引言

        煤气化是煤化工行业上游的核心技术。煤在高温高压条件下，与气化剂反应，转换成以合成气（CO/H 2 ）为主要成分的气体产物和少量残渣。气化装置中有大量H 2 存在，由于H 2 的物理化学属性及气化装置本身的高温、高压特点造成在变送器的测量中容易形成氢渗。目前常用的压力、差压及法兰膜片安装变送器的隔离膜片材质大多为316L不能有效的防止氢渗，使用一段时间后会发生膜盒变硬、鼓包、零点漂移、输出不稳定等等现像，影响气化炉关键参数的测量，降低气化炉的运行效率，甚至造成非计划停车的潜在风险。因此，解决好氢渗等问题对气化装置的长周期稳定运行，提高生产效率有积极影响。

 

1 气化炉介绍

        气化炉是煤气化装置的核心，目前国外工艺主要有以壳牌炉为代表的干粉煤气化技术，以德士古为代表的水煤浆气化技术，以鲁奇为代表的碎煤加压气化技术。其中尤以德士古的水煤浆气化技术应用#为广泛。

2 德士古气化炉的重要测点及存在问题

        在德士古气化炉中有很多重要的温度、压力、流量测点。由于水煤浆气化的特点会造成这些仪表的测量元件磨损、堵塞、氢脆等问题。本文主要以气化炉中液位计堵塞、氢渗等问题的形成及解决方案来做着重论述。

 

 

3 关于堵塞问题讨论

        目前国内气化炉在设计之初考虑避免高压设备过多开口，把现场液位计及远传液位计利用旁通管的形式集中安装在旁通管上（如图2所示），由于旁通管水平段过长，致使旁通管内极容易积灰、堵塞，并且高压冲洗水使用效果也不好。目前本厂也出现此现象，旁通管频繁堵塞，由于气化炉先天缺陷，无法将旁通管取消，只能通过改造冲洗水来降低堵塞频率，（如图3所示），通过本次改造，将气化炉液位计因堵塞而产生的维护，从每天1次延长到每周维护1次～2次。

        建议，在后续项目气化炉设计之初，就考虑取消旁通管（如图4所示），从根本上缩短取压距离，降低堵塞出现的机率，并且引压距离缩短，使用冲洗水的效果也较好，目前周边煤化工企业如：华电榆林凯越煤化工、神木化工、兖矿榆林能化等均无旁通管设计，且应用状况也较为理想。

4 氢渗现象

        H 2 随然没有腐蚀性，但由于氢分子很小而具有极强的渗透能力，及时在大气环境中H 2 也会以各种途径进入金属材料的晶格中。若在高温、高压、高浓度氢气的协同作用下，则会大大加速H 2 的渗透能力，进入变送器隔离膜片内部，这种现场称为氢渗。

        变送器的氢渗现象主要体现在变送器的膜盒的隔离膜片上，通常隔离膜片的厚度只有100μm左右，是#薄弱的环节。在气化炉上，在高温高压高浓度氢气的作用下，隔离膜片会出现弹性失效，表面硬化，甚至有部分氢分子还透过隔离膜片造成氢渗，使隔离膜片内部出现气体、体积膨大、造成膜盒鼓包变形、变送器零点漂移、输出不稳定。

 

影响氢渗的重要因素有以下几个：

1）静压：静压越大氢渗现象就会越快。

2）温度：一般来讲H 2 在常温下对变送器是没有渗透性的，温度越高氢分子的活动性越强，渗透性就越强。

3）H 2 浓度：H 2 浓度越高，造成氢渗的可能性就越大。

4）水份含量：水份含量越低，氢分子电离为原子的可能性就越低，穿过膜片重新结合成H 2 的可能性就越低。

5）变送器膜片厚度：隔离膜片越厚H 2 的渗透率越低。但膜片厚度的增加也会降低变送器的压力敏感度。

6）隔离膜片材质：H 2 在不同的金属材料中有不同的渗透率，在目前常用的变送器隔离膜片中，H 2 在哈氏合金中的渗透率#强，其次为316L膜片，在镀金膜片中的渗透率#弱。

5 变送器防止氢渗措施

        从以上影响氢渗的因素可以看出，基于气化炉内温度、压力和水份含量不可改变的前提下，增加膜片厚度和使用低氢渗率膜片是延缓氢渗问题的#有效方法。目前阻止变送器隔离膜片氢渗的方法主要有两种：一种是隔离法、一种是镀层法。

 

        隔离法通常是采用聚四氟乙烯贴膜，在法兰安装变送器表面贴附一张聚四氟乙烯贴膜，起到隔离介质的作用，贴膜一般厚0.04mm。贴膜需要用耦合剂（一般是特制硅油）和变送器的金属膜片粘在一起并需保证贴膜和膜片之间没有空气，并且贴膜只能应用在180℃以下温度且不耐磨损，使用局限性比较大，一般在低温且相对静态的工艺情况。

 

        镀层法一般是指在变送器隔离膜片表面镀金，金具有很好的致密性和耐蚀性，可以有效的延缓H 2 渗透，降低氢脆和氢渗对变送器测量的影响。

        由于气化炉，洗涤塔液位的差压值相对比较大，在加厚变送器316L隔离膜片的同时加厚镀金层的厚度，不会损失多少压力敏感度，同时却能有效提高变送器隔离膜片的耐磨损能力和防氢渗能力，从而提高变送器的使用寿命。如图8所示测试结果表明镀金涂层变送器的防氢渗能力要远优于普通316L不锈钢膜片的变送器。在500℃下镀金层的渗透率要比316L低12倍。

6 行业应用前瞻

        目前在防氢渗方面行业#新的应用是镀金刚石膜片的变送器。在防磨损和防氢渗方面起能力要优于镀金膜片。该种膜片镀层（ARC镀层）非常薄只有1μm~2μm，尽量降低了膜片加厚对压力敏感度的影响，据厂家公开资料其防磨损能力是普通不锈钢膜片的10倍，是加厚不锈钢膜片的5倍，防磨损性能优于陶瓷膜片。防氢渗能力：500℃下，是不锈钢膜片的86倍，是5μm镍打底镀金涂层的22倍,是5μm金打底镀金涂层的16倍，是25μm金打底镀金涂层的7倍。但是该种金刚石镀层不耐腐蚀，在有腐蚀性介质存在的场合需慎用。

7 总结

        因气化炉、洗涤塔液位计均为煤气化工艺中的重要监控指标，并进入气化炉安全联锁中（SIS），每次维护均需要办理联锁解除票据，频繁接触联锁既增加了运行风险，也增加了维护人员的工作量。必须在设计之初对液位计的维护难点：易堵塞、磨蚀、氢渗、集气等作出合理的解决办法，以避免影响生产平稳。并且从各家的变送器产品实际应用效果来看，整体镀金膜片变送器使用寿命较短，还需要各个厂家根据对变送器实际应用情况的考察，进一步优化变送器选型，以保证气化炉液位变送器使用周期延长。