張永明

(中石化第五建設有限公司，廣東 廣州 510145)

某煤化工公司采用的是美國GE公司的水煤漿加壓氣化爐(結構形式見圖1)，共7臺。水煤漿氣化爐是高溫(1 350 ℃以上)、高壓(6.5 MPa)的反應設備，爐體燃燒室殼內徑φ3 200 mm，內襯耐火材料，襯里結構見圖2。爐膛完成襯里后，中段為豎向直筒，頂部為球形拱頂，下部渣口為收縮的錐形結構，即錐底。豎向直筒砌筑完成后的直徑為φ2 134 mm，高度8 317.5 mm，從向火面向里依次為熱面磚、背襯磚、隔熱磚和可壓縮層(膨脹材料)。球形拱頂和錐底的襯里結構從向火面向里依次為熱面磚、背襯澆筑層和可壓縮層。在氣化爐運行時，蝕損最嚴重的部位是直接接觸高溫高壓介質的熱面磚。

圖1 氣化爐總體結構

圖2 氣化爐筑爐模型

氣化爐工作過程中，其高溫、高壓反應主要是在耐火材料砌筑的燃燒室內進行，耐火砌筑層既要經受高溫、高壓、潮濕等環(huán)境，還要承受低粘度、高流速、具有一定還原性的工藝介質的沖刷，部分區(qū)域直接與火焰接觸容易引起過燒【1】，氣化爐耐火磚會出現不同程度的塊狀剝落、燒蝕損壞、沖蝕損壞和機械損壞等。因燒嘴不定期更換等引起氣化爐的停車、開車則會使耐火澆筑料不定期承受冷熱交替載荷，若澆筑料的膨脹縫施工不均，可引起澆筑料的擠壓開裂或脫落等，因此氣化爐筑爐施工質量控制對于氣化爐的“安”、“穩(wěn)”、“長”、“優(yōu)”運行起著至關重要的作用。

1 筑爐質量控制要點

氣化爐筑爐質量主要由三個關鍵因素決定，即氣化爐設備制造、安裝質量，滿足工況要求的筑爐材料和科學的施工方法?？刂坪眠@三個關鍵的因素，氣化爐筑爐施工質量就能得到很好的保證。

2 筑爐料選擇和驗收

2.1 筑爐料的選擇

正確選擇使用性能優(yōu)良的筑爐料是保證筑爐質量的基礎。氣化爐筑爐用耐火材料要有好的抗熔渣侵蝕性和滲透性、較高的熱態(tài)強度和較好的高溫體積穩(wěn)定性。該裝置氣化爐的筑爐結構及材料性能如下：

1) 熱面磚選用致密鉻鋁鋯異型磚，能很好地保護隔熱層，以防被熔渣侵蝕、熔蝕，氫侵蝕、蒸汽侵蝕及火焰燒損等。

2) 背襯磚選用致密鉻剛玉磚。致密鉻剛玉磚具有較高的強度、熱抗震穩(wěn)定性、耐磨性、耐沖刷性和耐侵蝕性。因致密鉻剛玉磚具有較高的強度，球形拱頂支撐主要靠背襯磚。

3) 隔熱磚選用特種氧化鋁空心球耐火磚。因磚內充滿著大量細小的空心，可有效防止熱傳導，故而具備很好的絕熱性能，可有效減少爐內熱量的損失和降低金屬殼體外壁溫度。

4) 可壓縮層選用耐火陶瓷纖維制品，在耐火磚受熱時被壓縮，吸收磚向外的膨脹量；同時耐火陶瓷纖維制品的隔熱性能好，可有效減少爐內熱量的損失和降低金屬殼體外壁溫度。

5) 拱頂和錐底背襯部位選用鉻剛玉澆注料。鉻剛玉澆注料能滿足整體性、氣密性、抗氣體侵蝕性，且具有一定的可壓縮性。

2.2 筑爐料的驗收

氣化爐的筑爐料分為定型和不定型兩種，材料進場要做好驗收工作，特別是不定型材料【2】。需認真核對材料的質量證明文件、使用說明書等資料，以及牌號、規(guī)格尺寸、等級、時效性、磚的平整性等。對材料的質量存在異議時，應委托第三方進行復驗且要求復驗結果合格。同時要做好筑爐材料的保管、存放等工作，防止材料受潮。

3 氣化爐制造及安裝質量控制

3.1 氣化爐制造質量控制

氣化爐殼體的制造精度直接影響著后續(xù)筑爐質量，如殼體的制造精度達不到要求，就不能保證燃燒室氣化反應的正常工作條件。燒嘴與殼體的軸線偏差也會導致內部襯里燒損，進而造成燃燒室外部殼體超溫，降低襯里的使用壽命。因此，設備制造時要嚴格控制氣化爐筒體的圓度、直線度、中心線偏差、燒嘴接管與殼體的同軸度偏差以及設備筒體的總直線度。上述指標應符合表1的規(guī)定。設備到場后在安裝前應再次測量上述指標。

表1 氣化爐制造質量控制項目 mm

3.2 氣化爐安裝質量控制

氣化爐的安裝質量直接影響筑爐質量，尤其是垂直度。在安裝過程中，調整氣化爐的垂直度時，不能僅依靠氣化爐的外壁來找正，要設置氣化爐砌筑中心線，利用上口法蘭和底座法蘭制作安裝中心線定位板，采用直徑為1.5 mm細鋼絲繩(一頭帶有張緊彈簧)作為筑爐中心參考線，通過調整中心參考線的垂直度來找正氣化爐垂直度。氣化爐的安裝垂直度偏差不得大于14 mm。

4 筒體部位筑爐的質量控制

筒體部位筑爐的工序是先清理筒體內壁，然后在筒體內壁粘貼一層20 mm厚的陶瓷耐火纖維可壓縮材料，再用剛玉耐火泥砌筑隔熱磚，之后砌背襯磚和向火面磚。筒體部位的砌筑量最大，對筒身砌筑圓度、直線度、中心線偏差等都有嚴格要求。筒身的筑爐的質量控制應從以下幾個方面進行控制。

4.1 清理筒體內壁

在筑爐前，將筒體內壁表面的鐵銹、灰塵、油脂等附著物清理干凈，使耐火陶瓷纖維層能粘接更緊密牢靠。

4.2 設置氣化爐砌筑中心線

砌筑前應設置氣化爐砌筑中心線，利用進料口法蘭和底座法蘭制作安裝中心線定位板，采用直徑為1.5 mm細鋼絲繩脹線(一頭帶有張緊彈簧)作為軸向中心線，以便于砌筑時徑向的對準，從而保證砌筑尺寸。

4.3 托磚板的質量檢查

砌筑前檢查托磚板的位置及尺寸是否符合設計文件。托磚板的平行度應<3 mm。如果平行度超標，需要進行修平處理。修理最好采用冷修理，如確實需要采用熱修理，在修理過程中需嚴格監(jiān)控，不能對筒體等造成損傷。

4.4 砌筑的質量控制

4.4.1 陶瓷耐火纖維的粘貼

粘貼膠要均勻地涂刷在筒體內壁上，自下而上粘貼陶瓷耐火纖維。粘貼要緊密牢靠，與設備之間不能有中空；縱縫接頭處切割要精準，且對接緊密，不能有空洞等。層與層之間的縱縫要均勻錯開，層與層之間的環(huán)縫要對接緊密。

4.4.2 砌筑順序

隔熱磚、背襯磚、熱面磚都需用相兼容的高鉻耐火泥來砌筑。每層按照先砌筑隔熱磚、再砌背襯、最后砌筑熱面磚的順序進行。

4.4.3 磚的精確加工

鉻鋁鋯磚和鉻剛玉磚切割加工非常困難。筒體上的熱電偶、燒嘴和拱頂等部位的形狀較復雜，耐熱磚砌筑前要測量準確，必要時需對磚進行加工。加工前在磚上畫好切割線，加工應采用小型移動式切磚機或碳化硅(或金剛砂)合成的砂輪片慢速精確切割，堅決杜絕人工剔鑿的加工方法。

4.4.4 磚縫的控制

磚縫可以吸收部分膨脹量，但若磚縫過大，部分耐火泥就會形成熔渣，加速對磚的侵蝕。筒體的磚縫寬應為1.0～1.5 mm，最大不得超過 1.6 mm，同時磚縫泥漿的飽滿度應大于90%。每層隔熱磚、背襯磚、熱面磚的縱向磚縫應均勻錯開。

4.4.5 膨脹縫的控制

膨脹縫位置、縫寬的施工必須嚴格按照圖紙進行。當膨脹縫過大時，高溫氣體易產生竄氣而造成殼體超溫；若膨脹縫過小，則耐火磚由于熱膨脹會受到巨大擠壓而造成破壞。膨脹縫寬誤差應控制在±1 mm，且要保持脹縫內清潔，不得有耐火泥等雜物。

4.4.6 砌筑過程的測量

砌筑前，按照隔熱磚、背襯磚、熱面磚的內半徑制作標準量桿。砌磚時，量桿一端與磚面接觸，另一端與中心線輕輕接觸。在這個測量過程中，要保持量桿水平。每層砌筑結束后，用量桿對整層磚進行一次測量，確保每層磚內徑的尺寸準確。

每砌筑5層磚用水平尺(一般用魚雷式水平)測量一次單個磚以及相鄰磚的平整度和高度以及整個爐環(huán)的水平度。每砌筑10層磚，用水準儀測量整個爐環(huán)的水平度。筒體全部砌筑完畢，檢查復核整個筒體的砌筑質量及尺寸，符合要求后再砌筑拱頂和錐底。

5 拱頂部位筑爐的質量控制

氣化爐拱頂形狀的特殊性以及頂部燒嘴的結構等都加大了拱頂部位筑爐的難度。在氣化爐運行過程中，超溫現象多出現在拱頂部位，且氣化爐拱頂處筑爐時的尺寸如控制不當，會導致應力集中，進而造成耐火磚的斷裂，或受過度擠壓而剝落。因此在施工過程中更要加強拱頂部位筑爐的質量控制。拱頂部位筑爐主要由熱面磚、致密鉻剛玉澆注料層和可壓縮層組成。

5.1 砌筑前的預砌筑

拱頂的熱面磚在砌筑前應在爐外進行預砌筑，預砌筑的場地應平整，要制作精良、不易變形的胎具。預組裝好胎具、檢查組裝精度合格后，對磚的位置進行預擺，對每環(huán)磚進行準確的定位，并做好相應的記錄。

5.2 熱面磚的砌筑

預砌筑完成后，將胎具移到爐內組裝，精度達到要求后進行熱面磚的砌筑。砌筑要嚴格控制每層磚的標高，以保證燒嘴安裝的高度。每層磚砌筑完成后，嚴格進行測量，符合要求后再進行上一層的砌筑。

5.3 嚴格控制磚縫

拱頂磚縫放射線應與半徑方向相互重合。拱頂的環(huán)與環(huán)之間，磚都有溝槽相互咬合，從而形成一個整體。在拱頂施工過程中，磚縫應均勻，泥漿要飽滿。

5.4 澆注料層施工

澆注料的施工嚴格按照使用說明書進行操作，在規(guī)定時間內用完并按要求進行養(yǎng)護，每次澆注料施工應留置檢驗試塊，留置的檢驗試塊上要標記澆注位置及時間。拱頂澆注料施工分3次完成。拱頂下部熱面磚完成5層左右進行第一次澆注料的施工。在施工前，球殼內表面貼可壓縮層，檢查確認熱面磚及壓縮層合格后即可進行澆筑施工，澆筑振實。澆筑上表面要進行粗糙處理，以保證層與層之間能緊密結合。中部熱面磚完成3～4層即可進行第二次澆筑層的施工。頂部熱面磚完成后進行第三次澆筑層的施工。

6 錐底部位筑爐的質量控制

筒體及拱頂的砌筑完成后，進行錐底部位的砌筑。運行時，錐底部位會受到高速熔融態(tài)爐渣對渣口磚產生的激烈沖刷磨損作用，因此，錐底的砌筑質量也至關重要。錐底部位筑爐主要由熱面磚、致密鉻剛玉澆注料層和可壓縮層組成。

錐底部位筑爐基本與拱頂相同，先砌筑熱面磚，分3～4次進行澆筑層的施工。砌筑過程也同拱頂砌筑過程一樣進行熱面磚、澆筑層的質量控制。

7 烘爐的質量控制

氣化爐砌筑完成后需進行烘爐。烘爐的溫度控制按照烘爐曲線進行。在烘爐過程中，應布置測溫點進行全程溫度監(jiān)測，出現不正?，F象，要及時采取措施進行調整。烘爐要繪制好實際烘爐曲線并做好烘爐過程的詳細記錄。烘爐完成并冷卻后，對氣化爐耐火襯里的質量再次進行全面檢查和必要的修補。

8 結語

氣化爐的砌筑工序繁瑣，在砌筑過程中，嚴格控制材料質量，嚴把每一道工序的施工質量，就能確保氣化爐的砌筑質量，從而保證氣化爐的正常運轉。