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激冷環(huán)是航天爐的核心部件之一，其良好運行是保證航天爐長周期、高效率運行的關鍵。介紹河南晉開化工投資控股集團有限責任公司二分公司2017年5月發(fā)生的一起激冷環(huán)掛渣導致的航天爐外殼撕裂事故，分析激冷環(huán)掛渣的原因，提出預防及應對措施，并對激冷環(huán)2種檢修方式的優(yōu)劣進行對比，以利于保證激冷環(huán)的正常運行。

［關鍵詞］航天爐;激冷環(huán);掛渣事故;原因分析;預防措施;檢修方式

航天爐(HT-L)是一種新型的氣流床氣化爐，運用了眾多的核心技術;其中，激冷環(huán)是航天爐的核心部件之一，其運行狀況的優(yōu)劣直接影響著航天爐的運行周期和效率。自2013年航天爐開車以來，我們在探索延長航天爐的運行周期和保護激冷環(huán)等核心部件方面，以及實際生產(chǎn)中解決各類問題上，已經(jīng)逐步摸索出一些運行維護經(jīng)驗，但依然會有一些意想不到的工況出現(xiàn)，如2017年5月發(fā)生的一起激冷環(huán)掛渣導致的航天爐外殼撕裂事故。以下對激冷環(huán)的構造與作用進行介紹，并就這起事故發(fā)生的原因及預防措施作一分析與總結。

1激冷環(huán)的構造

激冷環(huán)主要由4個DN100的激冷水法蘭入口、激冷水分配室、外環(huán)管(外環(huán)管上均布62個DN6的噴水孔)、內(nèi)環(huán)管和下降管(內(nèi)環(huán)管與下降管之間形成DN8的圓環(huán)，其作用是形成水膜)等組成。激冷水入口管均勻地焊接在激冷水分配室上，激冷水泵送來的灰水通過入口管均勻地進入激冷水分配室。激冷水分配室的作用主要是將激冷水分配到外環(huán)管和內(nèi)環(huán)管內(nèi)。外環(huán)管的作用主要是將激冷水均勻地布向下降管內(nèi)壁，形成穩(wěn)定的水膜，保護下降管。內(nèi)環(huán)管的作用主要是將激冷水噴灑到粗煤氣和灰渣上，起到洗滌冷卻的作用。下降管則是給粗煤氣和渣提供一個環(huán)形通道，保證粗煤氣和渣能夠穩(wěn)定地進入激冷室;下降管與激冷環(huán)焊接的下方均分著4個小孔(DN6)，其作用主要是平衡下降管與上升管兩邊的壓差，保證氣流的平穩(wěn)，同時在緊急停車時防止產(chǎn)生虹吸作用;下降管的底部裝有除泡器，其主要作用是破除粗煤氣中的水泡內(nèi)含有的微小灰粒，避免灰粒進入洗滌塔而堵塞洗滌塔塔板以及惡化灰水水質。

2激冷環(huán)的作用

2.1激冷環(huán)的安裝位置

航天爐主體分為兩部分，上部是燃燒室，下部是激冷室，激冷環(huán)處于燃燒室的底部與激冷室的上部，通過螺栓將激冷環(huán)上端面與燃燒室渣口盤管的底座法蘭下端面連接，激冷環(huán)的下部則通過焊接下降管同激冷室連接，即燃燒室與激冷室就是靠激冷環(huán)和下降管將兩者串聯(lián)起來的。

2.2激冷環(huán)本體的作用

從燃燒室出來的高溫粗合成氣夾帶著液態(tài)灰渣等高溫物質，經(jīng)過激冷環(huán)后變成低溫物質，高溫粗煤氣被激冷水降溫潤濕的同時，液態(tài)渣經(jīng)過與激冷環(huán)換熱后快速降溫，伴隨著粗煤氣一起通過下降管進入激冷室，實現(xiàn)粗合成氣的洗滌、冷卻和增濕，而后粗合成氣經(jīng)上升管送入洗滌塔再次洗滌、飽和后送往變換工段;液態(tài)渣經(jīng)激冷室水浴降溫后形成固態(tài)渣，通過破渣機破碎后進入撈渣池，后送往渣場。

2.3激冷環(huán)冷介質(激冷水)的用途

激冷水(約200℃)的作用主要有兩點:一是洗滌冷卻介質;二是保護激冷環(huán)和下降管，使其免受高溫損壞。一部分激冷水通過激冷環(huán)內(nèi)環(huán)管上的小孔均勻地噴灑到高溫粗合成氣(約1320℃)中，使粗合成氣迅速地增濕降溫而在激冷室內(nèi)形成飽和氣;另一部分激冷水則通過激冷環(huán)的外環(huán)管與下降管之間的圓環(huán)縫隙形成水膜沿下降管內(nèi)壁進入激冷室。激冷環(huán)外環(huán)管上形成的水膜，其作用體現(xiàn)在兩個方面:一方面，高溫的粗合成氣通過輻射和對流將熱量傳給下降管內(nèi)壁的激冷水膜，使水膜內(nèi)部分水汽化而進入粗合成氣流中，粗合成氣溫度急劇降低并增濕，出口氣體中的水汽與激冷水之間達到相平衡;另一方面，水膜內(nèi)的激冷水雖然不斷蒸發(fā)，但只要保證有足夠的激冷水，水膜的溫度和厚度會基本保持不變，且均勻地分布在下降管的內(nèi)壁面，從而保護下降管免受高溫熱應力的損壞。激冷環(huán)的工作環(huán)境非常惡劣，從燃燒室來的高溫粗合成氣夾帶著大量熔融灰渣穿過激冷環(huán)，在很短的距離內(nèi)溫度從1350℃左右降到220℃左右，溫度的急劇變化加上熔渣的沖刷，給激冷環(huán)的使用壽命帶來很大影響;同時，激冷水量不足、堵塞、熱應力、操作等方面的因素均可能導致激冷環(huán)出現(xiàn)各種故障，其中尤以激冷環(huán)掛渣產(chǎn)生的影響大。

3激冷環(huán)掛渣事故簡介

2017年5月，運行中的1臺航天爐外殼突然出現(xiàn)明火，緊急停爐。檢修過程中發(fā)現(xiàn)，激冷環(huán)上、下(即其上部與渣口盤管底座法蘭連接處、下部與下降管焊接處)掛渣嚴重，激冷環(huán)的法蘭面破損嚴重，下降管多處鼓包燒穿，部分支撐板變形燒穿，航天爐外殼焊縫上、下嚴重鼓包，焊縫口撕裂。正常情況下，燃燒室下來的粗煤氣和液態(tài)渣在經(jīng)過激冷環(huán)時通過內(nèi)環(huán)管噴灑的激冷水冷卻后沿下降管進入激冷室，但是如果工況異常，將導致大量液態(tài)渣在渣口和激冷環(huán)處冷卻固化結成渣層，原本粗煤氣沿著激冷環(huán)垂直向下進入下降管，但由于激冷環(huán)上結有不規(guī)則厚度的渣層，導致部分粗煤氣在遇到渣層后改變了流動方向，這部分粗煤氣沒有經(jīng)過激冷環(huán)降溫而是與渣層接觸后折流下降管，與其內(nèi)壁上的水膜接觸，水膜在高溫氣和熱應力的作用下遭到破壞，下降管失去水膜的保護而發(fā)生變形鼓包，終被燒穿，大量粗煤氣又會通過燒穿的下降管走短路，不經(jīng)過激冷室而直接進入上升管，導致出航天爐的粗煤氣溫度升高，航天爐會因粗煤氣溫度高聯(lián)鎖跳車;另外，這部分短路的粗煤氣還會穿過燒穿的下降管直接流向航天爐的支撐板(航天爐內(nèi)有6塊支撐板，環(huán)形分布)，將支撐板燒穿后再次折流航天爐的外壁，導致高溫氣體直接沖擊航天爐的外殼，終在高溫氣的熱應力和沖刷下航天爐外殼多處鼓包處出現(xiàn)撕裂。

4激冷環(huán)掛渣原因分析

4.1渣口盤管泄漏

檢修過程中發(fā)現(xiàn)，渣口盤管有泄漏，而激冷環(huán)緊挨著渣口盤管，渣口盤管在高溫氣沖刷和渣的磨損下發(fā)生泄漏后，部分未被汽化的鍋爐水(約160℃)直接漏到激冷環(huán)上與熔渣接觸，高溫熔渣迅速冷卻固化在激冷環(huán)上形成結渣。

4.2激冷環(huán)水通道堵塞或水量少

激冷環(huán)水通道堵塞、水量少，導致熔渣燒壞激冷環(huán)，渣與激冷水直接接觸，固化在激冷環(huán)上形成結渣。而經(jīng)分析，激冷環(huán)水通道堵塞或水量少的原因如下:①激冷水中含渣量大，堵塞激冷環(huán)流道，導致激冷水量少;②激冷水泵過濾器長時間沒有輪換清理，過濾器堵塞，水流量減小，抑或濾網(wǎng)有破損、濾網(wǎng)孔徑變大，不能有效分離粒度大的渣，從而導致激冷環(huán)流道堵塞;③洗滌塔底部積渣嚴重，水浴空間減小，液位計不能準確指示，導致泵打量不足而產(chǎn)生汽蝕，使激冷水量減少;④下降管水膜遭到破壞，外環(huán)管與下降管間的環(huán)隙在高溫和應力的作用下變形，局部環(huán)隙變小，導致流道變窄，激冷水量減少。

4.3工藝操作方面的因素

(1)氧煤比低，爐溫低，導致渣在流經(jīng)激冷環(huán)時直接冷卻、結渣。(2)工藝氣帶灰?guī)?，大量的灰進入洗滌塔，惡化激冷水水質，進而堵塞激冷環(huán)。

5預防措施

(1)控制適宜的氧煤比，保證爐溫的穩(wěn)定，使渣的流動狀態(tài)平穩(wěn)。(2)優(yōu)化灰水循環(huán)系統(tǒng)操作，保證粗煤氣不帶灰，若水質劣化，加強外排，補充新的脫鹽水。(3)嚴格控制激冷水流量，避免水量波動。(4)觀察與激冷環(huán)有關的重點工藝指標，如渣口壓差、二氧化碳含量、粗煤氣溫度等。

6激冷環(huán)檢修方式的對比

航天爐長時間的運行定會導致激冷環(huán)出現(xiàn)不同程度的損壞，檢修*。目前激冷環(huán)檢修主要有2種方式:一是更換新的激冷環(huán);二是修補及高壓沖洗。更換新的激冷環(huán)，其好處是可保證激冷水分配室以及內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管通道的通暢性，使激冷水的分配更均勻，同時新的激冷環(huán)在材質方面有保證，不于在短時間內(nèi)出現(xiàn)故障，是保證氣化爐長周期運行的有利條件。但是采用此種方式，檢修費用非常昂貴，給企業(yè)帶來較大的負擔;若無備件，激冷環(huán)制作工期長，會造成航天爐長期無備爐。修補及沖洗激冷環(huán)是比較省工的、常用的方法。沖洗激冷環(huán)是將激冷環(huán)的激冷水分配室切割開，使用高壓水槍將激冷環(huán)內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管表面附著的固體物質沖洗掉，以保證激冷水分配室以及內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管通道的通暢;長時間的運行中，粗煤氣和渣對激冷環(huán)的沖刷是不可避免的，激冷環(huán)損傷的部分經(jīng)補焊、打磨后仍可再投用。但是，檢修后的激冷環(huán)在使用過程中會存在一些不確定因素:主要是材質方面會有瑕疵，因為之前在惡劣環(huán)境中工作的激冷環(huán)材質中的部分特殊元素會有損失，使激冷環(huán)在抗磨損、耐高溫等方面有隱患;另外就是高壓沖洗并不能保證將激冷環(huán)的內(nèi)環(huán)管和外環(huán)管的內(nèi)部流道予以*清洗，易在后期運行中出現(xiàn)堵塞等狀況，影響航天爐的運行。其優(yōu)點是檢修時間短，為航天爐在短時間內(nèi)開車提供條件，檢修費用也比更換新的激冷環(huán)低得多。

7結束語

激冷環(huán)作為航天爐的核心部件，在航天爐運行中所起的作用不言而喻。操作中應密切關注爐況的變化，及時調(diào)整工藝指標，以有效地改善爐況，保證激冷環(huán)的正常工作，同時要不斷地摸索、借鑒和積累操作經(jīng)驗，維護好激冷環(huán)的運行環(huán)境，避免激冷環(huán)掛渣等事故的發(fā)生，從而保證航天爐的長周期、高效率運行。

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［關鍵詞］航天爐;激冷環(huán);掛渣事故;原因分析;預防措施;檢修方式

航天爐(HT-L)是一種新型的氣流床氣化爐，運用了眾多的核心技術;其中，激冷環(huán)是航天爐的核心部件之一，其運行狀況的優(yōu)劣直接影響著航天爐的運行周期和效率。自2013年航天爐開車以來，我們在探索延長航天爐的運行周期和保護激冷環(huán)等核心部件方面，以及實際生產(chǎn)中解決各類問題上，已經(jīng)逐步摸索出一些運行維護經(jīng)驗，但依然會有一些意想不到的工況出現(xiàn)，如2017年5月發(fā)生的一起激冷環(huán)掛渣導致的航天爐外殼撕裂事故。以下對激冷環(huán)的構造與作用進行介紹，并就這起事故發(fā)生的原因及預防措施作一分析與總結。

1激冷環(huán)的構造

激冷環(huán)主要由4個DN100的激冷水法蘭入口、激冷水分配室、外環(huán)管(外環(huán)管上均布62個DN6的噴水孔)、內(nèi)環(huán)管和下降管(內(nèi)環(huán)管與下降管之間形成DN8的圓環(huán)，其作用是形成水膜)等組成。激冷水入口管均勻地焊接在激冷水分配室上，激冷水泵送來的灰水通過入口管均勻地進入激冷水分配室。激冷水分配室的作用主要是將激冷水分配到外環(huán)管和內(nèi)環(huán)管內(nèi)。外環(huán)管的作用主要是將激冷水均勻地布向下降管內(nèi)壁，形成穩(wěn)定的水膜，保護下降管。內(nèi)環(huán)管的作用主要是將激冷水噴灑到粗煤氣和灰渣上，起到洗滌冷卻的作用。下降管則是給粗煤氣和渣提供一個環(huán)形通道，保證粗煤氣和渣能夠穩(wěn)定地進入激冷室;下降管與激冷環(huán)焊接的下方均分著4個小孔(DN6)，其作用主要是平衡下降管與上升管兩邊的壓差，保證氣流的平穩(wěn)，同時在緊急停車時防止產(chǎn)生虹吸作用;下降管的底部裝有除泡器，其主要作用是破除粗煤氣中的水泡內(nèi)含有的微小灰粒，避免灰粒進入洗滌塔而堵塞洗滌塔塔板以及惡化灰水水質。

2激冷環(huán)的作用

2.1激冷環(huán)的安裝位置

航天爐主體分為兩部分，上部是燃燒室，下部是激冷室，激冷環(huán)處于燃燒室的底部與激冷室的上部，通過螺栓將激冷環(huán)上端面與燃燒室渣口盤管的底座法蘭下端面連接，激冷環(huán)的下部則通過焊接下降管同激冷室連接，即燃燒室與激冷室就是靠激冷環(huán)和下降管將兩者串聯(lián)起來的。

2.2激冷環(huán)本體的作用

從燃燒室出來的高溫粗合成氣夾帶著液態(tài)灰渣等高溫物質，經(jīng)過激冷環(huán)后變成低溫物質，高溫粗煤氣被激冷水降溫潤濕的同時，液態(tài)渣經(jīng)過與激冷環(huán)換熱后快速降溫，伴隨著粗煤氣一起通過下降管進入激冷室，實現(xiàn)粗合成氣的洗滌、冷卻和增濕，而后粗合成氣經(jīng)上升管送入洗滌塔再次洗滌、飽和后送往變換工段;液態(tài)渣經(jīng)激冷室水浴降溫后形成固態(tài)渣，通過破渣機破碎后進入撈渣池，后送往渣場。

2.3激冷環(huán)冷介質(激冷水)的用途

激冷水(約200℃)的作用主要有兩點:一是洗滌冷卻介質;二是保護激冷環(huán)和下降管，使其免受高溫損壞。一部分激冷水通過激冷環(huán)內(nèi)環(huán)管上的小孔均勻地噴灑到高溫粗合成氣(約1320℃)中，使粗合成氣迅速地增濕降溫而在激冷室內(nèi)形成飽和氣;另一部分激冷水則通過激冷環(huán)的外環(huán)管與下降管之間的圓環(huán)縫隙形成水膜沿下降管內(nèi)壁進入激冷室。激冷環(huán)外環(huán)管上形成的水膜，其作用體現(xiàn)在兩個方面:一方面，高溫的粗合成氣通過輻射和對流將熱量傳給下降管內(nèi)壁的激冷水膜，使水膜內(nèi)部分水汽化而進入粗合成氣流中，粗合成氣溫度急劇降低并增濕，出口氣體中的水汽與激冷水之間達到相平衡;另一方面，水膜內(nèi)的激冷水雖然不斷蒸發(fā)，但只要保證有足夠的激冷水，水膜的溫度和厚度會基本保持不變，且均勻地分布在下降管的內(nèi)壁面，從而保護下降管免受高溫熱應力的損壞。激冷環(huán)的工作環(huán)境非常惡劣，從燃燒室來的高溫粗合成氣夾帶著大量熔融灰渣穿過激冷環(huán)，在很短的距離內(nèi)溫度從1350℃左右降到220℃左右，溫度的急劇變化加上熔渣的沖刷，給激冷環(huán)的使用壽命帶來很大影響;同時，激冷水量不足、堵塞、熱應力、操作等方面的因素均可能導致激冷環(huán)出現(xiàn)各種故障，其中尤以激冷環(huán)掛渣產(chǎn)生的影響大。

3激冷環(huán)掛渣事故簡介

2017年5月，運行中的1臺航天爐外殼突然出現(xiàn)明火，緊急停爐。檢修過程中發(fā)現(xiàn)，激冷環(huán)上、下(即其上部與渣口盤管底座法蘭連接處、下部與下降管焊接處)掛渣嚴重，激冷環(huán)的法蘭面破損嚴重，下降管多處鼓包燒穿，部分支撐板變形燒穿，航天爐外殼焊縫上、下嚴重鼓包，焊縫口撕裂。正常情況下，燃燒室下來的粗煤氣和液態(tài)渣在經(jīng)過激冷環(huán)時通過內(nèi)環(huán)管噴灑的激冷水冷卻后沿下降管進入激冷室，但是如果工況異常，將導致大量液態(tài)渣在渣口和激冷環(huán)處冷卻固化結成渣層，原本粗煤氣沿著激冷環(huán)垂直向下進入下降管，但由于激冷環(huán)上結有不規(guī)則厚度的渣層，導致部分粗煤氣在遇到渣層后改變了流動方向，這部分粗煤氣沒有經(jīng)過激冷環(huán)降溫而是與渣層接觸后折流下降管，與其內(nèi)壁上的水膜接觸，水膜在高溫氣和熱應力的作用下遭到破壞，下降管失去水膜的保護而發(fā)生變形鼓包，終被燒穿，大量粗煤氣又會通過燒穿的下降管走短路，不經(jīng)過激冷室而直接進入上升管，導致出航天爐的粗煤氣溫度升高，航天爐會因粗煤氣溫度高聯(lián)鎖跳車;另外，這部分短路的粗煤氣還會穿過燒穿的下降管直接流向航天爐的支撐板(航天爐內(nèi)有6塊支撐板，環(huán)形分布)，將支撐板燒穿后再次折流航天爐的外壁，導致高溫氣體直接沖擊航天爐的外殼，終在高溫氣的熱應力和沖刷下航天爐外殼多處鼓包處出現(xiàn)撕裂。

4激冷環(huán)掛渣原因分析

4.1渣口盤管泄漏

檢修過程中發(fā)現(xiàn)，渣口盤管有泄漏，而激冷環(huán)緊挨著渣口盤管，渣口盤管在高溫氣沖刷和渣的磨損下發(fā)生泄漏后，部分未被汽化的鍋爐水(約160℃)直接漏到激冷環(huán)上與熔渣接觸，高溫熔渣迅速冷卻固化在激冷環(huán)上形成結渣。

4.2激冷環(huán)水通道堵塞或水量少

激冷環(huán)水通道堵塞、水量少，導致熔渣燒壞激冷環(huán)，渣與激冷水直接接觸，固化在激冷環(huán)上形成結渣。而經(jīng)分析，激冷環(huán)水通道堵塞或水量少的原因如下:①激冷水中含渣量大，堵塞激冷環(huán)流道，導致激冷水量少;②激冷水泵過濾器長時間沒有輪換清理，過濾器堵塞，水流量減小，抑或濾網(wǎng)有破損、濾網(wǎng)孔徑變大，不能有效分離粒度大的渣，從而導致激冷環(huán)流道堵塞;③洗滌塔底部積渣嚴重，水浴空間減小，液位計不能準確指示，導致泵打量不足而產(chǎn)生汽蝕，使激冷水量減少;④下降管水膜遭到破壞，外環(huán)管與下降管間的環(huán)隙在高溫和應力的作用下變形，局部環(huán)隙變小，導致流道變窄，激冷水量減少。

4.3工藝操作方面的因素

(1)氧煤比低，爐溫低，導致渣在流經(jīng)激冷環(huán)時直接冷卻、結渣。(2)工藝氣帶灰?guī)?，大量的灰進入洗滌塔，惡化激冷水水質，進而堵塞激冷環(huán)。

5預防措施

(1)控制適宜的氧煤比，保證爐溫的穩(wěn)定，使渣的流動狀態(tài)平穩(wěn)。(2)優(yōu)化灰水循環(huán)系統(tǒng)操作，保證粗煤氣不帶灰，若水質劣化，加強外排，補充新的脫鹽水。(3)嚴格控制激冷水流量，避免水量波動。(4)觀察與激冷環(huán)有關的重點工藝指標，如渣口壓差、二氧化碳含量、粗煤氣溫度等。

6激冷環(huán)檢修方式的對比

航天爐長時間的運行定會導致激冷環(huán)出現(xiàn)不同程度的損壞，檢修*。目前激冷環(huán)檢修主要有2種方式:一是更換新的激冷環(huán);二是修補及高壓沖洗。更換新的激冷環(huán)，其好處是可保證激冷水分配室以及內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管通道的通暢性，使激冷水的分配更均勻，同時新的激冷環(huán)在材質方面有保證，不于在短時間內(nèi)出現(xiàn)故障，是保證氣化爐長周期運行的有利條件。但是采用此種方式，檢修費用非常昂貴，給企業(yè)帶來較大的負擔;若無備件，激冷環(huán)制作工期長，會造成航天爐長期無備爐。修補及沖洗激冷環(huán)是比較省工的、常用的方法。沖洗激冷環(huán)是將激冷環(huán)的激冷水分配室切割開，使用高壓水槍將激冷環(huán)內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管表面附著的固體物質沖洗掉，以保證激冷水分配室以及內(nèi)環(huán)管、外環(huán)管通道的通暢;長時間的運行中，粗煤氣和渣對激冷環(huán)的沖刷是不可避免的，激冷環(huán)損傷的部分經(jīng)補焊、打磨后仍可再投用。但是，檢修后的激冷環(huán)在使用過程中會存在一些不確定因素:主要是材質方面會有瑕疵，因為之前在惡劣環(huán)境中工作的激冷環(huán)材質中的部分特殊元素會有損失，使激冷環(huán)在抗磨損、耐高溫等方面有隱患;另外就是高壓沖洗并不能保證將激冷環(huán)的內(nèi)環(huán)管和外環(huán)管的內(nèi)部流道予以*清洗，易在后期運行中出現(xiàn)堵塞等狀況，影響航天爐的運行。其優(yōu)點是檢修時間短，為航天爐在短時間內(nèi)開車提供條件，檢修費用也比更換新的激冷環(huán)低得多。

7結束語

激冷環(huán)作為航天爐的核心部件，在航天爐運行中所起的作用不言而喻。操作中應密切關注爐況的變化，及時調(diào)整工藝指標，以有效地改善爐況，保證激冷環(huán)的正常工作，同時要不斷地摸索、借鑒和積累操作經(jīng)驗，維護好激冷環(huán)的運行環(huán)境，避免激冷環(huán)掛渣等事故的發(fā)生，從而保證航天爐的長周期、高效率運行。