李准
（河南开祥精细化工有限公司，河南 义马472300）
［摘 要］壳牌气化炉广泛应用于煤化工领域，已在国内实现长周期稳定运行，而气化炉环形空间（环隙）超温是制约其长周期运行的关键因素。河南开祥精细化工有限公司200 kt/a甲醇装置1台投煤量1 100 t/d的壳牌气化炉自2008年6月试车以来，最长A级连运周期达235 d、B级连运周期达287 d，随着运行周期延长，气化炉内腐蚀、磨蚀导致的环隙超温问题逐渐凸显，不仅可能触发ESD联锁停车，还可能造成设备外壳烧蚀、泄漏。结合气化炉实际运行数据，从设备构造入手，通过对环隙超温核心诱因即窜气（带水冷壁内人孔有漏点、炉体膨胀节及连接板窜气、A5人孔内8个膨胀节窜气、激冷段平台反吹密封板窜气）的系统性分析，采取设备本体优化改造（含设备材质升级）、工艺操作优化等系统性防控措施后，近五年的运行过程中气化炉环隙温度稳定在设计值内，再未出现过因环隙超温触发的联锁停车事件，保障了气化系统的安全、稳定、长周期运行。
［关键词］壳牌气化炉；环形空间；超温；窜气部位；原因分析；防控措施；设备本体优化改造；工艺操作优化
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2026）03-0011-04
0 引 言
壳牌（Shell）干粉煤加压气化技术作为第二代煤气化工艺的典型代表，以转化率高、原料适应性强等优势广泛应用于煤化工领域，壳牌气化炉已在国内实现长周期稳定运行，而气化炉环形空间（简称环隙）超温是制约其长周期运行的关键因素。河南开祥精细化工有限公司（简称河南开祥）200 kt/a甲醇装置气化系统配置1台投煤量1 100 t/d的壳牌气化炉，自2008年6月试车以来，气化炉最长A级连运周期达235 d、B级连运周期达287 d。随着运行周期延长，气化炉内腐蚀、磨蚀导致的环隙温度异常问题逐渐凸显，环隙超温，不仅可能触发ESD联锁停车（联锁值为335 ℃，二选二联锁），还可能造成设备外壳烧蚀、泄漏，危及系统的安全稳定运行。为此，结合河南开祥壳牌气化炉的实际运行数据，从设备构造入手，系统性分析环隙超温的核心诱因，采取设备本体优化改造（含设备材质升级）、工艺操作优化等系统性防控措施后，收到了良好的效果。
1 壳牌气化工艺原理及气化炉环形空间构造
1.1 壳牌气化工艺原理
壳牌气化炉为气流床反应器，煤粉、氧气在高温（1 400～1 600 ℃）、高压（操作压力≤4.0 MPa）下经4个三套管式煤烧嘴喷入壳牌气化炉炉膛，瞬间完成燃烧、裂解、转化等反应，最终生成以CO、H2为主的粗合成气——反应初期以碳、挥发分的燃烧反应为主，氧气耗尽后进入气化反应阶段，生成以CO、H2为主的粗合成气，粗合成气经激冷、冷却后送下游部分变换系统。
1.2 壳牌气化炉环形空间结构与参数
壳牌气化炉（V1301）由外壳和内件两部分组成[按施工组成与热应力分布则分为燃烧室、激冷输气管段、气体返回室（GRC）和合成气冷却器四个部分]，内件水冷壁的作用是吸收气化炉内燃烧的辐射热，外壳为承压部件，生产过程中，若温度过高造成设备失效、材料发生变化，有泄漏风险；气化炉外壳与水冷壁之间有一个环形空间（环隙），环形空间压力略高于气化炉内部压力，靠“平衡孔”保持内外压力平衡。1.2.1 气化炉基本参数（表1）
1.2.2 环隙压力平衡及超温影响
壳牌气化炉环隙通过各平衡孔与炉内压力保持一致，若密封处存在缺陷，炉内部高温气体会进入环隙，造成设备外壳局部烧蚀或超温联锁停车（气化炉各部位材质、设计温度详见表1）。为防止超温造成设备本体损坏，设置环隙温度联锁值为335 ℃（ESD系统任意温度点二选二联锁），一旦联锁保护触发停车，系统泄压置换、消缺检修。
1.2.3 环隙泄漏情形
壳牌气化炉运行过程中，环隙超温现象不同且漏点位置不同。一般环隙漏点较小，造成局部超温或间歇超温，不会引起联锁停车，经评估在可控范围之内时系统可继续运行，此种情形通常会随着系统后续的平稳运行其漏点逐渐减小甚至恢复至正常操作状态；也可针对漏点位置尝试采取一定的措施以减小泄漏量，以利延长系统运行周期；若泄漏气体伴随着飞灰进入环隙，随着系统运行时间的延长，积灰在隔板上方累积，会造成气化炉压力测点仪表示数失真，停车后后续置换、降温、清理难度较大，此种工况不建议维持系统运行，应及时停车处理。
2 壳牌气化炉环隙及其温度分布情况
壳牌气化炉环隙分为三个部分，通过A5人孔环隙底部隔板和A11人孔环隙底部隔板分隔，分别为渣池（A1人孔）环隙、炉膛（A5人孔）至返回室（A11人孔）环隙、合成气冷却器（A12人孔以下）环隙。
2.1 渣池（A1人孔）环隙
渣池平衡孔位于渣池喷淋环上方，在热裙与喷淋环总管之间有50 mm宽的环形空间；煤烧嘴切线圆夹角4°，系统运行过程中，反应物料与气流顺时针向上，液态渣在离心力作用下沿炉壁下流，其在渣口落下过程中随气流顺时针向下，落入渣池激冷为固态渣。
2.2 炉膛（A5人孔）至返回室（A11人孔）环隙
壳牌气化炉炉膛平衡孔位于激冷盒下方底板上，15 mm圆孔圆周布置，处于A3人孔激冷盒下方，维持环隙与气化炉压力平衡。激冷段所在环隙温度测点（13TI0025-0028），正常运行期间在250 ℃以下；4个煤烧嘴所在环隙温度测点（13TI0029-0032），正常运行期间在250 ℃以下；气体返回室所在环隙温度测点（13TI0035），正常运行期间在265 ℃以下（气化炉环隙与气体返回室环隙测温点布置如图1）。
2.3 合成气冷却器（A12人孔以下）环隙
依靠合成气冷却器出口与环隙平衡压力，合成气流经过热器、蒸发器，出口温度降至设计值335～340 ℃；环隙温度测点自上往下依次为13TI0033、13TI0034、13TI0062，正常运行期间在310 ℃以下。
3 壳牌气化炉窜气部位及原因分析与防控措施
综上，窜气（即炉内高温粗合成气通过设备密封缺陷进入环隙）是导致壳牌气化炉环隙超温的核心诱因，结合设备结构与运行工况，关键窜气部位的分析及其防控措施如下。
3.1 带水冷壁的内人孔有漏点
带水冷壁的内人孔（关键部位A2、A11、A12），既是设备检查与检修的重要通道，又通过内部水循环吸收高温辐射热，若其密封面或挡板存在腐蚀泄漏，会导致环隙超温，且超温幅度因泄漏量、泄漏位置的不同而存在差异。
3.1.1 结构与材质
更多内容详见《中氮肥》2026年第3期