氣化爐是煤化工代表性裝置，宜興貝太力儀器儀表科技有限公司根據(jù)TEXACO氣化爐和Shell氣化爐工況特殊性，分享氣化爐熱電偶的特殊結(jié)構(gòu)和材料選擇等專業(yè)知識，幫助用戶解決特殊場合的溫度測量常規(guī)熱電偶不能使用的難題。
對溫度的準(zhǔn)確測量和嚴(yán)格控制是確保工藝正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素，其將直接影響工藝過程是否在理想的條件下進(jìn)行 ，甚至?xí)绊懙秸w設(shè)備的使用壽命、安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)。煤化工行業(yè)的德士古(TEXACO)氣化爐和殼牌(Shell)氣化爐測溫工況均因氣化爐爐體構(gòu)造、內(nèi)部介質(zhì)、反應(yīng)過程、操作條件具有*的特殊性，所以對相應(yīng)熱電偶的選擇也凸顯其特殊的重要性和復(fù)雜性。筆者憑借多年豐富的經(jīng)驗(yàn)，將德士古(TEXACO)氣化爐和殼牌(Shell)氣化爐代表性和典型性的工況，以及相應(yīng)熱電偶的選擇原則和注意事項(xiàng)與大家探討，旨在為煤化工用戶提供具參考性的指導(dǎo)建議。
1、TEXACO氣化爐
?、俚率抗?TEXACO)氣化爐工況特點(diǎn)
德士古(TEXACO)氣化爐代表現(xiàn)場為寧夏煤業(yè)集團(tuán)250kt/a甲醇裝置，神華包頭和內(nèi)蒙古久泰能源的煤制烯烴項(xiàng)目等。
以上現(xiàn)場采用TEXACO急冷流程、全廢鍋流程，是目前*的節(jié)能工藝。TEXACO氣化爐具有高溫、高壓、氧化性和還原性氣氛共存、強(qiáng)沖刷、溫度壓力驟變等特殊工況。燃燒室操作溫度為1350-1500℃，操作壓力2.5-8.7 MPa.焰氣含有CO，H2，CO2，H2O，CH4，Ar，N2及H2S等組分；煤灰熔點(diǎn)為1310-1370℃。燃燒室殼體與內(nèi)襯耐火磚因受熱膨脹系數(shù)不同，易發(fā)生相互剪切。最關(guān)鍵的是氣化爐內(nèi)沖刷磨損極為嚴(yán)重，所以溫度計(jì)的測點(diǎn)必須位于距爐墻內(nèi)壁15-25mm處。但是爐壁在砌制過程中難以保證均勻一致，加之爐內(nèi)沖刷和磨損的存在，爐壁在生產(chǎn)進(jìn)程中會發(fā)生不可避免的逐漸減薄的變化。
②德士古(TEXACO)氣化爐對溫度計(jì)的性能要求
由于上述TEXACO爐的特殊工況，要求測溫傳感器必須能承受達(dá)1600℃的高溫和8.7MPa的高壓；能同時抵抗氧化性和還原性氣的雙重腐蝕；具有可調(diào)整的插入長度和可隨動的結(jié)構(gòu)，當(dāng)內(nèi)襯發(fā)生厚度變化和扭曲剪切時，能進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化。
?、鄣率抗?TEXACO)氣化爐測溫解決方案
針對這些要求，氣化爐熱電偶通過選用特殊的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滿足了氣化爐工況對溫度傳感器的苛刻要求，是一種可調(diào)防振、耐沖刷、抗氧化、多級阻漏的氣化爐專用熱電偶。
首先，氣化爐熱電偶的主體結(jié)構(gòu)采用可調(diào)防振的設(shè)計(jì)理念，當(dāng)氣化爐爐壁襯里厚度發(fā)生變化時，氣化爐熱電偶可通過收縮式螺紋套管在±120mm 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)測量元件始終保持在位置。當(dāng)爐殼和內(nèi)襯發(fā)生剪切時，利用萬向轉(zhuǎn)球可使探頭隨傾斜而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并在限位導(dǎo)向管和校正減振彈簧的作用下，使探頭始終保持在穿墻套管中心的正確位置上，避免了氣化爐熱電偶在爐墻發(fā)生變形時，產(chǎn)生硬力剪切造成折斷。多級阻漏的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在熱電偶套管發(fā)生損壞時，可防止?fàn)t內(nèi)通過套管與外面對流，致使?fàn)t內(nèi)高溫傳導(dǎo)甚至泄漏而發(fā)生的安全隱患，體現(xiàn)安全意識和環(huán)保理念。
其次，熱電偶保護(hù)管材料采用通過無壓燒結(jié)亞微米碳化硅粉末制造的進(jìn)口碳化硅材料，該材料具有陶瓷和金屬的雙重特性，即使在超過1750℃高溫時仍能可靠地使用，其熱導(dǎo)性與不銹鋼相當(dāng)，是氧化鋁的5倍；硬度是僅次于金剛石的高性能材料之一；小于10μm的超細(xì)結(jié)晶，經(jīng)氦氣檢漏測試，氣孔率幾乎為0，可有效阻止H2和CO通過管壁上的氣孔對熱電偶絲造成損壞；超高的硬度和密度，使其具有理想的耐磨損，能長期抵抗物料的沖刷，即使在超高溫度下也能工作于氧化性和還原性氣氛及強(qiáng)酸強(qiáng)堿的腐蝕性環(huán)境中。
2、Shell氣化爐
目前國內(nèi)已引進(jìn)十余套Shell氣化爐，代表現(xiàn)場為河南開祥甲醇工程和云維集團(tuán)合成氨、廣西柳化的煤氣化裝置。
?、贇づ?Shell)氣化爐工況特點(diǎn)
保證殼牌(Shell)氣化爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)的條件：既不能使汽化爐超溫受損，又要盡可能在消耗的氧量情況下，實(shí)現(xiàn)*碳轉(zhuǎn)化, 因此溫度控制至關(guān)重要。而Shell氣化爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了氣化爐的溫度不能直接測定，只能通過間接方法來控制。氣化爐內(nèi)件膜式壁與外殼之間形成一個“環(huán)形空間”，熱的合成氣不能竄入“環(huán)形空間”內(nèi)，造成殼體超溫。通過測量“環(huán)形空間”水冷壁的溫度來推算爐內(nèi)溫度，是Shell氣化爐溫度測量的特點(diǎn)。
“環(huán)形空間”溫度為多點(diǎn)采集 ,各測溫點(diǎn)是了解氣化爐是否正常運(yùn)行的關(guān)鍵 ,如有異常, 要立即查找、分析原因 ,并及時處理,否則將會對氣化爐造成重大損壞。
②殼牌(Shell)氣化爐對熱電偶的性能要求
因殼牌(Shell)氣化爐的煤粉是在4MPa，1500℃左右的氣化爐中，與O2和蒸汽進(jìn)行燃燒，且在被送到煤燒嘴處時已是在2MPa的壓力下，因此要求溫度計(jì)需具有不低于2MPa的耐壓能力，并具有在超壓情況下的應(yīng)急措施，且能承受1500℃的高溫；由于 Shell氣化爐是集動、靜設(shè)備于一體，集燃燒 、反應(yīng)、換熱、急冷等工藝于一身的復(fù)合設(shè)備，因此要求所使用的熱電偶必須裝卸方便、更換容易。因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制點(diǎn)多，所以必須采用多點(diǎn)式熱電偶。
③殼牌(Shell)氣化爐測溫解決方案
多點(diǎn)可抽芯阻漏式Shell氣化爐專用熱電偶的設(shè)計(jì)方案解決了現(xiàn)場要求。
a、采用3點(diǎn)式或4點(diǎn)式，不同長度(最長可達(dá)6m)的多點(diǎn)式熱電偶，可一舉測量不同控制點(diǎn)的溫度。
b、根據(jù)現(xiàn)場安裝的特點(diǎn)，采用4in(1in=25.4mm)600號的法蘭安裝部件，此部分與測溫主體為可分離結(jié)構(gòu)，即可先完成法蘭的安裝固定，再進(jìn)行測溫主體與法蘭的配合安裝。此方案可使笨重的法蘭一次性安裝，在日常的維護(hù)中只需更換主體部分即可，方便快捷。與此結(jié)構(gòu)密切結(jié)合的是芯體元件的可獨(dú)立更換性。每支測量元件都是可單獨(dú)拆卸的個體，如果哪一支發(fā)生故障，可單獨(dú)抽出更換，減少了維護(hù)成本和備品備件的數(shù)量及費(fèi)用。
c、因爐內(nèi)介質(zhì)大量存在HCl成分，設(shè)備制造較多使用了Incoloy和Inconel合金，為保持較高的承受高溫與腐蝕能力 ，熱電偶保護(hù)管材料的選用需全部采用Inconel600合金，保持測溫元件、安裝法蘭以及密封卡套等的材料一致性。
d、溫度計(jì)必須具有多級阻漏的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即每一支元件均需具備雙級阻漏裝置，當(dāng)任何一支測溫元件發(fā)生損壞時，因阻漏的存在，“環(huán)形空間”內(nèi)的高溫高壓氣流不會泄漏，同樣保證了安全環(huán)保的現(xiàn)場要求。
3、氣化爐熱電偶安裝須知
?、贇饣癄t停車后，考慮到耐火材料與壓力容器的減壓效應(yīng)和熱脹冷縮問題，氣化爐的泄壓和置換過程是緩慢進(jìn)行的，應(yīng)在爐子壓力基本降到大氣壓且*置換后，趁熔融的爐渣尚未*凝固下來，把氣化爐熱電偶由爐內(nèi)抽出來。若爐渣已凝固，熱電偶陶瓷套管已經(jīng)拔不出來，只能拔出后部的金屬部分，陶瓷套管一般用專用工具打入爐內(nèi)。
?、诎惭b新的氣化爐熱電偶時，將組裝好的氣化爐熱電偶放在專用的支架上，支架放在帶輪的小車上，使氣化爐熱電偶剛好對準(zhǔn)氣化爐熱電偶設(shè)備接管正中。向爐內(nèi)緩慢推進(jìn)氣化爐熱電偶，約每5分鐘10mm，使熱電偶避免遭受熱沖擊。
