鲁奇炉腐蚀问题之我见

文|郑万德

煤质的化学成分非常复杂，尤其是褐煤，含硫分、卤化物、碱金属高，对气化炉内壁产生腐蚀，使得气化炉不能长周期运行，给企业带来经济损失。最近，新疆广汇新能源有限公司和内蒙古大唐国际克旗煤制天然气有限公司两家企业的气化炉都出现了因腐蚀严重而停车的问题，而这两家采用的恰好都是鲁奇炉。笔者依据多年来对鲁奇炉的操作和管理经验，对这两家气化炉腐蚀原因进行了研究和分析，希望能对业内其他煤化工企业有所帮助。

新疆广汇项目气化炉腐蚀原因分析

新疆广汇120万吨甲醇、80万吨二甲醚、5.5亿立方米天然气煤基项目中，气化采用固定床-鲁奇碎煤加压气化技术。鲁奇气化炉16台，14开2备，分A/B两个系列，其中8台气化炉是太原重工机械加工厂生产的，另外8台气化炉是大连金重机械制造厂生产的，单台气化炉最大产量55000立方米/时，一年按照8000小时生产时间计算。新疆广汇2011年10月份气化装置单试车，从气化空气运行到氧气运行连续2个月，停车入炉检查，发现气化炉内壁气化层腐蚀比较严重。第一次以为是气化炉设计和制造出现问题，然后切换到其他气化炉试烧，结果还是和前一台气化炉一样腐蚀，说明腐蚀和气化炉制造没有关系。然后换一批煤炭，重新试烧，结果是没有腐蚀现象。由此可以推断出新疆广汇的这个项目的气化炉问题与煤质有关系。为了找出病根，该企业在气化炉内壁进行挂片实验，以找出适合该煤质对应的设备材质。挂片实验结果是镍基合金没有被该煤质腐蚀。

新疆广汇煤化工项目气化炉的腐蚀主要发生在脚踏护板往上大概2.5厘米左右处。28毫米厚的20R板材腐蚀比较严重，氧化区和还原区之间的腐蚀严重，腐蚀主要发生在人孔右手侧80度，左手侧70度的这150度区域。腐蚀机理经过反复挂片试验，最终确定主要是高温卤化腐蚀机理，得到了氯离子是主要腐蚀的证据。在确定腐蚀机理的情况下，通过采用镍基合金，问题可得到解决。由此看来，找到腐蚀机理十分关键。

气化炉修复之后，经过1年的运行试验，气化炉内壁堆焊镍基合金没有发生腐蚀，仅出现了一点瑕疵，堆焊层表面发生轻微裂纹，初步推断是堆焊层在高温高压环境里面，不同材质的膨胀系数不同，导致了堆焊层表面裂纹。

大唐克旗项目气化炉腐蚀原因分析

内蒙古大唐国际克旗煤制天然气项目采用蒙东胜利煤田的褐煤为原料。2014年1月6日，大唐克旗煤制天然气项目的工艺人员发现221#气化炉运行参数出现异常。经过分析判断，怀疑夹套泄露。后经停炉检查，确认该气化炉夹套腐蚀、减薄、泄露。在以后1周的气化炉运行中，发现多台气化炉存在同样的问题。为确保安全稳定生产，经请示上级公司，1月17日，项目开始化工区系统停车，并安排各项防冻工作。1月18日，气化炉停车后的第二天，山西潞安矿业集团公司、赛鼎工程公司、北京科技大学、太原重工股份有限公司、大唐国际化工研究院等有关企业代表和专家齐聚公司现场，集思广益为气化炉问诊把脉。通过专家们的认真论证和考究，发现该煤灰中的氧化钠、氧化钾含量偏高，其硫酸盐是夹套内壁减薄的主要原因，钒含量也偏高。同时夹套板底部32毫米的15CrMo板减薄部位出现规律性竖向沟流槽，有可能是气化剂布气不均，局部出现煤灰流化磨蚀导致减薄。找到了问题的根源，专家们对症下药，给出了修复意见：将下部15CrMoR板割除，更换为32毫米的Q245R带极堆焊3～5毫米的inconel625材料；原20R夹套腐蚀减薄部分，手工或自动堆焊3～5毫米的inconel625材料。

鲁奇气化炉内壁腐蚀问题分析

由此看来，无论是新疆广汇还是大唐克旗的气化炉出现腐蚀的原因，都是原料煤质的问题。其中煤灰成分中各种元素或金属离子的含量是造成气化炉腐蚀的主要原因。鲁奇碎煤加压气化使用的都是年轻的褐煤，褐煤和设备材质不匹配导致了气化炉停车。

当然，也不能片面地说是煤质腐蚀了气化炉内壁，也不能偏面地说是气化炉材质不合适，只能说煤质和设备材质不协调。特定的煤质对应特定的材质，反过来说特定的材质对应特定的煤质，这才是解决问题的途径。只有找到适合该煤质的材质，才可以解决气化炉不被腐蚀而停产。

鲁奇气化炉引进国内几十年了，但是气化炉内壁腐蚀最近几年才出现。以前气化炉没有出现腐蚀的时候，所用的煤是地下深层煤矿开采。该煤质对应的气化炉材质是Q245R。最近几年大量开采露天煤矿，这样的煤质比较年轻，接近褐煤和贫煤，煤的热值很低，一般3500大卡左右，煤的固定碳含量低到45%左右，碱金属含量超标，全硫元素大于1%。这样的煤质已经和Q245R不匹配了，导致气化炉内壁腐蚀。还有一个原因，原来的煤化工项目煤质一般不会有大的变化，而现在在市场经济的作用下，一些企业为了追求利益最大化而采购劣质煤，或者煤质更换频繁，最后导致了气化内壁腐蚀。而那些坚持高价采购指定煤质的企业，实现了长周期运行，反而获得了较好的经济利益。通过上述案例的分析结果，目前市面上面的材质，只有镍基合金NS336和年轻褐煤质匹配，气化炉内壁不发生腐蚀，气化炉可以长周期运行。

找出了适合的煤质，镍基合金的堆焊技术工艺也很重要。堆焊层的焊接工艺技术也是影响鲁奇气化长周期运行的重要因素。气化炉内壁镍基合金堆焊工艺非常讲究，母材和合金材料的相变温度和膨胀系数越接近越好。堆焊既可以强化母材或者设备的表面，也可以修复设备因服役而产生的失效部位。不需要设备全部材质是镍基合金，只需要在气化炉内壁堆焊一层3～5毫米厚的合金。堆焊技术一般是设备制造过程堆焊，还有就是设备失效部位现场人工堆焊，堆焊过程中的环境气候条件，包括湿度，温度，工作介质等，影响了堆焊层的质量。堆焊技术决定了使用寿命和强度，影响煤化工长周期运行。新疆广汇案列中是人工堆焊，使用过程中堆焊材料出现轻微的裂纹。

对于准备新上煤化工项目的企业，笔者的建议是，不要单纯选择气化技术，也不要单纯选择煤质。要确定煤质和气化技术的优先选择权利。如果煤矿是确定的，那就通过煤质试烧来确定气化技术。如果煤质和气化技术都是确定的，那就需要通过煤质分析数据下手，在确定的气化技术设备方面重新设计，使气化炉适合该煤种。

（作者为内蒙古通辽市龙源绿美化工有限公司气化项目负责人）