煤气发生炉水夹套鼓包原因分析与应对措施_赖鑫伟.pdf
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1、 化学工程与装备 2023 年 第 7 期 158 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 7 月 煤气发生炉水夹套鼓包原因分析与应对措施 煤气发生炉水夹套鼓包原因分析与应对措施 赖鑫伟(福建省锅炉压力容器检验研究院漳州分院,福建 漳州 363000)摘 要:摘 要:煤气发生炉作为工厂产生水煤气的重要设备,其地位在建材、陶瓷、化工、机械等行业有着举足轻重的作用。然而煤气发生炉水夹套经常发生鼓包变形,严重威胁到生产及人身安全。只有找出鼓包原因并给出相对应解决措施,才能保证煤气发生炉长期安全运行。关键词:关键词:煤气发生炉;鼓包;应对措施;水垢 引 言 引 言
2、煤气发生炉是一种以煤或焦炭为原料,以空气和水蒸汽为汽化剂,在固定床内进行氧化、还原反应产生混合煤气的专用设备。煤气发生炉广泛应用于建材、化工、机械、冶金等行业。特别是近十年随着房地产的高速发展,建材行业也跟着兴起,煤气发生炉在陶瓷行业的应用,降低成本效果是非常显著的。然而,笔者在对特种设备进行检验时,发现煤气发生炉水夹套鼓包变形的发生率远高于其他种类压力容器。TSG21-2016固定式压力容器安全技术监察规程规定,压力容器使用过程中产生的鼓包,应当查明原因,判断其稳定状况,如果能查清鼓包的起因并且确定其不再扩展,不影响压力容器安全使用的,可以定为 3 级;无法查清起因时,或者查明原因但是仍然会
3、继续扩展的,定为 4 级或 5 级1。查明水夹套鼓包原因,并对其进行有效整改才能保障煤气发生炉的安全运行。本文将对煤气发生炉水夹套鼓包原因进行详细分析,并给出相应解决对策。1 设备概况 1 设备概况 2018 年 1 月至 2022 年 12 月,在对我市煤气发生炉进行 44 台次的定期检验中,发现 7 台次存在水夹套鼓包变形现象(图 1);2014 年 11 月至 2015 年 2 月攀枝花市 43 台煤气发生炉存在 7 台鼓包变形2;肇庆市 2017 年春节前后排查发现 78 台煤气发生炉中,15 台存在鼓包现象。说明煤气发生炉鼓包变形在全国存在普遍现象。煤气发生炉以煤或焦炭为原料产生水煤
4、气。原料煤从炉顶加入,由上而下移动,与从炉底进入的由蒸汽和空气混合而成的气化剂逆流相遇,此时,受炉底染料层高温气体加热发生氧化还原反应,产生水煤气.在这一反应过程中炉内温度极高,可达到 1200以上,炉内中心温度甚至达到1400左右,此时,水夹套中的冷却水对内筒壁的钢板就起到了至关重要的保护作用6。以夹套中的水为冷却剂来冷却筒壁,水在冷却筒壁的过程中被加热产生水蒸汽并使夹套带压。水 夹套作用类似锅炉加热产生蒸汽过程。然而由于其运行环境较为恶劣,如果操作不当就可能导致水夹套内筒产生鼓包变形,缩短其使用寿命,严重时可导致爆炸事故发生。因此应当分析其发生原因,提出相应的预防措施,延长煤气发生炉的使用
5、寿命,以避免事故发生。图 1 鼓包现象举例 图 1 鼓包现象举例 2 鼓包本质原因 2 鼓包本质原因 水夹套产生鼓包位置均在内筒,其产生鼓包变形的本质原因是内筒在外压作用下发生了塑性变形,微观表现未蠕动损失,宏观表现为鼓包。水夹套虽然作为容器,但其作用与锅炉锅筒相似:其本体在受到热辐射后,产生压力与蒸汽的过程。因此产生鼓包的原因也与锅炉鼓包相似。水夹套作为容器,适用于 TSG21-2016固定式压力容器安全技术监察规程。相较于 TSG11-2020锅炉安全技术规程,其检验项目较少,检验周期一般较长,对人员管理要求较不严格,这就容易导致鼓包等缺陷产生。3 鼓包原因及处理对策 3 鼓包原因及处理对
6、策 3.1 水垢 3.1.1 水垢导致鼓包原理 结合检验分析,多数产生鼓包的煤气发生炉,其夹套内均存在不同厚度的水垢(见图 2)。DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.07.052 赖鑫伟:煤气发生炉水夹套鼓包原因分析与应对措施 159 图 2 夹套水侧水垢 图 2 夹套水侧水垢 水垢的热传导系数为钢板的 1/1001/103,大量结垢会导致内筒受到的热辐射无法快速传递至水侧,这样便无法令内筒钢板得到可靠冷却。由金属受热面温差公式:t=q/4 式中:t-因水垢而产生的温差()-水垢厚度(m)q-热负荷w/-水垢的传热系数w/(m)可知金属受热面温差与水垢厚度成正比,夹套内水
7、垢越厚,传热性就越差。水夹套常见使用 Q245R 或 Q345R 作为钢板材料,其允许使用壁温4305,而炉内温度可达1400,传导至内筒也有 1200。一旦水垢过厚就极易造成钢板无法进行及时传热冷却,钢板长时间超过允许使用温度,从而使钢板金属强度下降,无法承受正常使用的工作外压,而发生变形,形成鼓包。3.1.2 出现水垢原因(1)未按照 GB/T1576-2008工业锅炉水质的规定进行水质处理及化验;(2)未按照 TSGZ6001-2019特种设备作业人员考核规则规定配备水处理作业人员处理水质;(3)未按照 TSG11-2020锅炉安全技术规程规定由检验机构定期对煤气发生炉水质进行检测;(4
8、)未进行定期排污、排污量不够或排污操作不当(如未在带压情况下排出渣垢);(5)排污口位置设置不利于正常排污操作致使排污次数减少,排污管弯头设置过多导致渣垢无法顺利排出。3.1.3 发生位置 常见于内筒下部且受热辐射较强位置。由于重力沉淀作用,在内筒下部堆积水垢较多,因此此处较易产生鼓包。3.1.4 处理对策:(1)水质应符当符合 GB/T1576-2008工业锅炉水质的规定1:配备并合理使用水处理设备或进行加药处理,并按规定频次进行化验合格后投用;(2)按照 TSGZ6001-2019特种设备作业人员考核规则 规定配备水处理作业人员处理水质;(3)定期将炉水送由检验机构进行检测合格后投用;(4
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