水煤浆气化炉高温热电偶安全稳定运行的研究及应用

水煤浆气化炉高温热电偶安全稳定运行的研究及应用

畅卫兴  李静恒

（陕西长青能源化工有限公司，陕西宝鸡 721400）

摘要：本文介绍了高温热电偶在水煤浆气化炉运行中的应用，介绍了高温热电偶的结构特点、工作原理、安装要点。热电偶是化工生产中较常用的一种测温元件，用来测量反应器、管道、设备运行时的温度，反应生产过程中是否安全、高效，是化工生产过程中的重要指标。水煤浆气化炉是以高浓度的水煤浆和高纯度的氧气为原材料的一种高温高压反应设备，其正常运行时炉膛温度高达1300℃左右，温度较高，工况较苛刻。气化装置作为化工企业核心装置，气化炉是化工生产中的重要设备，其运行工况的好坏直接影响企业安全生产和经济效益、而气化炉温度又是很重要的指标，其安全、高效、准确的监测控制，决定了气化炉能否安全稳定运行。

关键词：气化炉、高温热电偶、耐磨复合陶瓷管

1.引言：

水煤浆气化炉是以高浓度的水煤浆和高纯度的氧气为原材料的一种高温高压反应设备，其正常运行时炉膛温度高达1300℃左右，温度较高，工况较苛刻。气化装置作为化工企业龙头装置，气化炉是化工生产中的核心设备，其运行工况的好坏直接影响企业安全生产和经济效益、而气化炉温度又是很重要的指标，其安全、高效、准确的监测控制，决定了气化炉能否安全稳定运行。但从气化炉运行工况来看，高温热电偶故障率较高，频繁出现投料后时间不久显示不准，运行中炉温波动，以及停车后发现热偶损坏等问题。温度是气化炉正常运行中极为重要的工艺指标，是监控反应气化炉运行工况的好坏，对气化炉安全运行和控制原材料成本及企业经济效益有很大的影响。因而对高温热电偶的技术研究有重要的意义。

2.研究现状：

2.1目前我公司有三台德士古水煤浆气化炉，正常工况温度1300℃，工作压力：6.2Mpa，每台气化炉正常运行中安装有一支高温热电偶，原设计有四只热电偶，后来由于热电偶运行不理想，将三支热偶孔封堵，只安装一支热电偶监测炉温变化，但在实际运行中往往由于热偶容易受气化炉内高温介质冲刷损坏，影响炉温测量，从而影响气化炉安全运行系统。

2.2气化炉的温度对气化运行主要有以下三方面的影响。气化炉炉膛内的温度直接影响气化炉内的燃烧反应是否能充分进行。当炉膛温度没有达到理想条件时，燃烧不充分，影响气化运行及产气率，对公司经营效益带来较大影响。气化炉炉膛温度对气化炉内耐火砖使用寿命也有较大的影响。水煤浆气化工艺进料为液态水煤浆（浓度63.5%），排渣也为液态排渣。当炉内温度控制在合适的温度时，气化炉内耐火砖的表面会形成一层煤渣，能够有效减缓水煤浆以及合成气对耐火砖表面的冲刷，对耐火砖起到很好的保护作用。当炉内温度过高时，煤渣层变薄，进而会对耐火砖使用寿命造成影响。炉膛温度控制的高低直接影响气化炉安全稳定长周期运行。同时也影响炉渣能否顺利排出。原料煤粘温特性也不同，不同的粘温特性对气化炉的操作温度要求也不同。控制合适的炉膛温度也决定了原料煤能否处于粘温特性的最佳温度，进而保障气化炉液态排渣顺畅进行。

3.高温热电偶安装注意要点

3.1目前高温热电偶通常是由进口碳化硅套管、刚玉管、双孔绝缘瓷管、K型热偶丝、以及接线盒等部件组成的精密仪器。用于工业中温度监测，在气化炉运行时高温热电偶容易损坏，影响气化炉炉温监控。同时部分高温热电偶密封组件本身材质问题，安装时不小心容易挤碎密封组件进而导致密封泄漏，给气化炉安全稳定运行造成重大安全隐患。为了避免发生以上问题，为防止高温热电偶发生氢脆以及热震而造成损坏，影响气化炉炉温正常监控，对高温热电偶技术要点进行归纳总结。

3.2高温热电偶从热偶丝到接线盒之间设计为双重密封装置，双重密封装置采用不同的设计结构，同时密封装置材质也有区别。目的是保护热电偶不被损坏，提高使用安全性和可靠性。在安装时热偶插入偶孔与炉膛内壁平齐后，再缩回2cm为最佳安装位置，当遇到障碍物时应立即停止插入，禁止强行插入，以免损坏陶瓷保护管，安装前要多次测量插入深度，以便确定合适的安装长度。同时采取双重密封装置的高温热电偶，能够解决因密封组件的本身质量问题和避免操作维护人员的技能水平问题从而导致的密封泄漏。大大提高了热电偶使用安全性和稳定性。

4.高温热电偶技术改造

4.1高温热电偶外保护套管材质改进。 采用机械强度较高、热震性较稳定以及密封性较好的耐磨复合陶瓷保护套管， 这种热电偶质地紧密，孔隙率很小，耐高温性能极高，同时硬度和熔点较高，能够很好的保护高温热电偶长期工作在高温工况下不被损坏。这种耐磨复合陶瓷管提高了气化炉炉温测量精确度和稳定性，大幅提高了使用寿命。该新型耐磨陶瓷复合材料，在工业煤气化炉测温领域得到广泛应用。

4.2 性能可靠的的金属陶瓷粘接技术，大大减小了金属与陶瓷之间热膨胀系数。由于热电偶金属和陶瓷在高温下的膨胀系数相差较大，在常温下两者在密封胶的粘接下相对稳定不会开裂，但在高温环境下因膨胀系数的差异而产生不同的膨胀量，两者的粘接处会出现裂缝开裂。炉内腐蚀性气体会从裂缝处进入热偶内部，导致热偶丝损坏，降低热电偶的使用寿命。性能可靠的的金属陶瓷粘接技术能够使得金属与陶瓷之间热膨胀系数逐渐过渡，在高温下不容易开裂。提高了热电偶适应温度和压力急骤变化的能力，能够避免因密封失效问题而造成的电偶使用寿命短、稳定性差、测量误差大等问题。

4.3 设计高温热电偶专用堵漏器。气化炉投料完升压过程中，高温热电偶密封容易失效就会造成高温气体泄漏，造成安全生产事故，导致气化炉被迫停车。为提高热电偶使用安全性，发生泄漏事故，现考虑设计一堵漏器，当热偶出现泄漏时，拆掉热偶接线盒将堵漏器拧入即可阻断高温高压气体流，防止外泄露，避免停车事故发生，保障装置安全生产。

4.4 高温热电偶安装方式的改变。煤气化装置每台气化炉原设计安装4支高温热电偶，通过改变安装方式，下部两支高温热电偶插入时因缓慢，每插入20cm应暂停2分钟，进行充分预热，插入到炉膛内与内壁齐平缩回2cm即可，高温热电偶偶孔经过一个周期的运行可能出现挂渣或者冲刷形成喇叭口。这种情况下就需要清理干净安装口，否则对炉温测量产生较大影响。另外上部两支高温热电偶插入深度在炉壁内用热面砖封堵，与炉膛隔离，高温热电偶测量热面砖温度，通过热面砖温度来间接反映气化炉炉膛内温度。这两支热电偶与炉膛隔离，不与炉内高温介质直接接触，可以有效避免冲刷，工作环境相对较好，稳定性较好，因而可以有效延长这两支高温热电偶的使用寿命，在每次倒炉时只需更换下部插入到炉膛内壁的两支热电偶，上部测量热面砖温度的两支热电偶正常情况不需要更换。

5.行业应用

   本文对水煤浆气化炉高温热电偶的研究、安装注意要点及技术改造，延长了热电偶使用寿命，提高了气化炉温度测量可靠性和稳定性。在德士古水煤浆气化工艺行业内有着较为广泛的应用，同时在其他工业测温领域也有较为广泛的应用。

参考文献：

[1]《热电偶在水煤浆气化炉中的应用》.陕西榆林，宿健；

[2]《自动检测技术及仪表控制系统第二版》，张毅，化学工业出版社.2011.09.

作者简介：

1.畅卫兴（1990-），男，陕西乾县人，汉族，助理工程师，本科，Tel：15667430927，E-mail：1136013584@qq.com。

2.李静恒（1994-），女，陕西麟游人，汉族，助理工程师，本科，Tel：18392638706，E-mail：1098699530@qq.com