德士古水煤浆气化炉容器外壳材质.pdf

6 2 化工设备设计 1 9 9 7年 第 3 4 卷 6 L 德士古水煤浆气化炉容器外壳材质 化工部第三设计院 舍肥2 3 0 0 2 4 下 p 摘要 拳主在田内现有的覆正在建设的德士古水埭暮气化炉的基础上 对水蝶暮气化炉客嚣外壳材质的选择进行简要的分析 关 t 词查 兰 苎 苎 芏 竺 反 t惠 冷 t 村 竹 1 简介 德士古水煤浆气化 I 艺是一种先进的煤气化 工艺 该工艺的主导思想就是将煤粉碎后 制成 粘度适中 流动性 良好水煤浆原料 然后将水煤 浆和氧气按一定比例从气化炉项部通过工艺烧嘴 注入气化炉反应室 水煤浆与氧气在高温 高压 下进行反应 不完全燃烧 制取 c o H含量较高 的高温煤气 高温煤气经急冷环进入急冷宝 在 急冷室中急冷后的煤气送后续 亡 段处理 所产的 煤气可作为合成氨气的原料气 也可用于其它用 途 该工艺由于采用了水煤浆流体原料 便于实 现量控 因而能够稳定 可靠 经济地制取高品 质煤气 实践证明 该技术是一种可用于商业化 生产的先进技术 作为德士古水煤浆气化装置的核心设备 德 士古水煤浆气化炉的操作工况非常恶劣 因此气 化炉容器外壳韵选材十分重要 本文在借鉴鲁南 化肥厂 上海焦化总厂 渭河化肥厂以及淮南化 工总厂德士古水煤浆气化炉炉体选材经验的基础 上 进行探讨 2 水煤浆气化炉的操作 设计条件 水煤浆气化炉的炉体结构如图 1所示 反应 室中温度可高达 1 4 0 0 室内衬有隔热材料和铬 铝锆耐火砖 村里分为拱顶 简体和下锥三段 三段分别支撑 以便于更换 经衬里绝热后 反应 室外壳的最高操作温度为 4 0 0 外壳的温度由 分布在壳体外表面上的表面热 电偶和装置的 D C S 系统来控制 以避免外壳超温运行 因此 德士 古公司将反应室外壳的设计温度定为 4 2 5 并 指定气化炉的设计标准按 A S ME S E C V i 1 图 1 气化炉的急冷室中盛有一定量的水 高温煤 气和炉渣经急冷环和浸液管在水中急冷 炉渣沉 于水中 其中的可溶盐份以及高温煤气中的可溶 气体 如 H S s 等 溶于水中 因此 急冷 室中的水和含水煤气均具有一定的腐蚀性 为确 保气化炉长期 安全 稳定地运行 急冷室壳体 选材时应充分地考虑到煤种变化时可能出现的最 恶劣的腐蚀工况 维普资讯 第 5期 6 3 3 气化炉容器外壳的材质 3 1反应室壳体 鉴于反应室外壳的操作 设计条件 壳体材 料在设计温度下强度不应有显著的下降 同时还 应具有良好的抗氢腐蚀性能 奥氏体不锈钢具有 较好的抗氢腐蚀性能 但成本太高 而且在设计 温度下的强度与常温相比已有明显的降低 如3 0 4 和 3 1 6 L的下降幅度达 1 9 许用应力从 l 3 0 MP a 降至 l 0 5 MP a 和 2 2 从 I 5 MP a 降至 9 0 MP a 按 AS MES E C I I 最经济适用的容器扳材为铬钼 耐热钢 因为这种材料既具有 良好的抗氢腐蚀性 能 又能在设计温度下保持原有的强度 而且价 格也远低于奥 氏体不锈钢 在各种铬钼钢中 S A 3 8 7 G r l 1 1 c r I M o S i 板材的强度 韧性 q Z 合金含量 焊接性能 热处理要求以及回 火脆性 等理化指标均能得到兼顾 因而确定作为反应室 的主材使用 S A 3 8 7 G r l 板材的拉伸性能见表 1 裹 1 S A 3 B 7 G r a d e 1 1扳材的拉伸性能 项 目 CI t t S S l C I a s S 2 拉伸强度 M P a 4 1 5 5 8 5 5 I 5 6 9 0 最小伺服强度 M 口 日 2 0 3 1 0 2 0 0 ri l l 长的最小瑶伸 率 1 9 1 日 5 O m n l 长 的虽小珏仲 率 2 2 2 2 S A 3 8 7 G r l 1 板材有两种使用状态 退火状态 和正火 回火状态 S A 3 8 7 Gr l I C L I为退火状态 使用的扳材 其许用应力较低 因而钢材耗量较 大 但焊后热处理 P H WT 工艺较为简单 过 去 在焊后热处理工艺 设备尚未成熟的情况下 国外曾采用退火状态的l C r I M o S i 扳材作为 Z 气化炉容器外壳的主材 S A 3 8 7 G r 1 1 C L 2为正火 回火状态使用的板 材 在 0 4 2 5 范围内 它的许用应力值为 1 3 0 MP a 由于许用应力值较高 采 用 S A 3 8 7 G r 1 C L 2时比采用 S A 3 8 7 G r 1 I C L I能节省约 2 0 w t的板材 正火 回火状态使用的1 C r Mo S i板材必须有严格的焊接工艺规程 焊后 Z 热处理工艺和完备的热处理设备来保证 以确保 容器制成后材料及焊缝的机械性能 目前 国内正在运行的鲁南化肥厂 上海焦 化总厂及渭河化肥厂等三个德士古水煤浆气化装 置以及正在建设中的淮南化工总厂的德士古水煤 浆气化装置中的气化炉金属主材均采用 S A 3 8 7 G r 1 I C L 2 国内有能力且有业绩的两个制造厂为 哈尔滨锅炉总厂和大连金州重型机器厂 3 2急冷室壳休 按照尽可能地避免异种钢焊接的设计思想 合理地降低气化炉的造价 气化炉急冷室壳体基 材也采用S A 3 8 7 Gr l C L 2 为避免水煤气中 S S O 等酸性气体的腐蚀以及渣水的腐蚀 在基材 与介质之间应具有耐腐蚀隔离层 国内已投产运 行 的各装置 的气化 炉 急冷宝均 采用 了 S A 3 8 7 Gr 1 I CL 2 3 0 4 L 堆焊 S A3 8 7 Gr I CL 2 3 0 4 L 或 3 1 6 L 整体复合扳等方式 由化工部第一设计院设计 大连金州重型机 器厂制造的鲁南化肥厂 上海焦化总厂的气化炉 的急冷室均采用了 S A3 8 7 G r 1 1 C L 2 3 0 4 L堆焊的 结构 而反应室与急冷室间的锥盘则采用相应的 不锈钢 由日本宇部兴产株式会社供货 哈尔滨 锅炉总厂制造的渭河化肥厂气化炉的急冷室采用 了 S A 3 8 7 G r 1 I C L 2 3 0 4 L整体复合板结构 而反 应室与急冷室间的锥盘则采用了 S A 3 8 7 G r 1 I C L 2 扳材 其腐蚀裕量取为 9 ra m 前一种结构的造价 昂贵 而后一种结构是否合适尚需经时间证明 在我院设计的淮南化工总厂德士古气化装置 中 在总结了以上各装置的经验的基础上 根据 本装置的煤种煤质等实际情况 对气化反应的机 维普资讯 6 4 化工设各设计 9 9 7年 第 3 4 卷 理及燃烧计算 物料平衡计算的结果进行分析 测算出水煤气中H S 和 S O 的分压以及渣水的P H 值和各种酸 盐的浓度 从而确定隔离层材质为 3 1 6 L 通过技术经济分析和成本比较 最终确定 气化炉急冷室壳体的材质为 S A3 8 7 Gr 1 1 C L 2 3 1 6 L整体 复合板 3 3整体接管锻件 t 与气化炉 壳体主 材 S A3 8 7 Fl 1 CL 2相对应 的 S A I 8 2 F 1 1 1 c r M 0 S i 锻件在最新版本 9 5 Z 版 的 A S ME S E C I I中有三 种使 用状 态 S AI 8 2 F 1 I C LI和 S Al 8 2 F l 1 C L 2 为 退火 状 态 S AI 8 2 F 1 I C L 3为正火 回火状态 各级别锻件的机械性能见表 2 表 2 s 8 2 F 1 1锻 件 的机 械 性 能 项 目 C I a s S l C l a S S 2 C l a s S 3 最小拉伸 强度 M P a 4 l 5 4 8 5 5 1 最小伺 服强度 M P a 2 0 5 2 7 j 3 1 O 5 0 m 长 的最 小延伸辜 2 0 O 2 0 O 2 0 O 最 小断面收缩 率 t 4 3 O O 布氏硬度指数 1 2 1 l 7 4 1 4 3 2 0 7 1 6 2 0 7 根 据 AS ME S E C I I D 压 力容器 用途 的 S AI 8 2 F l 1 锻 件 仅 列 出S Al 8 2 F1 l CLI 和 S Al 8 2 Fl CL 2 因此 尽管气化炉炉体制成后 接管锻件需 与主材一道进行捍后热处理 但接管锻件在 0 4 2 5 范围 内的许用应力值仍应按 l 7 5 k s i 即 1 2 0 MP a 接管锻件与壳体主材许用应力值的差异在 气化炉设计中应予以充分考虑 相信随着材料科 学的发展 在不远的将来 S Al 8 2 F 1 I C L 3 将成功 地应用在 气化 炉上 在 国内 己投入运行 的三套水煤浆气化装置 的 气化炉上 由化工部第 一设计 院设计 的气化炉 的 接管法兰采用不锈钢整体锻件 而渭河化肥厂和 拟建 的淮 南化工 总厂 的气化炉 的急冷室接 管法兰 则采 用 S AI 8 2 F l I C L 2 内壁堆焊不锈钢 我院在 气化炉炉体选材过程中 综合地考虑了加工 焊 接 热处理及造价等因素 气化炉接管法兰采用 S AI g 2 FI I C L 2 整体锻 件 急冷 室 公称直径 大 于 5 0 ram的接管内壁堆焊 3 l 6 L 公称直径小于等于 5 0 ram的接管管内衬焊 3 l 6 L衬管 急冷室法兰的 密封 面上均堆焊 3 1 6 L 4 综 述 综上所述 在德士古气化炉容器外壳的材质 问题上反 映出不 同设计者 的不 同设计思想 由日 本宇部兴产株 式会 社供货 的渭河化 肥厂 的气化炉 急冷室采用了整体复合板结构 接管法兰采用了 与壳体主材材质相当的锻件 避免了壳体主材的 异种钢焊接 相对而言 无论在材料用量还是在造价方面 渭河化肥 厂的气化炉都 比其它两厂的气化炉低得 多 但是