引言

        煤氣化是煤化工行業(yè)上游的核心技術(shù)。煤在高溫高壓條件下，與氣化劑反應(yīng)，轉(zhuǎn)換成以合成氣（CO/H 2 ）為主要成分的氣體產(chǎn)物和少量殘?jiān)�。氣化裝置中有大量H 2 存在，由于H 2 的物理化學(xué)屬性及氣化裝置本身的高溫、高壓特點(diǎn)造成在變送器的測(cè)量中容易形成氫滲。目前常用的壓力、差壓及法蘭膜片安裝變送器的隔離膜片材質(zhì)大多為316L不能有效的防止氫滲，使用一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生膜盒變硬、鼓包、零點(diǎn)漂移、輸出不穩(wěn)定等等現(xiàn)像，影響氣化爐關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量，降低氣化爐的運(yùn)行效率，甚至造成非計(jì)劃停車的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，解決好氫滲等問題對(duì)氣化裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率有積極影響。

 

1 氣化爐介紹

        氣化爐是煤氣化裝置的核心，目前國(guó)外工藝主要有以殼牌爐為代表的干粉煤氣化技術(shù)，以德士古為代表的水煤漿氣化技術(shù)，以魯奇為代表的碎煤加壓氣化技術(shù)。其中尤以德士古的水煤漿氣化技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。

2 德士古氣化爐的重要測(cè)點(diǎn)及存在問題

        在德士古氣化爐中有很多重要的溫度、壓力、流量測(cè)點(diǎn)。由于水煤漿氣化的特點(diǎn)會(huì)造成這些儀表的測(cè)量元件磨損、堵塞、氫脆等問題。本文主要以氣化爐中液位計(jì)堵塞、氫滲等問題的形成及解決方案來做著重論述。

 

 

3 關(guān)于堵塞問題討論

        目前國(guó)內(nèi)氣化爐在設(shè)計(jì)之初考慮避免高壓設(shè)備過多開口，把現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)及遠(yuǎn)傳液位計(jì)利用旁通管的形式集中安裝在旁通管上（如圖2所示），由于旁通管水平段過長(zhǎng)，致使旁通管內(nèi)極容易積灰、堵塞，并且高壓沖洗水使用效果也不好。目前本廠也出現(xiàn)此現(xiàn)象，旁通管頻繁堵塞，由于氣化爐先天缺陷，無法將旁通管取消，只能通過改造沖洗水來降低堵塞頻率，（如圖3所示），通過本次改造，將氣化爐液位計(jì)因堵塞而產(chǎn)生的維護(hù)，從每天1次延長(zhǎng)到每周維護(hù)1次～2次。

        建議，在后續(xù)項(xiàng)目氣化爐設(shè)計(jì)之初，就考慮取消旁通管（如圖4所示），從根本上縮短取壓距離，降低堵塞出現(xiàn)的機(jī)率，并且引壓距離縮短，使用沖洗水的效果也較好，目前周邊煤化工企業(yè)如：華電榆林凱越煤化工、神木化工、兗礦榆林能化等均無旁通管設(shè)計(jì)，且應(yīng)用狀況也較為理想。

4 氫滲現(xiàn)象

        H 2 隨然沒有腐蝕性，但由于氫分子很小而具有極強(qiáng)的滲透能力，及時(shí)在大氣環(huán)境中H 2 也會(huì)以各種途徑進(jìn)入金屬材料的晶格中。若在高溫、高壓、高濃度氫氣的協(xié)同作用下，則會(huì)大大加速H 2 的滲透能力，進(jìn)入變送器隔離膜片內(nèi)部，這種現(xiàn)場(chǎng)稱為氫滲。

        變送器的氫滲現(xiàn)象主要體現(xiàn)在變送器的膜盒的隔離膜片上，通常隔離膜片的厚度只有100μm左右，是最薄弱的環(huán)節(jié)。在氣化爐上，在高溫高壓高濃度氫氣的作用下，隔離膜片會(huì)出現(xiàn)彈性失效，表面硬化，甚至有部分氫分子還透過隔離膜片造成氫滲，使隔離膜片內(nèi)部出現(xiàn)氣體、體積膨大、造成膜盒鼓包變形、變送器零點(diǎn)漂移、輸出不穩(wěn)定。

 

影響氫滲的重要因素有以下幾個(gè)：

1）靜壓：靜壓越大氫滲現(xiàn)象就會(huì)越快。

2）溫度：一般來講H 2 在常溫下對(duì)變送器是沒有滲透性的，溫度越高氫分子的活動(dòng)性越強(qiáng)，滲透性就越強(qiáng)。

3）H 2 濃度：H 2 濃度越高，造成氫滲的可能性就越大。

4）水份含量：水份含量越低，氫分子電離為原子的可能性就越低，穿過膜片重新結(jié)合成H 2 的可能性就越低。

5）變送器膜片厚度：隔離膜片越厚H 2 的滲透率越低。但膜片厚度的增加也會(huì)降低變送器的壓力敏感度。

6）隔離膜片材質(zhì)：H 2 在不同的金屬材料中有不同的滲透率，在目前常用的變送器隔離膜片中，H 2 在哈氏合金中的滲透率最強(qiáng)，其次為316L膜片，在鍍金膜片中的滲透率最弱。

5 變送器防止氫滲措施

        從以上影響氫滲的因素可以看出，基于氣化爐內(nèi)溫度、壓力和水份含量不可改變的前提下，增加膜片厚度和使用低氫滲率膜片是延緩氫滲問題的最有效方法。目前阻止變送器隔離膜片氫滲的方法主要有兩種：一種是隔離法、一種是鍍層法。

 

        隔離法通常是采用聚四氟乙烯貼膜，在法蘭安裝變送器表面貼附一張聚四氟乙烯貼膜，起到隔離介質(zhì)的作用，貼膜一般厚0.04mm。貼膜需要用耦合劑（一般是特制硅油）和變送器的金屬膜片粘在一起并需保證貼膜和膜片之間沒有空氣，并且貼膜只能應(yīng)用在180℃以下溫度且不耐磨損，使用局限性比較大，一般在低溫且相對(duì)靜態(tài)的工藝情況。

 

        鍍層法一般是指在變送器隔離膜片表面鍍金，金具有很好的致密性和耐蝕性，可以有效的延緩H 2 滲透，降低氫脆和氫滲對(duì)變送器測(cè)量的影響。

        由于氣化爐，洗滌塔液位的差壓值相對(duì)比較大，在加厚變送器316L隔離膜片的同時(shí)加厚鍍金層的厚度，不會(huì)損失多少壓力敏感度，同時(shí)卻能有效提高變送器隔離膜片的耐磨損能力和防氫滲能力，從而提高變送器的使用壽命。如圖8所示測(cè)試結(jié)果表明鍍金涂層變送器的防氫滲能力要遠(yuǎn)優(yōu)于普通316L不銹鋼膜片的變送器。在500℃下鍍金層的滲透率要比316L低12倍。

6 行業(yè)應(yīng)用前瞻

        目前在防氫滲方面行業(yè)最新的應(yīng)用是鍍金剛石膜片的變送器。在防磨損和防氫滲方面起能力要優(yōu)于鍍金膜片。該種膜片鍍層（ARC鍍層）非常薄只有1μm~2μm，盡量降低了膜片加厚對(duì)壓力敏感度的影響，據(jù)廠家公開資料其防磨損能力是普通不銹鋼膜片的10倍，是加厚不銹鋼膜片的5倍，防磨損性能優(yōu)于陶瓷膜片。防氫滲能力：500℃下，是不銹鋼膜片的86倍，是5μm鎳打底鍍金涂層的22倍,是5μm金打底鍍金涂層的16倍，是25μm金打底鍍金涂層的7倍。但是該種金剛石鍍層不耐腐蝕，在有腐蝕性介質(zhì)存在的場(chǎng)合需慎用。

7 總結(jié)

        因氣化爐、洗滌塔液位計(jì)均為煤氣化工藝中的重要監(jiān)控指標(biāo)，并進(jìn)入氣化爐安全聯(lián)鎖中（SIS），每次維護(hù)均需要辦理聯(lián)鎖解除票據(jù)，頻繁接觸聯(lián)鎖既增加了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，也增加了維護(hù)人員的工作量。必須在設(shè)計(jì)之初對(duì)液位計(jì)的維護(hù)難點(diǎn)：易堵塞、磨蝕、氫滲、集氣等作出合理的解決辦法，以避免影響生產(chǎn)平穩(wěn)。并且從各家的變送器產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用效果來看，整體鍍金膜片變送器使用壽命較短，還需要各個(gè)廠家根據(jù)對(duì)變送器實(shí)際應(yīng)用情況的考察，進(jìn)一步優(yōu)化變送器選型，以保證氣化爐液位變送器使用周期延長(zhǎng)。