某化肥廠德士古水煤漿加壓氣化裝置氣化爐托磚板法蘭損毀事故案例分析

　　1. 托磚板損毀前后經(jīng)過

　　05年10月23日夜班5：00，某化肥廠德士古水煤漿加壓氣化裝置氣化爐C托磚板溫度TI0722C從257℃持續(xù)上漲，氣化崗位中控主操作陳某馬上向氣化崗位負(fù)責(zé)人及大氮肥車間領(lǐng)導(dǎo)匯報，同時通知電儀車間有關(guān)人員進(jìn)行確認(rèn)，大氮肥車間領(lǐng)導(dǎo)馬上要求進(jìn)行確認(rèn)處理，氣化崗位負(fù)責(zé)人馬上趕到現(xiàn)場進(jìn)行處理，5：48分時溫度上漲至709℃，后又回落至245℃，儀表人員認(rèn)為是溫度表失靈。白班接班后8：15，TI0722C又急劇上漲，氣化中控主操作馬上向車間匯報，同時通知儀表人員校表，8：15另一溫度點(diǎn)TI0723C也開始上漲，車間領(lǐng)導(dǎo)趕到中控進(jìn)行指導(dǎo)處理，8：34另外兩個溫度點(diǎn)也開始上漲，氣化爐進(jìn)行減負(fù)荷處理，8：45后，托磚板溫度分別上漲至TI0720C：298℃、TI0721C：256℃、TI0722C：1212℃、TI0723C：500℃。在進(jìn)行氣化爐減負(fù)荷處理過程中，8：59因工藝氣出口溫度TIA0709C高氣化爐C聯(lián)鎖跳車。

　　2. 檢查情況

　?、?裙板與托磚板、激冷室內(nèi)壁之間積滿了灰渣;裙板與托磚板之間形成的空間內(nèi)從圓周上看有2/3嚴(yán)重集灰渣，灰渣呈細(xì)絲狀

　　② 錐底磚渣口被沖刷至Φ680-700，錐底磚內(nèi)表面有多道縱向溝槽，溝槽寬、深10-20mm;HF-03與HF-02磚之間局部有大的縫隙，寬約10mm

　?、?托磚板法蘭沒有掛渣;筒體磚表面光滑，基本無掛渣;渣口有輕微掛渣

　?、?托磚板法蘭內(nèi)孔比較均勻地?fù)p毀為Φ930;南部方向約1/3圓周上托磚板法蘭下表面被燒穿：靠外被燒掉5-20mm，靠里被燒掉30-60mm

　?、?激冷環(huán)上表面及激冷環(huán)半環(huán)管沒有被沖刷的痕跡

　?、?下降筒堵渣，在激冷環(huán)100mm以下、高度約有3400mm的下降筒堵了

　　4. 原因分析

　　我們認(rèn)為，此次氣化爐C托磚板法蘭的損毀應(yīng)該按兩個過程來分析，一是托磚板法蘭內(nèi)孔由Φ780比較均勻地?fù)p毀至Φ930，這個過程應(yīng)該是一個比較緩慢的過程;二是托磚板法蘭約1/3圓周燒穿，這個過程進(jìn)行得應(yīng)該很快，一旦在某個薄弱的部位燒穿，會迅速擴(kuò)展。

　?、逋写u板法蘭內(nèi)孔均勻損毀

　　1. 高溫腐蝕

　　在氣化爐燃燒室生成的粗煤氣中除含有CO、H2、CO2和H2O等主要成分外，另外還含有H2S、SO2等微量成分，進(jìn)入激冷室前溫度1000℃以上，壓力5.8~6.0MPa。托磚板法蘭材料在高溫氧化性介質(zhì)(C02、H20等)中受熱時，會造成氧化腐蝕。而高溫下金屬與H2S、SO2接觸，則會造成硫化腐蝕。在高溫、高壓下，粗煤氣中的氫會侵入托磚板法蘭材料中與鐵的不穩(wěn)定碳化物Fe3C反應(yīng)生成CH4，使鋼基體平均含碳量降低，造成表面脫碳。

　　2. 高溫沖蝕

　　高溫、高速的粗煤氣攜帶著熔融態(tài)爐渣出錐底磚渣口后，在托磚板法蘭內(nèi)徑處產(chǎn)生湍流，對托磚板法蘭會產(chǎn)生沖刷、剪切作用，作用的結(jié)果是在托磚板法蘭內(nèi)孔處材料表層轉(zhuǎn)化為表面變形能，從而造成托磚板法蘭材料的沖蝕、剝離。就托磚板法蘭損毀前的氣化爐實(shí)際操作壓力和生產(chǎn)負(fù)荷來說，出渣口介質(zhì)的流速應(yīng)該比設(shè)計值要高，從而對托磚板法蘭造成的沖蝕、剝離作用要厲害。下降筒堵渣后，因阻力變大，也會加劇介質(zhì)在托磚板法蘭處的湍流。

　　3. 托磚板材料問題

　　托磚板法蘭原用材料為日本進(jìn)口的SA387Gr11CL2板材，因采購原因，7月份檢修時換成了與其相當(dāng)?shù)腻懺觳牧蟂A182F11，該法蘭用鋼錠由上海大隆鑄造廠生產(chǎn)，由上海鎰隆金屬材料有限公司鍛造出毛坯，由哈爾濱巨友動力設(shè)備有限公司加工成形。但根據(jù)大連金重的張利偉、都吉哲等在《壓力容器》雜志2005年第4期上發(fā)表的論文《水煤漿氣化爐的制造》，其中有如下表1所示SA387Gr11CL2和SA182F11CL2的物理性能對照，可以看出，后者的性能要低于前者。而根據(jù)供貨廠家提供的質(zhì)量證明書，用于制造我廠托磚板法蘭的SA182F11鍛件其(常溫)屈服強(qiáng)度為255MPa，抗拉強(qiáng)度為475MPa，硬度HB160(新件實(shí)測為110、116、143)，其性能比表1數(shù)據(jù)還低。強(qiáng)度、硬度越低，耐沖刷性能越差。供貨廠家提供的鍛件質(zhì)量證明書上沒有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)編號、沒有鍛件級別、沒有熱處理狀態(tài)，單純從質(zhì)量證明書來看，鍛造廠家的質(zhì)量管理不夠規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)，鍛后是否已及時進(jìn)行消氫處理也未可知。國內(nèi)之所以沒有與SA387和SA182材料相對應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，無論是哈鍋還是大連金重在氣化爐制造時均選用相應(yīng)的進(jìn)口材料，就是因?yàn)閲鴥?nèi)在SA387Gr11CL2和SA182F11CL2類似材料生產(chǎn)技術(shù)水平和質(zhì)量保證方面與國外相比還是有一定差距的。

　　4. 錐底磚結(jié)構(gòu)問題與筑爐質(zhì)量

　　在沒有爐磚或爐渣保護(hù)的情況下，托磚板法蘭不管是采用SA387Gr11CL2板材還是SA182F11鍛件，都無法承受1000℃以上粗煤氣的燒蝕，按渭化羅總的說法，這里實(shí)際上是燒熔了。

　　錐底處HF-01～03熱面磚外圓周呈直縫，一旦最上層HF-03出現(xiàn)松動或磚縫內(nèi)灰漿不飽滿，最底層HF-01與托磚板法蘭之間如果局部有縫隙或者如果灰漿處理不好，這里就會形成串氣的通道，從此處磚縫處下來的高溫粗煤氣與在托磚板法蘭內(nèi)孔處呈湍流沖蝕的高溫粗煤氣、高溫爐渣共同作用將Φ780-Φ930之間的法蘭材料給吃掉了。事實(shí)上7月份換托磚板法蘭時，換了全部錐底磚和澆筑料，當(dāng)時砌筑錐底耐火磚和澆筑料時間太短，僅37小時，砌爐特別是對澆筑料養(yǎng)護(hù)不夠，10月份又僅換了HF-03，本次砌爐后新舊磚結(jié)合不好。本次砸錐底時發(fā)現(xiàn)澆筑料有好多縱向裂紋并且很好砸，也說明當(dāng)時砌爐可能是有問題。

　　綜合以上各個可能原因，我們認(rèn)為，如果不是SA182F11本身存在重大質(zhì)量缺陷，用SA182F11 CL2或SA182F11 CL3代用SA387Gr11CL2應(yīng)該沒有問題。在缺少耐火磚或爐渣對托磚板法蘭有效保護(hù)的情況下，高溫粗煤氣、爐渣對法蘭材料的腐蝕、沖蝕甚至燒熔是造成托磚板法蘭內(nèi)孔均勻損毀的主要原因。

　?、嫱写u板法蘭燒穿

　　1. 材料蠕變與熱膨脹

　　托磚板法蘭材料在高溫下蠕變，使得托磚板法蘭與激冷環(huán)上表面之間局部出現(xiàn)縫隙，造成高溫粗煤氣噴出?？赡茉谕写u板法蘭內(nèi)孔沒有擴(kuò)大到Φ930時，蠕變還不至于造成高溫粗煤氣噴出。托磚板法蘭內(nèi)孔沒有損毀時，從徑向上有一個1000℃以上至大約250℃的溫度梯度。隨著托磚板法蘭內(nèi)孔的不斷變大，高溫區(qū)距離激冷環(huán)螺柱越來越近，作為細(xì)長形小截面的螺柱更容易沿軸向受熱膨脹，高溫粗煤氣從受熱膨脹最厲害的某根螺柱處最先噴出并將托磚板法蘭該處的材料燒熔，然后迅速擴(kuò)展。

　　2. 激冷環(huán)墊片

　　激冷環(huán)墊片材料為高鋁纖維紙，高鋁纖維紙材料能夠耐高溫但它本身比較脆弱，激冷環(huán)墊片尺寸又較大，如果做成整體，可能制造、拿放不便，哈鍋在制造時采用了子母口分片式(三片)，靠迷宮密封，在托磚板法蘭內(nèi)孔損毀至Φ930時，子母口已呈不完整的迷宮，高溫粗煤氣可能會從此處噴出。

　　3. 下降筒堵渣

　　下降筒堵渣后，阻力變大，高溫、高壓的粗煤氣也可能對托磚板法蘭和激冷環(huán)的連接產(chǎn)生了一個撕扯作用，并加劇了高溫粗煤氣的噴出。

　　總的來說，托磚板法蘭約1/3圓周燒穿是在法蘭內(nèi)孔不斷擴(kuò)大之后，是以上多方面因素共同作用的結(jié)果。

　　5. 預(yù)防措施與建議

　　1. 改進(jìn)錐底磚及托磚板局部結(jié)構(gòu)

　　1) 改造耐火磚HF-01結(jié)構(gòu)尺寸使其呈L形，利用它將托磚板法蘭包起來隱蔽在里面不使其外露，一方面，可以在一段時間內(nèi)保護(hù)法蘭不與高溫粗煤氣接觸，不被高溫粗煤氣和爐渣沖蝕;另一方面，避免或減少粗煤氣中相應(yīng)成分與托磚板法蘭材料反應(yīng)的可能。此項(xiàng)改造，爐磚已準(zhǔn)備好，這次C爐檢修擬用上。

　　2) 是否可以探討改造托磚板法蘭結(jié)構(gòu)，將其改為水夾套結(jié)構(gòu)。

　　2. 嚴(yán)格檢修控制

　　1) 嚴(yán)格按