２ ０磊１年月３ ２ Ｃｈ中国化工贸易 ｉｎａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｒａｄｅ 脉冲声波吹灰器在常减压装置上的应用 李国林 （中海油气（泰州）石化有限公司。江苏泰州２２５３００） 墨 鼹备 摘要：脉冲声波吹灰器是激波吹灰和声波吹灰技术相结合的产物。它通过激波吹灰器的发生装置与声波导管的结构组合，改变发生装置的工 作模式，发挥声波、激波两项吹灰技术的优点，消除了各自的缺陷。通过将声波和冲击波吹灰产品的耦合、匹配设计，结构紧凑、小巧便携、维护更换 方便灵活；设计有连续可调的快速作用模式，相对于激波吹灰器，工作过程更加简单可靠、效率高、介质消耗低。该种在管排结构紧凑、中等粘性积灰 的燃烧炉、加热炉和余热回收系统有广泛使用。 关键词：脉冲声波吹灰器加热炉效率积灰 Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｌｓｅ ｓｏｎｉｃ ｓｏｏｔｂｌｏｗｅｒ ｏｎ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ａｎｄ Ｖａｃｕｕｍ Ｕｎｉｔ Ｌｉｇｕｏｌｉｎ （ＣＮＯＯＣ ＯＩＬ＆ＧＡＳ（ＴＡＩＺＨＯＵ）ＰＥＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＣＯ．，ＬＴＤ，ＪＩＡＮＧＳＵ。ＴＡＩＺＨＯＵ，２２５３００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｕｌｓｅ ｓｏｎｉｃ ｓｏｏｔｂｌｏｗｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ａｎｄ ｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ．Ｉｔ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｏｒｋ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｂｙ ｃｏｍ－ ｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｄｉｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｏｆ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｓｏｏｔｂｌｏｗｅｒ ａｎｄ ｓｏｎｉｃ ｃａｔｈｅｔｅｒ ｏｆ ｓｏｎｉｃ ｓｏｏｔｂｌｏｗｅｒ．Ｉｔ ｃａｎ ｐｌａｙ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｂｏｔｈ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ａｎｄ ｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｔｈｅｉｒ ｄｅｆｅｃｔｓ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｄ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｍｐａｃｔ，ｃｏｎ－ ｖｅｎｉｅｎｔ ａｎｄ ｆｌｅｘｉｂｌｅ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ｈａｓ ａ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｑｕｉｃｋ—ａｃｔｉｎｇ ｍｏｄｅ，ａｎｄ ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃａｎ ｂｅ ｍｏｒｅ ｓｉｍｐｌｅ， ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｌｏｗ ｍｅｄｉｕｍ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｉｔ’ｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｏｍｐａｃｔ ｆｏｕｌｉｎｇ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｆｕｒｎａｃｅ、ｈｅａｔｅｒ ａｎｄ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｐｕｌｓｅ ｓｏｎｉｃ ｓｏｏｔｂｌｏｗｅｒ Ｈｅａｔｅｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｆｏｕｌｉｎｇ 一、吹灰器概况 工作模式，发挥声波、激波两项吹灰技术的优点，消除了各自的缺陷。 长期以来锅炉、加热炉的换热管线积灰结焦一直是个老大难问题， ２．工作方式 它使受热面的热阻增加，是导致换热效率下降的主要原因之一。由于 脉冲声波吹灰产品使用的介质是可燃气和空气。通过混合发生组 受不同品质燃料（燃煤、燃油、燃气）的影响，在大部分炉子上都存 件将燃气和空气混合后点燃，使中心工作区域内的气体瞬间膨胀、升 在积灰，或者结焦现象。情况严重时可能引起炉管的腐蚀和意外停工， 压、震荡，设备工作时能够在１分钟内连续完成６０—１２０次充气一混 造成重大的经济损失。为此人们曾经采用蒸汽吹灰、高压水力吹灰、 合一点燃一能量输出的工作步骤，从而产生连续、高速、强噪声的气 除灰等传统除灰技术；上述措施尽管在某些场合有一定的效果， 体震荡冲击，然后经声波导管将强噪声耦合为特制频率的高强声波传 但从总体来说，它们都普遍存在诸如： （１）除灰范围有限，存在死角 递至炉内；而连续、高速的气体震荡经声波导管的引导，以扩散降能 死区； （２）能耗高； （３）设备可靠性差； （４）维修费用大； （５） 的方式向炉内换热面传递，降低高强的冲击力同时，扩大了吹扫作用 对炉子有副作用（６）辅助设备庞大，操作复杂等诸多问题。 区域。 吹灰技术发展至今，市场上主流的在线吹灰产品有三大类：激波 单台脉冲声波吹灰器在使用时相当于声波吹灰器和激波吹灰器同 吹灰器、声波吹灰器、蒸汽吹灰器。 时工作，这样的作用模式首先可以发挥声波吹扫范围广，无死角的优 激波吹灰器采用燃烧的方法产生冲击波，利用冲击波清除锅炉受 点；以及激波冲击能量高，对结焦粘性积灰效果显著；此外通过扩散 热面的积灰。其原理是利用可燃气体如：煤气、天然气、液化石油气、 式引导，降低了冲击波的指向性，以及冲击能量，避免了冲击造成的 乙炔等，与空气按照一定的体积比例后，均匀混合，在特殊设计 破坏。 的燃烧室内产生爆燃、爆轰，经输出管上的喷１：３发射出脉冲激波。能 ３．适用范围 量被引导至被作用管柬附近，以高温、高速的气流伴随者巨大的声强 脉冲声波吹灰器主要适用于炉内管排结构紧凑、炉膛空间中等往 作用到换热管柬表面，通过波形扰动、气流冲刷、高温膨胀、声压震 下、积灰情况为中等粘性和松散型的燃烧炉、加热炉、余热回收、中 荡以及冲击振打等多种模式的综合作用，达到清除管束表面积灰的目 小型煤粉锅炉等工业现场。 的。激波的作用力相对较大，对于结焦和粘性积灰效果显著，但也会 三、脉冲声波吹灰器的技术特点 ． 对炉体造成一定的损伤。 １．结构紧凑、小巧便携、单元模块化组装，维护更换方便灵活； 声波清灰技术是利用声学、振动学和疲劳学等学科的原理，通过反 ２．强制旋流混合结构，燃气和空气的混合更加均匀，有利于脉冲声 复切断压缩空气的流通，产生气流的扰动和震荡产生高强噪声，通过 波的产生； 声波导管将噪声耦合后产生一定强度的声波能量，再将其送入运行中 ３．锥孔疏散结构，保证混合气体能够均匀的进入并且充满中心工作 炉体内的积灰区域，通过声波能量的作用使这些区域中的粉尘颗粒产生 区域，在点火工作时能够产生更大、更多的能量释放 同时将反向冲 振荡，破坏和阻止它们之间的相互结合，以及与热交换器表面之间的结 击能量消弱、分散，再由后续的消焰、阻火结构和设备将其完全消除， 合，使它们始终处于悬浮流化状态，以便烟气流将其带走，或靠重力自动 保证电气设备的安全运行； 脱落，达到清灰的目的。由于声波能量在作用空间内会发生折射、绕 ４．按照声波传递特性曲线设计频率匹配的声道管，将高速扰动的气 射、声强叠加等作用，其吹扫范围无死角，但是声波的作用力相对较 流所产生的高强度噪音，凝聚耦合后，稳定的输出低频率、高声强的 小，对结焦和粘性积灰没有效果。 声波能量；同时将震荡波能量降低到适用范围内输出； 蒸气吹灰器是利用锅炉产生的过热蒸汽进行清灰的一种技术，它 ５．通过结构改进和电器件工作频率的筛选，设计出连续可调的快速 将高压过热蒸汽通过一固定在炉膛内部的喷，以极高的速度和力度 作用模式，相对于激波吹灰器，工作过程更加简单可靠、效率高、介 喷射至换热面管排上，利用高压冲刷、热应力剥除等作用模式使换热 质消耗低。 面上的积灰脱离附着面，随烟气流被带走。蒸汽吹灰器的作用力也比 四、脉冲声波吹灰技术的创新点 较大，对于结焦和粘性积灰效果显著，但是蒸汽吹灰经常会导致烟气 １．通过将声波和冲击波吹灰产品的耦合、匹配设计，使设备在工作 湿度增加；在炉体的冷端更容易造成积灰凝结堵塞烟道，甚至会使腐 时，能够同时输出频率稳定的高声强声波能量和中等强度、无指向性 蚀加剧。 。 的冲击波能量； 二、ＴＨ—ＭＳ脉冲声波吹灰器的技术原理与工作方式 ２．设备能够快速、高效、稳定的完成空气和燃气混合一点火一输 １．技术原理 出的工作步骤，工作频率为６０—１２０次，分钟； 脉冲声波吹灰技术是激波吹灰和声波吹灰技术相结合的产物。它 ３．强制旋流混合结构，使气体混合更加均匀充分； 通过激波吹灰器的发生装置与声波导管的结构组合，改变发生装置的 ４．锥孔疏散结构，保证混合气体均匀扩散至整个中心工作区域，增 ＾掰 ｅ 巷 ｅ露琏 ｅ０｝乳 ０ｎ ｌ 墓ｌ髓 ： ：毫 萎鞠 ｅ 舞０堍∞ 。ａｉ Ｔ￣－ａｄｅ ｌ中国化工贸易１ ０２７ 壬艺儇务 中国化工贸易 Ｃｈｉｎａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｒａｄｅ 月 气化炉内壳体裂纹焊接修复 景奇东 （哈尔滨市燃气压力容器检验所。黑龙江哈尔滨 １ ５００００） 某厂一台气化炉为ｍ ＭＲ夹套容器。该容器高１３９００ｍｍ，外径 ４０００ｍｍ，容积７８ｍ。，内外壳体间距１５０ ｍｍ。设计压力为３．０ ＭＰａ。 夹套内工作压力为２．８Ｍｐａ，工作温度为２７０℃，介质为水和蒸汽。内 壳体内工作压力为２．７ＭＰａ，按不同区段工作温度在４００—１０００℃之间， 介质为煤、水、蒸汽、ＣＯ、ＣＯ 、Ｈ 、ＣＨ 、 Ｓ。内壳体内径３６３６ ｍｍ，材质为复合板，基材材质为ＨⅡ，厚为２８ｒａｍ，复合层材质为 Ｘ２ＣｒＮｉＭｏＮ２２．５双相不锈钢，厚为４ｒａｍ。该气化炉设计时内壳体内 有砖衬，后拆除，复合层直接与火焰接触。该容器于１９９４年８月投入 清除，再用打磨或机械方法加工成坡口，打磨或机械方法加工深度应 运行，２０１１年４月发现内壳体开裂。 一、经裂纹产生原因分析：气化炉内壳体裂纹应为热疲劳 裂纹 不锈钢复合层中铁素体分解导至不锈钢脆化是产生热疲劳裂纹的 抗冷裂纹性能好的Ｅ４３１５。３．焊接修复过程 主要原因。不锈钢复合层中铁素体发生严重分解导至不锈钢脆化的主 ３．１基材及窗口镶补板的焊接 要原因是未按原设计在气化炉内壳体内加砖衬，使不锈钢复合层表面 焊前坡口附近要予热到１００—１５０℃，焊接过程中层温控制在 长期与火焰直接接触，表层温度过高（可能在６００℃以上）使得不锈 ２ｍｍＥ４３１５焊条焊接， 钢复合层特别是表层中铁素体明显分解，导至不锈钢复合层母材和焊 １００—２５０℃。打底焊及二、三层焊道采用 ３．０ ｍｍＥ４３１５焊条焊接。为了减少焊接应力，焊接电 缝脆化。其次，不锈钢复合层焊接时，当焊接热影响区和焊道重热区 四层以上采用 ４．最高温度在１３００一ｌ１００℃（过热区）范围内时，将使不锈钢复合层中 流要小，层间要进行锤击。基材坡口要用４３１５焊条焊满，但电弧不要 铁素体含量增加（含量可达９０％），温度在６００—９００℃范围内时将使 烧到复合层，以免不锈钢金属熔入碳钢焊缝，引起焊接冷裂纹。焊接 铁素体发生分解。焊接修复时由于金属多次重复受热进一步加速了铁 过程每层都要进行检查以避免产生裂纹和夹渣等缺陷。基材及窗口镶 Ｔ４７３０—２００５进行超声波及渗透探伤，Ｉ级 素体分解。铁素体含量越高，分解越严重，脆化也越严重。这也是裂 补板的焊接完成后按ＪＢ／ 纹主要产生在复合层焊缝熔合线和焊缝焊道搭接线的主要原因。气化 合格。３．２不锈层焊接修复 炉内壳体产生热疲劳裂纹的原因是气化炉运行中存在急起急停（急冷 内壳体不锈层修复用焊接材料为Ｅ２２０９焊条。但在清除裂纹时露 急热）．现象。内壳体内外工作压力基本相等，由压力引起的工作应力 很小，起停（冷热）引起的热应力是内壳体承受的主要应力。由于不 出碳钢部分、Ｅ４３１５焊缝表面以及窗口镶补板内表面均需先堆焊一层 ２ｍｍ的Ｅ３０９ＭｏＬ焊条。为防止焊接 锈钢热膨胀系数大且与碳钢热膨胀系数相差较大，急起急停必然在内 过渡层。过渡层焊接材料为 ３． 壳体内外壁之间产生过大的交变附加应力，其最大值出现在复合层表 过程复合层发生剥离，堆焊过渡层时要先焊复合层与基材的结合处。 面。脆化最严重的焊趾部位和焊缝重复返修部位是裂纹优先形成部位。 为了提高堆焊金属的韧性，堆焊时夹套内充满水，控制层温耋６０℃。从金相组织和机械性能上看，明显劣化现象仅发生于不锈钢复合层表 电弧长度要稳定，要添满弧坑以防止热裂纹和火口裂纹。过渡层堆焊 面，碳钢基材未见脆化倾向。不锈钢复合层尚有足够的韧性，经焊接 完后焊缝表面要进行清理打磨，去掉过高焊缝，检查表面有无裂纹、２ｒａｍ的Ｅ２２０９焊条，堆焊工艺与过 修复后弯曲性能可满足工作要求。考虑到内壳的工作条件（低工作应 夹渣等缺陷。不锈层堆焊用 ３．渡层相同。焊完后堆焊层要比原复合层高０．８—１．０ｍｍ。焊后对所有补 力），可以认为：开裂部位可通过焊接方法修复。 焊焊缝进行２０％超声波探伤和１００％渗透探伤，按ＪＢ／Ｔ４７３０—２００５ Ｉ 二、焊接修复 级合格。 １．需焊接修复部位 气化炉内壳体探伤发现存在裂纹部位、复合层剥离部位、取样开 窗口部位均需焊接修复。较浅裂纹（复合层内）、剥离的复合层采用砂 轮打磨或机械方法清除裂纹和剥离部位。较深的裂纹可先用碳弧气刨 不小于３ｒａｍ，以清除碳弧气刨的热影响区。裂纹、剥离部位清除后用 渗透探伤方法检验坡Ｉ：１，以确认缺陷全部清除。对于裂到基材的裂纹 清除后还应进行酸浸蚀检验，以确定不锈钢和碳钢的分界线。 ２．焊接修复所用材料 因未发现裂纹与原复合层及焊接材料有直接关系，考虑到焊接修 复所用材料与原复合层材料腐蚀性能和机械性能相匹配，复合层不锈 钢裂纹部位和剥离部位焊接修复所用材料应与原设计一致。过渡层材 料选用Ｅ３０９ＭｏＬ９（铁素体含量约为８－１０％），不锈层选用Ｅ２２０９ （铁素体含量约为４０％）。ＨＩＩ钢与２０ｇ性能相近，窗Ｉ＝１镶补材料选用 ２８ｒａｍ厚２０ｇ板，基材的焊接材料选用性能与２０ｇ及ＨⅡ钢相匹配， 三、修复后运行情况 气化炉内筒体焊接修复完成后加砌了衬砖，然后严格地按起停炉 规程投入运行。从六月至今运行正常。 强工作时所释放的能量；同时对反向冲击能量起到消弱、分散的作用； 五、脉冲声波吹灰的安全自动保护 １．吹灰时每层电动球阀互为连锁，即每次吹灰只能打开１个电动 球阀，而且只能打开１个电动球阀； ２．电动球阀开关时间过长报警； １．能量集中，除灰彻底；除灰覆盖面可达９５％； ２．温降明显，显著提高炉子效率； ３．强度可调，适用于各种积灰，对粘性和牢固性积灰效果更佳； ４．形状可控，适应不同形状的受热面； ５．安全可靠，全自动控制（也配有手动控制按钮），免维护； ３．电动球阀开关互锁，否则报警； ４．燃气通断由双电磁阀控制，确保安全。 ． 六、经济性 脉冲声波吹灰器的运行成本很低。按一般锅炉常用的ＴＨ—ＭＳ脉 冲声波吹灰器来说，其一次爆破所需的总能量小于３０克标煤在燃烧时 的总发热量。脉冲声波吹灰器为间隔式工作方式，大部分时间处于不 工作状态。因此，脉冲声波吹灰器的运行成本极低。如果使用现场有 现成的燃料气，例如乙炔或炼厂干气、液化气等，则整个运行成本相 当低廉。 ６．性能价格比合理，运行成本低。 ７．吹灰器本身安全可靠，吹灰时也不会损伤锅炉的任何部件。 八、问题与建议 在检修过程中，发现常减炉对流段ＩＩ的效果不太理想，建议两炉 在对流段Ｉ与ＩＩ之间各增加一层ＴＨ—ＭＳ脉冲声波吹灰器（２个），这 样吹灰效果更好。 参考文献 ｌｌ钱家麟管式加热炉（第二版）北京：中石化出版社，２００３ ２Ｉ徐奇焕激波吹灰装置及其应用效果分析水利电力机械２０１ｌ ３涨锡鹏主编炼油工艺学北京：石油工业出版社，１９８９ 七、使用效果 常减压装置使用ＴＨ—ＭＳ脉冲声波吹灰器以来，效果较好，主要 体现在以下几个方面 作者简介：李国林（１９６５一），男，江苏泰州人，１９８８年毕业于华东理工大学石油炼制专业 主要研究方向为石油化工方向。 ０２８ Ｉ中国化工贸易１ Ｃｈｉｎａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｄｅ ＷＷＷ ｃｉ￣ｅｍｍｅｄｉａ．ｃｏｎｓ 中 化工信息
