縫施工不均，可引起澆筑料的擠壓開裂或脫落等，因此氣化爐筑爐施工質(zhì)量控制對(duì)于氣化爐的“安”、“穩(wěn)”、“長(zhǎng)”、“優(yōu)”運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

1 筑爐質(zhì)量控制要點(diǎn)

氣化爐筑爐質(zhì)量主要由三個(gè)關(guān)鍵因素決定，即氣化爐設(shè)備制造、安裝質(zhì)量，滿足工況要求的筑爐材料和科學(xué)的施工方法。控制好這三個(gè)關(guān)鍵的因素，氣化爐筑爐施工質(zhì)量就能得到很好的保證。

2 筑爐料選擇和驗(yàn)收

2.1 筑爐料的選擇

正確選擇使用性能優(yōu)良的筑爐料是保證筑爐質(zhì)量的基礎(chǔ)。氣化爐筑爐用耐火材料要有好的抗熔渣侵蝕性和滲透性、較高的熱態(tài)強(qiáng)度和較好的高溫體積穩(wěn)定性。該裝置氣化爐的筑爐結(jié)構(gòu)及材料性能如下：

1) 熱面磚選用致密鉻鋁鋯異型磚，能很好地保護(hù)隔熱層，以防被熔渣侵蝕、熔蝕，氫侵蝕、蒸汽侵蝕及火焰燒損等。

2) 背襯磚選用致密鉻剛玉磚。致密鉻剛玉磚具有較高的強(qiáng)度、熱抗震穩(wěn)定性、耐磨性、耐沖刷性和耐侵蝕性。因致密鉻剛玉磚具有較高的強(qiáng)度，球形拱頂支撐主要靠背襯磚。

3) 隔熱磚選用特種氧化鋁空心球耐火磚。因磚內(nèi)充滿著大量細(xì)小的空心，可有效防止熱傳導(dǎo)，故而具備很好的絕熱性能，可有效減少爐內(nèi)熱量的損失和降低金屬殼體外壁溫度。

4) 可壓縮層選用耐火陶瓷纖維制品，在耐火磚受熱時(shí)被壓縮，吸收磚向外的膨脹量；同時(shí)耐火陶瓷纖維制品的隔熱性能好，可有效減少爐內(nèi)熱量的損失和降低金屬殼體外壁溫度。

5) 拱頂和錐底背襯部位選用鉻剛玉澆注料。鉻剛玉澆注料能滿足整體性、氣密性、抗氣體侵蝕性，且具有一定的可壓縮性。

2.2 筑爐料的驗(yàn)收

氣化爐的筑爐料分為定型和不定型兩種，材料進(jìn)場(chǎng)要做好驗(yàn)收工作，特別是不定型材料【2】。需認(rèn)真核對(duì)材料的質(zhì)量證明文件、使用說(shuō)明書等資料，以及牌號(hào)、規(guī)格尺寸、等級(jí)、時(shí)效性、磚的平整性等。對(duì)材料的質(zhì)量存在異議時(shí)，應(yīng)委托第三方進(jìn)行復(fù)驗(yàn)且要求復(fù)驗(yàn)結(jié)果合格。同時(shí)要做好筑爐材料的保管、存放等工作，防止材料受潮。

3 氣化爐制造及安裝質(zhì)量控制

3.1 氣化爐制造質(zhì)量控制

氣化爐殼體的制造精度直接影響著后續(xù)筑爐質(zhì)量，如殼體的制造精度達(dá)不到要求，就不能保證燃燒室氣化反應(yīng)的正常工作條件。燒嘴與殼體的軸線偏差也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部襯里燒損，進(jìn)而造成燃燒室外部殼體超溫，降低襯里的使用壽命。因此，設(shè)備制造時(shí)要嚴(yán)格控制氣化爐筒體的圓度、直線度、中心線偏差、燒嘴接管與殼體的同軸度偏差以及設(shè)備筒體的總直線度。上述指標(biāo)應(yīng)符合表1的規(guī)定。設(shè)備到場(chǎng)后在安裝前應(yīng)再次測(cè)量上述指標(biāo)。

表1 氣化爐制造質(zhì)量控制項(xiàng)目 mm

3.2 氣化爐安裝質(zhì)量控制

氣化爐的安裝質(zhì)量直接影響筑爐質(zhì)量，尤其是垂直度。在安裝過(guò)程中，調(diào)整氣化爐的垂直度時(shí)，不能僅依靠氣化爐的外壁來(lái)找正，要設(shè)置氣化爐砌筑中心線，利用上口法蘭和底座法蘭制作安裝中心線定位板，采用直徑為1.5 mm細(xì)鋼絲繩(一頭帶有張緊彈簧)作為筑爐中心參考線，通過(guò)調(diào)整中心參考線的垂直度來(lái)找正氣化爐垂直度。氣化爐的安裝垂直度偏差不得大于14 mm。

4 筒體部位筑爐的質(zhì)量控制

筒體部位筑爐的工序是先清理筒體內(nèi)壁，然后在筒體內(nèi)壁粘貼一層20 mm厚的陶瓷耐火纖維可壓縮材料，再用剛玉耐火泥砌筑隔熱磚，之后砌背襯磚和向火面磚。筒體部位的砌筑量最大，對(duì)筒身砌筑圓度、直線度、中心線偏差等都有嚴(yán)格要求。筒身的筑爐的質(zhì)量控制應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制。

4.1 清理筒體內(nèi)壁

在筑爐前，將筒體內(nèi)壁表面的鐵銹、灰塵、油脂等附著物清理干凈，使耐火陶瓷纖維層能粘接更緊密牢靠。

4.2 設(shè)置氣化爐砌筑中心線

砌筑前應(yīng)設(shè)置氣化爐砌筑中心線，利用進(jìn)料口法蘭和底座法蘭制作安裝中心線定位板，采用直徑為1.5 mm細(xì)鋼絲繩脹線(一頭帶有張緊彈簧)作為軸向中心線，以便于砌筑時(shí)徑向的對(duì)準(zhǔn)，從而保證砌筑尺寸。

4.3 托磚板的質(zhì)量檢查

砌筑前檢查托磚板的位置及尺寸是否符合設(shè)計(jì)文件。托磚板的平行度應(yīng)<3 mm。如果平行度超標(biāo)，需要進(jìn)行修平處理。修理最好采用冷修理，如確實(shí)需要采用熱修理，在修理過(guò)程中需嚴(yán)格監(jiān)控，不能對(duì)筒體等造成損傷。

4.4 砌筑的質(zhì)量控制

4.4.1 陶瓷耐火纖維的粘貼

粘貼膠要均勻地涂刷在筒體內(nèi)壁上，自下而上粘貼陶瓷耐火纖維。粘貼要緊密牢靠，與設(shè)備之間不能有中空；縱縫接頭處切割要精準(zhǔn)，且對(duì)接緊密，不能有空洞等。層與層之間的縱縫要均勻錯(cuò)開，層與層之間的環(huán)縫要對(duì)接緊密。

4.4.2 砌筑順序

隔熱磚、背襯磚、熱面磚都需用相兼容的高鉻耐火泥來(lái)砌筑。每層按照先砌筑隔熱磚、再砌背襯、最后砌筑熱面磚的順序進(jìn)行。

4.4.3 磚的精確加工

鉻鋁鋯磚和鉻剛玉磚切割加工非常困難。筒體上的熱電偶、燒嘴和拱頂?shù)炔课坏男螤钶^復(fù)雜，耐熱磚砌筑前要測(cè)量準(zhǔn)確，必要時(shí)需對(duì)磚進(jìn)行加工。加工前在磚上畫好切割線，加工應(yīng)采用小型移動(dòng)式切磚機(jī)或碳化硅(或金剛砂)合成的砂輪片慢速精確切割，堅(jiān)決杜絕人工剔鑿的加工方法。

4.4.4 磚縫的控制

磚縫可以吸收部分膨脹量，但若磚縫過(guò)大，部分耐火泥就會(huì)形成熔渣，加速對(duì)磚的侵蝕。筒體的磚縫寬應(yīng)為1.0～1.5 mm，最大不得超過(guò) 1.6 mm，同時(shí)磚縫泥漿的飽滿度應(yīng)大于90%。每層隔熱磚、背襯磚、熱面磚的縱向磚縫應(yīng)均勻錯(cuò)開。

4.4.5 膨脹縫的控制

膨脹縫位置、縫寬的施工必須嚴(yán)格按照?qǐng)D紙進(jìn)行。當(dāng)膨脹縫過(guò)大時(shí)，高溫氣體易產(chǎn)生竄氣而造成殼體超溫；若膨脹縫過(guò)小，則耐火磚由于熱膨脹會(huì)受到巨大擠壓而造成破壞。膨脹縫寬誤差應(yīng)控制在±1 mm，且要保持脹縫內(nèi)清潔，不得有耐火泥等雜物。

4.4.6 砌筑過(guò)程的測(cè)量

砌筑前，按照隔熱磚、背襯磚、熱面磚的內(nèi)半徑制作標(biāo)準(zhǔn)量桿。砌磚時(shí)，量桿一端與磚面接觸，另一端與中心線輕輕接觸。在這個(gè)測(cè)量過(guò)程中，要保持量桿水平。每層砌筑結(jié)束后，用量桿對(duì)整層磚進(jìn)行一次測(cè)量，確保每層磚內(nèi)徑的尺寸準(zhǔn)確。

每砌筑5層磚用水平尺(一般用魚雷式水平)測(cè)量一次單個(gè)磚以及相鄰磚的平整度和高度以及整個(gè)爐環(huán)的水平度。每砌筑10層磚，用水準(zhǔn)儀測(cè)量整個(gè)爐環(huán)的水平度。筒體全部砌筑完畢，檢查復(fù)核整個(gè)筒體的砌筑質(zhì)量及尺寸，符合要求后再砌筑拱頂和錐底。

5 拱頂部位筑爐的質(zhì)量控制

氣化爐拱頂形狀的特殊性以及頂部燒嘴的結(jié)構(gòu)等都加大了拱頂部位筑爐的難度。在氣化爐運(yùn)行過(guò)程中，超溫現(xiàn)象多出現(xiàn)在拱頂部位，且氣化爐拱頂處筑爐時(shí)的尺寸如控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，進(jìn)而造成耐火磚的斷裂，或受過(guò)度擠壓而剝落。因此在施工過(guò)程中更要加強(qiáng)拱頂部位筑爐的質(zhì)量控制。拱頂部位筑爐主要由熱面磚、致密鉻剛玉澆注料層和可壓縮層組成。

5.1 砌筑前的預(yù)砌筑

拱頂?shù)臒崦娲u在砌筑前應(yīng)在爐外進(jìn)行預(yù)砌筑，預(yù)砌筑的場(chǎng)地應(yīng)平整，要制作精良、不易變形的胎具。預(yù)組裝好胎具、檢查組裝精度合格后，對(duì)磚的位置進(jìn)行預(yù)擺，對(duì)每環(huán)磚進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，并做好相應(yīng)的記錄。

5.2 熱面磚的砌筑

預(yù)砌筑完成后，將胎具移到爐內(nèi)組裝，精度達(dá)到要求后進(jìn)行熱面磚的砌筑。砌筑要嚴(yán)格控制每層磚的標(biāo)高，以保證燒嘴安裝的高度。每層磚砌筑完成后，嚴(yán)格進(jìn)行測(cè)量，符合要求后再進(jìn)行上一層的砌筑。

5.3 嚴(yán)格控制磚縫

拱頂磚縫放射線應(yīng)與半徑方向相互重合。拱頂?shù)沫h(huán)與環(huán)之間，磚都有溝槽相互咬合，從而形成一個(gè)整體。在拱頂施工過(guò)程中，磚縫應(yīng)均勻，泥漿要飽滿。

5.4 澆注料層施工

澆注料的施工嚴(yán)格按照使用說(shuō)明書進(jìn)行操作，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完并按要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每次澆注料施工應(yīng)留置檢驗(yàn)試塊，留置的檢驗(yàn)試塊上要標(biāo)記澆注位置及時(shí)間。拱頂澆注料施工分3次完成。拱頂下部熱面磚完成5層左右進(jìn)行第一次澆注料的施工。在施工前，球殼內(nèi)表面貼可壓縮層，檢查確認(rèn)熱面磚及壓縮層合格后即可進(jìn)行澆筑施工，澆筑振實(shí)。澆筑上表面要進(jìn)行粗糙處理，以保證層與層之間能緊密結(jié)合。中部熱面磚完成3～4層即可進(jìn)行第二次澆筑層的施工。頂部熱面磚完成后進(jìn)行第三次澆筑層的施工。

6 錐底部位筑爐的質(zhì)量控制

筒體及拱頂?shù)钠鲋瓿珊?，進(jìn)行錐底部位的砌筑。運(yùn)行時(shí)，錐底部位會(huì)受到高速熔融態(tài)爐渣對(duì)渣口磚產(chǎn)生的激烈沖刷磨損作用，因此，錐底的砌筑質(zhì)量也至關(guān)重要。錐底部位筑爐主要由熱面磚、致密鉻剛玉澆注料層和可壓縮層組成。

錐底部位筑爐基本與拱頂相同，先砌筑熱面磚，分3～4次進(jìn)行澆筑層的施工。砌筑過(guò)程也同拱頂砌筑過(guò)程一樣進(jìn)行熱面磚、澆筑層的質(zhì)量控制。

7 烘爐的質(zhì)量控制

氣化爐砌筑完成后需進(jìn)行烘爐。烘爐的溫度控制按照烘爐曲線進(jìn)行。在烘爐過(guò)程中，應(yīng)布置測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行全程溫度監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，要及時(shí)采取措施進(jìn)行調(diào)整。烘爐要繪制好實(shí)際烘爐曲線并做好烘爐過(guò)程的詳細(xì)記錄。烘爐完成并冷卻后，對(duì)氣化爐耐火襯里的質(zhì)量再次進(jìn)行全面檢查和必要的修補(bǔ)。

8 結(jié)語(yǔ)

氣化爐的砌筑工序繁瑣，在砌筑過(guò)程中，嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，嚴(yán)把每一道工序的施工質(zhì)量，就能確保氣化爐的砌筑質(zhì)量，從而保證氣化爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。