 3. 1. 2 内衬套管。
为提高外保护管在高温下承受焰气和溶渣的强烈冲刷,在碳化硅外套管内衬双层复合陶瓷管作为内衬保护管,并在复合陶瓷管与碳化硅管之间填充高温密封物和粘合剂,使其成为复合型多重套管,见图1。
该复合型保护管的材料选用和工艺配合方法,使套管的整体强度得以提升,并且提高了套管在温度、压力骤变时的性能,有效地满足了气化炉内需要耐高温高压、气密性好、能同时适应氧化性还原性气氛、耐腐蚀和抗冲刷的苛刻要求。
3. 2 热电偶特殊结构的设计运用
气化炉可调防振热电偶的主体结构采用了可调防振的设计理念,其突出特征是当气化炉炉壁衬里厚度发生变化时,热电偶可通过调节自身的伸缩量来达到最佳的测量位置,测量芯体更换方便,并通过万向转球、限位导向管、校正减振弹簧、变径法兰组等结构的配合,使该产品具有超强的抗振性、抗冲刷性和准确高效的测温效果,使用安全性高。
3. 2. 1 主要结构组成
热电偶结构示意图见图2。
3. 2. 2 结构特点
主要结构特点为插入长度可调节。该产品主体由测温芯体、保护管、限位器导向管、伸缩螺纹套管、校正减振弹簧、万向转球和防爆接线盒构成,测温芯体和插入长度通过收缩式螺纹套管和校正减振弹簧,可以在±120 mm范围内进行调节。该插入长度可调的结构设计主要是为解决气化炉内的两个工况特点:
(1)一般情况下,在设计热电偶的插入长度L时,采用铁丝钩探入内衬的方法,L=铁丝钩探测的长度-25 mm,测多次后取其平均值。而气化炉内衬为非金属耐火砖,其内表面是不均匀的。所以只有插入长度可调节,才能满足不同测点、不同位置时探头长度均能调整到最佳位置。
(2)在煤气化反应进行当中,炉壁衬里的厚度会随着焦化冲刷被逐渐地减薄,内壁向外扩延。为确保传感器前端仍然保持在内壁处的最佳测量位置,其长度必须进行相应的缩短调节。根据目前国内外德士古炉工作运行情况的统计,其衬里厚度最大变化量为100 mm,所有±120 mm的伸缩量足以满足实际生产的需要,并保证安全生产。
4 气化炉可调防振热电偶在神华宁夏煤业集团甲醇厂的应用
该产品目前在神华宁夏煤业集团甲醇厂使用一直处于良好的运行状态。其结构中的两个突出特点在现场使用中表现非常明显。一个是其长度的可调性,满足了德士古炉在运行中炉壁厚度变化的需要,因此其使用寿命得以提升,自投入使用以来,从未因热电偶的质量问题造成停车。另一是其变径双法兰组的安装方式和抽芯式结构的结合运用。气化炉整个工作流程中涉及预热、正式测量、更换测温元件等步骤,所以在气化炉投料前会产生反复的安装与拆卸。该热电偶采用ANSIDN100 PN11. 0大法兰与DN50 PN11. 0小法兰的变径双法兰组合的形式,并配合测量芯体的抽芯两节式的结构,可实现大法兰的最初安装固定和小法兰随测温芯体随时进行更换的安装拆卸方式,即安全又轻便快捷。比如,在预热炉升温时,采用K型热电偶,当温度升至1 000℃时便需更换为B型气化炉专用热电偶进行正式测温,并开始加压。以往产品采用单一的大法兰形式,不仅笨重,而且整个产品反复安装极其不方便,造价也极高。而采用法兰组和可抽芯式结构后,便可先将与气化炉连接的DN100 PN11. 0的大法兰与气化炉安装好,而在更换热电偶时便不再需要拆换大法兰,只需更换小法兰及测温元件即可。且抽芯式结构使更换产品时只需更换小法兰以上部分,小法兰以下及大法兰套管无需再进行更换或购买,使备件费用降低了70%,同样实现了维修工作量的减少和良好的经济效益。从实际的生产运行情况看,该产品非常适合现场的需要,又因其良好的先进性,将具有很广泛的发展空间。
5 结束语
通过气化炉可调防振热电偶的使用,有效解决了德士古气化炉生产过程中的温度测量问题,减少了“非计划停车”,从而延长了整个气化炉的工作寿命,为企业带来了显著的经济效益。该热电偶耐腐蚀、抗冲刷、高温下测量精度高、长度可调节的突出特点填补了国内外气化炉测温产品的空白。
该产品的研制有效解决了在化肥和煤化工行业中的水煤浆加压气化炉(德士古炉)中的高温测量问题。利用特殊的结构形式和合理的材料,使其可在同时具有高温、高压及温度压力骤变,强冲刷的特殊条件下稳定可靠工作,完全能替代进口产品。实现了气化炉测温用热电偶的国产化。
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