氣化爐可調(diào)防振熱電偶在神華寧煤水煤漿加壓裝置中的應(yīng)用

1、2009年 第4期儀表技術(shù)與傳感器Instrum ent T echn i que and Sensor 2009 N o 4收稿日期:2009-01-05氣化爐可調(diào)防振熱電偶在神華寧煤水煤漿加壓裝置中的應(yīng)用劉漢杰1,郭中山2,李 馨1,劉自忠2(1.天津市中環(huán)溫度儀表有限公司,天津 300021;2.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司甲醇廠,寧夏銀川 750411 摘要:神華寧煤甲醇廠水煤漿加壓氣化爐(GE 氣化爐裝置使用氣化爐可調(diào)防振專用熱電偶后,解決了以往氣化爐熱電偶使用壽命短,頻繁更換熱電偶造成 非計(jì)劃停車 增多的生產(chǎn)問題,使熱電偶備件費(fèi)用降低了70%,實(shí)現(xiàn)了氣化爐熱電偶國產(chǎn)化,經(jīng)濟(jì)效益顯著

2、。關(guān)鍵詞:可調(diào)防振熱電偶;無壓燒結(jié)亞微米保護(hù)管;萬向轉(zhuǎn)球;限位減振;彈簧中心校正;變徑法蘭組;抽芯兩節(jié)式中圖分類號(hào):TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1002-1841(200904-0109-03Application of Speci al TC for Texaco i nShenhua N i ng m eiW ater coal Sl urry Pressure Qui p m entL I U H an jie 1,GUO Zhong shan 2,L I X i n 1,L I U Z i zhong 2(1.T ian ji n Zhonghuan T e m peratu

3、re M eter Co .,L td .,T i anjin 300021,Ch i na ;2.Carbinol P lant ,Shenhua N ingxia Coal G roup Co .,L td .,Y i nchuan 750411,Ch i naAbstract :A fte r using t he spec i a l ad j usted anti shock TC designed for T ex aco in w ater coa l sl urry pressure gasify f urnace (GEequ i p m ent ,Shen hua N i

4、ng m e i carb i na l plant so lvetd the o l d proble m s that the use life o f TC w as short and o ften changed caused the non p l an stop run i ng.T he cha rge of TC spare part is reduced 70%.It ach ieves t he texaco T C nati ona l and ga i ns disti nct econom y bene fit .K ey word s :adjusted an t

5、i shock TC ;non pressure sinter sub m i c ron t ube ;adjusted d i recti on ba l;l restr i ct locati on reduce shock ;spri ng center ad j ust ;chang ed dia m eter fl ange g roup ;t wo secti ons struc t ure 0 引言寧夏煤業(yè)集團(tuán)年產(chǎn)25萬t 甲醇生產(chǎn)裝置于2004年9月10日開工建設(shè),是寧東能源化工基地規(guī)劃建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。項(xiàng)目采用德士古全廢鍋流程,是目前世界最先進(jìn)的節(jié)能工藝。該裝置也是國內(nèi)外

6、甲醇合成及精餾和二甲醚合成及精餾的工業(yè)化裝置中設(shè)計(jì)能力最大的。據(jù)了解,自2006年6月10日投料試生產(chǎn)以來,生產(chǎn)過程運(yùn)行正常,產(chǎn)出的產(chǎn)品全部達(dá)到優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。T EXACO 德士古全廢鍋流程氣化爐燃燒室的操作溫度為13501500!,操作壓力2 58 7M Pa .焰氣含有CO 、H 2、CO 2、H 2O 、CH 4、A r 、N 2及H 2S 等組分;由S i O 2、Ca O 、M gO 、Fe 2O 3、A l 2O 3、N a 2O 、K 2O 、Cr 2O 3及ZnO 等構(gòu)成焰氣煤灰,煤灰熔點(diǎn)為13101370!.燃燒室殼體材質(zhì)為SA 387GRADE11CLA SS2,內(nèi)襯耐火襯里

7、。TEXACO 水煤漿氣化爐采用水煤漿進(jìn)料,在氣流床中加壓氣化,水煤漿與純氧在高溫高壓下反應(yīng)生成煤氣。T EXA C O 德士古氣化爐具有高溫、高壓、氧化性和還原性氣氛共存、強(qiáng)沖刷、溫度壓力驟變的特殊工況。1 目前測溫?zé)犭娕即嬖诘娜秉c(diǎn)氣化爐溫度是直接反應(yīng)氣化爐是否正常運(yùn)行的最重要參數(shù)之一。首先,因?yàn)闅饣癄t內(nèi)各組分需在一個(gè)嚴(yán)格控制的溫度(13501500!下才能獲得理想的轉(zhuǎn)化率;同時(shí),溫度的穩(wěn)定,能大大提高價(jià)格昂貴的耐火磚的使用壽命。所以,必須對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的測量和嚴(yán)格的監(jiān)控。對(duì)于提高生產(chǎn)效率、延長設(shè)備壽命、確保安全生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)環(huán)保概念具有重要意義。測溫?zé)犭娕际潜ＷC溫度測量正常進(jìn)行的先決條件,而目

8、前國內(nèi)外所使用的熱電偶普遍存在溫度漂移大、使用壽命短的缺點(diǎn)。其原因如下:(1在大于1350!的高溫下,對(duì)于氣孔率高的套管,爐內(nèi)的H 2、CO 、F e 、N a 等會(huì)對(duì)偶絲產(chǎn)生劣化作用,使偶絲在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生100!以上的溫度漂移,如未能及時(shí)發(fā)現(xiàn),這種溫度漂移甚至?xí)_(dá)到300!.此時(shí),對(duì)溫度的觀測便失去意義,造成爐內(nèi) 過燒 情況的發(fā)生。(2在發(fā)生 非計(jì)劃停車 時(shí),氣化爐內(nèi)會(huì)發(fā)生溫度和壓力的驟變,其變化對(duì)保護(hù)管的破壞相當(dāng)嚴(yán)重,會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)的H 2和C O 直接進(jìn)入熱電偶內(nèi)部,使熱電偶絲產(chǎn)生 氫脆 和 碳中毒 ,從而喪失測量溫度的能力。(3爐內(nèi)物料沖刷嚴(yán)重,如果熱電偶的強(qiáng)度和抗熱振性不強(qiáng),或者安裝時(shí)的

9、測點(diǎn)位置掌握不合理,則在極短的時(shí)間內(nèi)便被振斷或沖折。(4爐內(nèi)的耐火磚襯里在燃燒過程中會(huì)由于沖刷而逐漸變薄,同時(shí)熱電偶將由于內(nèi)襯層的變薄而探入到爐內(nèi),此時(shí)在強(qiáng)烈的物料沖刷下,熱電偶會(huì)瞬間斷裂,損壞率100%。(5在熱電偶的密封結(jié)構(gòu)被破壞的情況下,高溫腐蝕性氣體極易發(fā)生泄漏,使安全生產(chǎn)存在極大隱患。這些缺點(diǎn)直接導(dǎo)致的結(jié)果是 非計(jì)劃停車 增多,燒嘴、內(nèi)襯等貴重部件由于 過燒 而縮短了使用壽命,不僅使生產(chǎn)運(yùn)行110Instru m ent T echn i que and Sensor A pr 2009無法保證,而且大大增加了設(shè)備運(yùn)行成本和生產(chǎn)費(fèi)用,嚴(yán)重降低生產(chǎn)效率。2 測溫傳感器的技術(shù)性能要求(1

10、耐高溫。在13501500!的高溫下能正常穩(wěn)定的工作。(2耐高壓。能承受2 58 7M P a的高壓而不被損壞。(3耐腐蝕。能同時(shí)抵抗氧化性和還原性氣氛的雙重腐蝕。(4抗沖刷。具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和可調(diào)整的插入長度,主要是當(dāng)內(nèi)襯發(fā)生變化時(shí),能抵抗物料、煤灰的長期沖刷。(5壽命長。因氣化爐一般在開車2個(gè)月左右需要停車檢修,所以要求所使用的熱電偶能保證長時(shí)間的連續(xù)工作,減少 非計(jì)劃停車。即使在溫度壓力驟變的情況下也不被損壞。熱電偶的使用壽命要求3個(gè)月。針對(duì)這些要求,由某公司研制的 氣化爐可調(diào)防振專用熱電偶通過特殊的材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),滿足了氣化爐工況對(duì)溫度傳感器的苛刻要求,并通過近1年運(yùn)行,其使用效

11、果和反應(yīng)出的經(jīng)濟(jì)效益均已得到充分的展現(xiàn)。3 氣化爐可調(diào)防振專用熱電偶?xì)饣癄t可調(diào)防振專用熱電偶,也稱水煤漿加壓氣化專用高溫?zé)犭娕?是某公司根據(jù)水煤漿加壓氣化的工況特點(diǎn),專門研制的一種可調(diào)防振、耐沖刷、抗氧化、多級(jí)阻漏的氣化爐專用熱電偶,現(xiàn)已申報(bào)了專利,專利號(hào)為200820075479.5。該產(chǎn)品于2007年1月開始立項(xiàng)研制,到2007年6月便正式投入生產(chǎn),并且其功能已在神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)甲醇廠的應(yīng)用中得以證實(shí)。3.1 保護(hù)管材料的選用根據(jù)氣化爐的工況環(huán)境及以上分析,在選擇熱電偶保護(hù)管材料時(shí),必需具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫氧化、耐沖擊、耐腐蝕、氣密性好的特性,能同時(shí)承受高溫高壓的物料和溶渣對(duì)其腐蝕和

12、沖刷的多重作用。氣化爐可調(diào)防振熱電偶采用進(jìn)口碳化硅作為外保護(hù)套管,該材料是通過無壓燒結(jié)亞微米碳化硅粉末制造的,該燒結(jié)工藝產(chǎn)生的自結(jié)合細(xì)晶(小于10 m碳化硅產(chǎn)品具有硬度極大、重量輕且空隙率低等特點(diǎn),具有陶瓷和金屬的雙重特性。(1高溫強(qiáng)度。即使在超過1750!高溫時(shí)仍能可靠地使用。(2高硬度。其硬度是僅次于金剛石的高性能材料之一。(3低氣孔率。小于10 m的超細(xì)結(jié)晶,經(jīng)氦氣檢漏測試,其氣孔率幾乎為0,可有效阻止H2和CO通過管壁上的氣孔對(duì)熱電偶絲造成損壞。(4高熱導(dǎo)性。與不銹鋼的導(dǎo)熱性相當(dāng),是氧化鋁的導(dǎo)熱性的5倍。(5耐磨損。超高的硬度和密度,使其具有理想的耐磨損,能長期抵抗物料的沖刷。(6耐腐

13、蝕、抗氧化。由于碳化硅的高密度、低氣孔率和化學(xué)惰性,使得它即使在超高溫度下也能工作于氧化性和還原性氣氛以及強(qiáng)酸強(qiáng)堿的腐蝕性環(huán)境中。(7多規(guī)格系列性。直徑 10mm 38mm,經(jīng)過科學(xué)推算和實(shí)際現(xiàn)場的考證,可調(diào)防振熱電偶采用 31 8mm直徑作為外保護(hù)套管。為提高外保護(hù)管在高溫下承受焰氣和溶渣的強(qiáng)烈沖刷,在碳化硅外套管內(nèi)襯雙層復(fù)合陶瓷管作為內(nèi)襯保護(hù)管,并在復(fù)合陶瓷管與碳化硅管之間填充高溫密封物和粘合劑,使其成為復(fù)合型多重套管,見圖1 。圖1 復(fù)合型多重套管示意圖該復(fù)合型保護(hù)管的材料選用和工藝配合方法,使套管的整體強(qiáng)度得以提升,并且提高了套管在溫度、壓力驟變時(shí)的性能,有效地滿足了氣化爐內(nèi)需要耐高溫

14、高壓、氣密性好、能同時(shí)適應(yīng)氧化性還原性氣氛、耐腐蝕和抗沖刷的苛刻要求。3.2 熱電偶特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)運(yùn)用氣化爐可調(diào)防振熱電偶的主體結(jié)構(gòu)采用了可調(diào)防振的設(shè)計(jì)理念,其突出特征是當(dāng)氣化爐爐壁襯里厚度發(fā)生變化時(shí),熱電偶可通過調(diào)節(jié)自身的伸縮量來達(dá)到最佳的測量位置,測量芯體更換方便,并通過萬向轉(zhuǎn)球、限位導(dǎo)向管、校正減振彈簧、變徑法蘭組等結(jié)構(gòu)的配合,使該產(chǎn)品具有超強(qiáng)的抗振性、抗沖刷性和準(zhǔn)確高效的測溫效果,使用安全性高。熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖見圖1 。1#接線盒; 2#萬向轉(zhuǎn)球;3#小法蘭上片;4#小法蘭下片;5#大法蘭;6#收縮式螺紋套鋼管;7#進(jìn)口碳化硅外保護(hù)管;8#測溫芯體;9#復(fù)合型保護(hù)管;10#校正減振彈簧

15、;11#限位導(dǎo)向管;12#二級(jí)密封阻漏;13#一級(jí)密封阻漏圖2 熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為插入長度可調(diào)節(jié)。該產(chǎn)品主體由測溫芯體、保護(hù)管、限位器導(dǎo)向管、伸縮螺紋套管、校正減振彈簧、萬向轉(zhuǎn)球和防爆接線盒構(gòu)成,測溫芯體和插入長度通過收縮式螺紋套管和校正減振彈簧,可以在120mm范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。該插入長度可調(diào)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是為解決氣化爐內(nèi)的兩個(gè)工況特點(diǎn):(1一般情況下,在設(shè)計(jì)熱電偶的插入長度L時(shí),采用鐵絲第4期劉漢杰等:氣化爐可調(diào)防振熱電偶在神華寧煤水煤漿加壓裝置中的應(yīng)用111鉤探入內(nèi)襯的方法,L=鐵絲鉤探測的長度-25mm,測多次后取其平均值。而氣化爐內(nèi)襯為非金屬耐火磚,其內(nèi)表面是不均勻的。所以

16、只有插入長度可調(diào)節(jié),才能滿足不同測點(diǎn)、不同位置時(shí)探頭長度均能調(diào)整到最佳位置。(2在煤氣化反應(yīng)進(jìn)行當(dāng)中,爐壁襯里的厚度會(huì)隨著焦化沖刷被逐漸地減薄,內(nèi)壁向外擴(kuò)延。為確保傳感器前端仍然保持在內(nèi)壁處的最佳測量位置,其長度必須進(jìn)行相應(yīng)的縮短調(diào)節(jié)。根據(jù)目前國內(nèi)外德士古爐工作運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì),其襯里厚度最大變化量為100mm,所有120mm的伸縮量足以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要,并保證安全生產(chǎn)。4 氣化爐可調(diào)防振熱電偶在神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)甲醇廠的應(yīng)用5 結(jié)束語通過氣化爐可調(diào)防振熱電偶的使用,有效解決了德士古氣化爐生產(chǎn)過程中的溫度測量問題,減少了 非計(jì)劃停車,從而延長了整個(gè)氣化爐的工作壽命,為企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。該

17、熱電偶耐腐蝕、抗沖刷、高溫下測量精度高、長度可調(diào)節(jié)的突出特點(diǎn)填補(bǔ)了國內(nèi)外氣化爐測溫產(chǎn)品的空白。該產(chǎn)品的研制有效解決了在化肥和煤化工行業(yè)中的水煤漿加壓氣化爐(德士古爐中的高溫測量問題。利用特殊的結(jié)構(gòu)形式和合理的材料,使其可在同時(shí)具有高溫、高壓及溫度壓力驟變,強(qiáng)沖刷的特殊條件下穩(wěn)定可靠工作,完全能替代進(jìn)口產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)了氣化爐測溫用熱電偶的國產(chǎn)化。(上接第82頁代入式(14有:D W Tn (a,b=|a|-0 5%N-1n=0cos(2ftn&exp(-t2n/2&cos(5tn &(tn+1-tn(15式中tn =2f(tn-b/a.通過改變尺度因子a和b,使得tn不斷變化,從而實(shí)現(xiàn)不同尺度因子的

18、一簇小波去逼近信號(hào)。如果5tn =2ftn,小波函數(shù)與信號(hào)的乘積的累加為最大值(所有的乘積均為正數(shù),小波函數(shù)最好地逼近于信號(hào),從而檢測出信號(hào);如果tn =2ftn,小波函數(shù)與信號(hào)的乘積的累加很小(乘積有正有負(fù)。比較不同tn下的DW T值,其最大值對(duì)應(yīng)信號(hào)頻率值,可檢測出信號(hào)頻譜。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果為了驗(yàn)證兩種頻率估計(jì)方法的有效性,基于圖1作了以下實(shí)驗(yàn):兩種方法在標(biāo)準(zhǔn)胎壓、85%標(biāo)準(zhǔn)胎壓、70%標(biāo)準(zhǔn)胎壓估計(jì)得頻率值和耗時(shí),結(jié)果如表1所示。表1 不同胎壓下兩種估計(jì)方法所得的共振頻率值和運(yùn)算耗時(shí)項(xiàng)目用方法1計(jì)算的共振頻率值/H z用方法2計(jì)算的共振頻率值/H z用方法1估計(jì)所耗時(shí)間/s用方法2估計(jì)所耗時(shí)間/s標(biāo)準(zhǔn)胎壓48 649 16 01330 7314標(biāo)準(zhǔn)胎壓的85%45 3846 46 01390 7309標(biāo)準(zhǔn)胎壓的70%43 2943 56 01270 73174 結(jié)束語在不同胎壓狀態(tài)下,輪速信號(hào)的共振頻率出現(xiàn)了偏移。當(dāng)胎壓減小時(shí),共振頻率減小;當(dāng)胎壓增大時(shí),共振頻率相應(yīng)地增加。兩種方法估得的共振頻率值相差不大,說明兩種方法均可有效提取輪胎共振