氣化爐是煤化工最具代表性裝置，昌暉儀表儀表制造有限公司根據TEXACO氣化爐和Shell氣化爐工況特殊性，分享氣化爐熱電偶的特殊結構和材料選擇等專業(yè)知識，幫助用戶解決特殊場合的溫度測量常規(guī)熱電偶不能使用的難題。

對溫度的準確測量和嚴格控制是確保工藝正常運行的關鍵因素，其將直接影響工藝過程是否在理想的條件下進行 ，甚至會影響到整體設備的使用壽命、安全生產及環(huán)境保護。煤化工行業(yè)的德士古(TEXACO)氣化爐和殼牌(Shell)氣化爐測溫工況均因氣化爐爐體構造、內部介質、反應過程、操作條件具有極高的特殊性，所以對相應熱電偶的選擇也凸顯其特殊的重要性和復雜性。筆者憑借多年豐富的經驗，將德士古(TEXACO)氣化爐和殼牌(Shell)氣化爐代表性和典型性的工況，以及相應熱電偶的選擇原則和注意事項與大家探討，旨在為煤化工用戶提供具參考性的指導建議。

1、TEXACO氣化爐
①德士古(TEXACO)氣化爐工況特點
德士古(TEXACO)氣化爐代表現(xiàn)場為寧夏煤業(yè)集團250kt/a甲醇裝置，神華包頭和內蒙古久泰能源的煤制烯烴項目等。
以上現(xiàn)場采用TEXACO急冷流程、全廢鍋流程，是目前世界最先進的節(jié)能工藝。TEXACO氣化爐具有高溫、高壓、氧化性和還原性氣氛共存、強沖刷、溫度壓力驟變等特殊工況。燃燒室操作溫度為1350-1500℃，操作壓力2.5-8.7 MPa.焰氣含有CO，H2，CO2，H2O，CH4，Ar，N2及H2S等組分；煤灰熔點為1310-1370℃。燃燒室殼體與內襯耐火磚因受熱膨脹系數(shù)不同，易發(fā)生相互剪切。最關鍵的是氣化爐內沖刷磨損極為嚴重，所以溫度計的測點必須位于距爐墻內壁15-25mm處。但是爐壁在砌制過程中難以保證均勻一致，加之爐內沖刷和磨損的存在，爐壁在生產進程中會發(fā)生不可避免的逐漸減薄的變化。



②德士古(TEXACO)氣化爐對溫度計的性能要求
由于上述TEXACO爐的特殊工況，要求測溫傳感器必須能承受達1600℃的高溫和8.7MPa的高壓；能同時抵抗氧化性和還原性氣的雙重腐蝕；具有可調整的插入長度和可隨動的結構，當內襯發(fā)生厚度變化和扭曲剪切時，能進行相應的結構變化。

③德士古(TEXACO)氣化爐測溫解決方案
針對這些要求，氣化爐熱電偶通過選用特殊的材料和結構設計，滿足了氣化爐工況對溫度傳感器的苛刻要求，是一種可調防振、耐沖刷、抗氧化、多級阻漏的氣化爐專用熱電偶。

首先，氣化爐熱電偶的主體結構采用可調防振的設計理念，當氣化爐爐壁襯里厚度發(fā)生變化時，氣化爐熱電偶可通過收縮式螺紋套管在±120mm 范圍內進行調節(jié)，以實現(xiàn)測量元件始終保持在最佳位置。當爐殼和內襯發(fā)生剪切時，利用萬向轉球可使探頭隨傾斜而進行旋轉，并在限位導向管和校正減振彈簧的作用下，使探頭始終保持在穿墻套管中心的正確位置上，避免了氣化爐熱電偶在爐墻發(fā)生變形時，產生硬力剪切造成折斷。多級阻漏的結構設計，在熱電偶套管發(fā)生損壞時，可防止爐內通過套管與外面對流，致使爐內高溫傳導甚至泄漏而發(fā)生的安全隱患，體現(xiàn)安全意識和環(huán)保理念。

其次，熱電偶保護管材料采用通過無壓燒結亞微米碳化硅粉末制造的進口碳化硅材料，該材料具有陶瓷和金屬的雙重特性，即使在超過1750℃高溫時仍能可靠地使用，其熱導性與不銹鋼相當，是氧化鋁的5倍；硬度是僅次于金剛石的高性能材料之一；小于10μm的超細結晶，經氦氣檢漏測試，氣孔率幾乎為0，可有效阻止H2和CO通過管壁上的氣孔對熱電偶絲造成損壞；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，即使在超高溫度下也能工作于氧化性和還原性氣氛及強酸強堿的腐蝕性環(huán)境中。


2、Shell氣化爐
目前國內已引進十余套Shell氣化爐，代表現(xiàn)場為河南開祥甲醇工程和云維集團合成氨、廣西柳化的煤氣化裝置。
①殼牌(Shell)氣化爐工況特點
保證殼牌(Shell)氣化爐正常運轉的條件：既不能使汽化爐超溫受損，又要盡可能在消耗最低的氧量情況下，實現(xiàn)完全碳轉化, 因此溫度控制至關重要。而Shell氣化爐的結構特點決定了氣化爐的溫度不能直接測定，只能通過間接方法來控制。氣化爐內件膜式壁與外殼之間形成一個“環(huán)形空間”，熱的合成氣不能竄入“環(huán)形空間”內，造成殼體超溫。通過測量“環(huán)形空間”水冷壁的溫度來推算爐內溫度，是Shell氣化爐溫度測量的特點。

“環(huán)形空間”溫度為多點采集 ,各測溫點是了解氣化爐是否正常運行的關鍵 ,如有異常, 要立即查找、分析原因 ,并及時處理,否則將會對氣化爐造成重大損壞。

②殼牌(Shell)氣化爐對熱電偶的性能要求
因殼牌(Shell)氣化爐的煤粉是在4MPa，1500℃左右的氣化爐中，與O2和蒸汽進行燃燒，且在被送到煤燒嘴處時已是在2MPa的壓力下，因此要求溫度計需具有不低于2MPa的耐壓能力，并具有在超壓情況下的應急措施，且能承受1500℃的高溫；由于 Shell氣化爐是集動、靜設備于一體，集燃燒 、反應、換熱、急冷等工藝于一身的復合設備，因此要求所使用的熱電偶必須裝卸方便、更換容易。因其結構復雜，控制點多，所以必須采用多點式熱電偶。

③殼牌(Shell)氣化爐測溫解決方案
多點可抽芯阻漏式Shell氣化爐專用熱電偶的設計方案解決了現(xiàn)場要求。
a、采用3點式或4點式，不同長度(最長可達6m)的多點式熱電偶，可一舉測量不同控制點的溫度。
b、根據現(xiàn)場安裝的特點，采用4in(1in=25.4mm)600號的法蘭安裝部件，此部分與測溫主體為可分離結構，即可先完成法蘭的安裝固定，再進行測溫主體與法蘭的配合安裝。此方案可使笨重的法蘭一次性安裝，在日常的維護中只需更換主體部分即可，方便快捷。與此結構密切結合的是芯體元件的可獨立更換性。每支測量元件都是可單獨拆卸的個體，如果哪一支發(fā)生故障，可單獨抽出更換，減少了維護成本和備品備件的數(shù)量及費用。
c、因爐內介質大量存在HCl成分，設備制造較多使用了Incoloy和Inconel合金，為保持較高的承受高溫與腐蝕能力 ，熱電偶保護管材料的選用需全部采用Inconel600合金，保持測溫元件、安裝法蘭以及密封卡套等的材料一致性。
d、溫度計必須具有多級阻漏的密封結構設計，即每一支元件均需具備雙級阻漏裝置，當任何一支測溫元件發(fā)生損壞時，因阻漏的存在，“環(huán)形空間”內的高溫高壓氣流不會泄漏，同樣保證了安全環(huán)保的現(xiàn)場要求。



3、氣化爐熱電偶安裝須知
①氣化爐停車后，考慮到耐火材料與壓力容器的減壓效應和熱脹冷縮問題，氣化爐的泄壓和置換過程是緩慢進行的，應在爐子壓力基本降到大氣壓且完全置換后，趁熔融的爐渣尚未完全凝固下來，把氣化爐熱電偶由爐內抽出來。若爐渣已凝固，熱電偶陶瓷套管已經拔不出來，只能拔出后部的金屬部分，陶瓷套管一般用專用工具打入爐內。

②安裝新的氣化爐熱電偶時，將組裝好的氣化爐熱電偶放在專用的支架上，支架放在帶輪的小車上，使氣化爐熱電偶剛好對準氣化爐熱電偶設備接管正中。向爐內緩慢推進氣化爐熱電偶，約每5分鐘10mm，使熱電偶避免遭受熱沖擊。