第46卷第2期化工設(shè)備與管道2009年4月PROCESS EQUIPMENT PIPING單元設(shè)備氣化爐優(yōu)化設(shè)計(jì)劉克,倪云唪,王宏(中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院,吉林吉林132002)摘要:通過對(duì)氣化爐在服役時(shí)期出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析,在更新改造的設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并采取相應(yīng)的技術(shù)措施,保證了更新后氣化爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,對(duì)合成氣裝置中類似氣化爐的更新改造有借鑒作用。關(guān)鍵詞:氣化爐;爐殼;襯里;優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類號(hào):TQ050.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10093281(2009)02001203Optimum Design for Gasifying FurnaceLIU Ke, NI Yun-feng, WANG HongPetro China Northeast Refining Chemical Engineering Co. Ltd., Jilin Design Institute, Jilin 132002, China)Abstract: By analyzing the problems of gasifying furnace, an optimum design with corresponding technical measure for the new gasif-ying furmace is carried out in the reform design process. It ensures that the gasifying fumace could be operated more safely andically. This optimum design may be taken as reference in other similar fumaces.Keywords: gasifying fumace; furnace shell; lining; optimum design某大型國有化工企業(yè)的合成氣裝置始建于容器,其結(jié)構(gòu)形式為立式圓筒形容器,爐殼為鋼殼1977年,1982年5月建成投產(chǎn),原設(shè)計(jì)能力為生產(chǎn)體,內(nèi)襯耐火材料。氣化爐的結(jié)構(gòu)如圖1所示。合成氣11884m3/h、氫氣11548m3/h。該裝置采用謝爾渣油加壓部分氧化造氣工藝,生產(chǎn)以CO和上封噴嘴接管H2為主要成分的原料氣,其中部分原料氣經(jīng)脫硫吊耳脫碳后,作為合格的羰基合成氣送往丁辛醇裝置;另部分原料氣再經(jīng)中低溫變換、二次脫碳、甲烷化、鈷鉬加氫后制取氫氣,大部分送往丁辛醇裝置,其余爐殼儀表接口部分送入氫氣管網(wǎng)。合成氣裝置自建成投產(chǎn)以來已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行了近25年,而裝置設(shè)計(jì)使用年限為15年,部分設(shè)備設(shè)計(jì)使用壽命為10年?，F(xiàn)部分管線和設(shè)備均已超期服役,設(shè)備、管線儀表、電氣設(shè)施腐蝕老化嚴(yán)重,存在嚴(yán)重的安全隱患,其中1氣化爐爐殼檢測不合格已報(bào)廢,氣化爐襯磚竄氣造成爐壁溫度偏髙,其他氣化體出口爐也存在類似情況。為保證裝置長周期、安全穩(wěn)定下封頭運(yùn)行,必須對(duì)存在的安全隱患進(jìn)行徹底治理,要求對(duì)圖1氣化爐結(jié)構(gòu)1氣化爐爐殼襯磚進(jìn)行更新改造。1氣化爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與技術(shù)參數(shù)1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)YH中國煤化工CNMHG市人,高級(jí)工程師。全國氣化爐作為合成氣裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一,按委員、中國石油和化工勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)工業(yè)爐設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì)委員。主要從事化照《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》屬于第三類反應(yīng)學(xué)工業(yè)爐和壓力容器設(shè)計(jì)工作2009年4月劉克,等.氣化爐優(yōu)化設(shè)計(jì)1312技術(shù)參數(shù)程中易出現(xiàn)爐磚伸縮量過大導(dǎo)致熱電偶受剪切斷裂。氣化爐技術(shù)參數(shù)見表1。24連接管路內(nèi)的耐火襯里損壞表11氣化爐技術(shù)特性由于氣化爐與廢熱鍋爐均是立式布置的,當(dāng)裝參數(shù)置正常運(yùn)行時(shí),襯里均向上膨脹,而連接氣化爐與廢器類別熱鍋爐的管道是水平布置的,其襯里與氣化爐與廢工作介質(zhì)合成氣介質(zhì)特性易燃易爆熱鍋爐村里相貫連接。當(dāng)裝置正常運(yùn)行時(shí),水平連殼體材料5MnVR內(nèi)襯耐火磚接的管路內(nèi)的耐火襯里沿水平方向膨脹。在連接點(diǎn)工作壓力(G)/MPa3.3處,就存在膨脹方向的不一致性,特別是在開車與停設(shè)計(jì)壓力(G)/MPa3.63工作溫度℃爐內(nèi):1350-1400;爐殼:150車過程中以及負(fù)荷變化而引起溫度的不斷變化時(shí)設(shè)計(jì)溫度℃爐內(nèi):1450;爐殼:200在經(jīng)過多次熱震后,易造成該處襯里損壞。2存在的問題及分析3氣化爐的優(yōu)化設(shè)計(jì)2.1爐殼焊縫裂紋3.1爐殼體材料的優(yōu)選1°氣化爐爐殼材質(zhì)為15MnVR,多年運(yùn)行后該1氣化爐原爐殼材質(zhì)為15MnⅤR,在現(xiàn)行壓力爐爐殼經(jīng)超聲波和射線無損檢測,發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷多容器用鋼板標(biāo)準(zhǔn)中已被廢止。因此,首先面臨的是處,缺陷產(chǎn)生的原因主要和當(dāng)時(shí)制造廠焊接工藝、方重新選擇氣化爐爐殼材質(zhì)。為此專門考察了類似的法等有關(guān)已無返修價(jià)值;其使用年限已超過設(shè)計(jì)壽合成氣裝置該裝置氣化爐是從國外引進(jìn)的其爐殼命15年,屬于超期服役;為了確保安全生產(chǎn),對(duì)爐殼材質(zhì)為SA387 Grll CL2(1.2cr0.5Mo)材料。該和襯里實(shí)施全面更新,勢在必行。氣化爐爐體工作溫度在204~316℃之間。由于合22壁溫超標(biāo)成氣含有H2,根據(jù)納爾遜曲線,選用鉻鉬鋼是安全在氣化爐使用過程中,由于生產(chǎn)負(fù)荷、工藝操作合適的;而對(duì)于1氣化爐的爐殼根據(jù)納爾遜曲線及超期服役等原因,1氣化爐內(nèi)襯造成竄氣、局部沖由于設(shè)計(jì)溫度未超過260℃,選擇碳鋼不會(huì)產(chǎn)生氫刷、個(gè)別部位耐火磚脫落常導(dǎo)致爐壁溫度超過230腐蝕;再從表2化學(xué)成分、表3力學(xué)性能和工藝性℃。為了保證生產(chǎn)負(fù)荷需要,長期采用氮?dú)獯祾呓的鼙?高溫力學(xué)性能以及制造、經(jīng)濟(jì)性、安全性等溫法,人為對(duì)超溫部位進(jìn)行連續(xù)強(qiáng)制降溫。各方面綜合考慮,由于鉻鉬鋼15 ArMoR焊接性能較2.3熱電偶剪斷差,焊后必須進(jìn)行整體熱處理,且材料價(jià)格也比較氣化爐襯里受熱膨脹。由于1氣化爐高徑比較高,Q345R材料綜合性能指標(biāo)好,所以選擇Q345R大屬高瘦形因此縱向總膨脹量較大在開停爐的過材料作為1”氣化爐的爐殼更為合適。表2化學(xué)成分化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%牌號(hào)0.20-0.551.20~1.600.04~0.12≤0.035≤0.0305 ArMoR0.12-0.180.15~0.400.40~0.700.80-1.200.45~0.60≤0.025≤0.010表3力學(xué)性能和工藝性能拉伸試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)交貨狀態(tài)鋼屈服強(qiáng)度Ra度/mm抗拉強(qiáng)度R伸長率A溫度/℃V型沖擊功A小1備15MnⅤR熱軋控軋或正火>36490-625中國煤化工15cMoR正火加回火>6-60450~590≥295CNMHG(下轉(zhuǎn)第22頁化工設(shè)備與管道第46卷第2期質(zhì)量高,從而能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的成品對(duì)硝。等不必要的工作,穩(wěn)定了生產(chǎn),減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,降(2)由于翅片結(jié)晶器換熱面積較大,縮短了操低了生產(chǎn)成本作臺(tái)時(shí)提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。5)新設(shè)備只采用熱水循環(huán)降、升溫,所需循環(huán)(3)原有生產(chǎn)運(yùn)行的臥式列管式結(jié)晶器化料的流量小,噸產(chǎn)品用泵電機(jī)功率小,能耗低。傳媒介質(zhì)是低壓蒸汽,而翅片結(jié)晶器是用熱水進(jìn)行(6)此新型結(jié)晶器的使用比手動(dòng)操作列管臥式化料的。工藝的改進(jìn)體現(xiàn)的優(yōu)越性主要有以下結(jié)晶器在水耗、電耗、汽耗方面大大降低,結(jié)晶得率幾點(diǎn):提高1倍多。①減少了蒸汽消耗。②減少了設(shè)備的維修。由于臥式結(jié)晶器用蒸4結(jié)束語汽進(jìn)行化料,易造成汽液在設(shè)備內(nèi)“打架”,長期運(yùn)此新型結(jié)晶器的使用,為該公司結(jié)晶裝置擴(kuò)大行易造成結(jié)晶器的局部損壞;而箱式結(jié)晶器不存在了產(chǎn)能提高了產(chǎn)品質(zhì)量減少了項(xiàng)目建設(shè)用地降臥式結(jié)晶器的化料工藝弊端,從而保證了設(shè)備能夠低了產(chǎn)品制造生產(chǎn)成本,同時(shí)在我國有機(jī)中間體生長期處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。產(chǎn)領(lǐng)域采用高性能大型化設(shè)備有了成功的嘗試,提(4)不僅結(jié)晶的進(jìn)、出料采用全自動(dòng)操控而且高了我國有機(jī)中間體生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備與綜合制造成增加了配水及化料過程的自控,在化料生產(chǎn)過程中,本的國際市場競爭能力。操作工不需經(jīng)常做開、停循環(huán)水泵,開、關(guān)水汽閥門eoeoe-ceoooocOoooooooocooo(上接第13頁)表4高溫力學(xué)性能牌號(hào)厚度/mm屈服強(qiáng)度R或R/(N·m)15MnVR>36~60≥280≥265≥245≥21015CrMoR≥240≥225≥21000≥17932氣化爐襯里優(yōu)化設(shè)計(jì)理;在爐殼內(nèi)壁噴涂耐高溫防腐隔熱涂料,以減少對(duì)該氣化爐原有爐襯工作面剛玉磚較厚,使得隔爐殼的腐蝕。熱層的厚度相對(duì)較薄,是該爐壁超溫的主要原因。3.4氣化爐與廢鍋連接部位結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)因此,應(yīng)適當(dāng)減少工作面剛玉磚的厚度,相應(yīng)增加隔將原結(jié)構(gòu)由圓柱相貫改為平面結(jié)構(gòu)。其兩襯里熱層襯里的厚度,并選用耐高溫隔熱材料。節(jié)點(diǎn)在熱膨脹過程中不會(huì)影響結(jié)構(gòu)效果。施工過程中,采取有效措施提高爐襯的密封,減少高溫對(duì)爐壁的輻射達(dá)到降低爐壁溫度的目的控4結(jié)束語制爐壁溫度在150℃以內(nèi)。氣化爐是合成氣裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一,其安3防止熱電偶剪斷的優(yōu)化設(shè)計(jì)全性和可靠性直接關(guān)系到裝置能否安全、穩(wěn)定、長周在耐火襯里設(shè)計(jì)上,應(yīng)增設(shè)托磚板,以解決襯里期、滿負(fù)荷運(yùn)行。目前國內(nèi)有多套合成氣裝置處于膨脹量過大造成熱電偶剪斷的問題。采用新型托磚超期服役狀態(tài)。本文對(duì)超期服役的1氣化爐存在板結(jié)構(gòu)減少熱量的導(dǎo)出;在托磚板外壁處設(shè)置散熱的主要問題進(jìn)行了分析,對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述,對(duì)片以降低該處的外壁溫度;逐層將襯里熱電偶孔改同類中國煤化工借鑒作用。為長圓條孔,在結(jié)構(gòu)上采取特殊的動(dòng)態(tài)高溫密封處CNMHG