天然氣氣化爐剛玉磚的燒蝕分析

第28卷第7期石油化工應用Vol.28 No.72009年10月PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATIONOct.2009石化工藝與設備++葉葉+++-天然氣氣化爐剛玉磚的燒蝕分析史勇,馬立明(中國石油寧夏石化公司,寧夏銀川750021)摘要:對8.53 MPa天然氣氣化爐剛玉磚的燒蝕進(jìn)行深入分析,得出了影響天然氣氣化爐剛玉磚的燒蝕的原因。關(guān)鍵詞:天然氣氣化爐;剛玉磚;燒蝕;分析中圖分類(lèi)號:TE963文獻標識碼:A文章編號:1673-5285( 2009 )07-0076- 04Analysis of ablation on natural gas gasifier corundumbrickSHI Yong,MA Liming(PetroChina Ningxia Petrochemical Company, Y inchuan Ningxia 750021,China)Abstract:Gas gasifier corundum brick ablation depth analysis of the impact of natural gasgasifier obtained corundum brick ablation causes.Key words:gas gasifter ;corundum brick ;ablation; analysis本廠(chǎng)氣化爐是20世紀80年代初期從日本引進(jìn)，從爐襯結構。美國德士古公司專(zhuān)利。1988 年6月投入使用,最初以本文主要從磚本身質(zhì)量和爐襯結構來(lái)探討其對內渣油為原料,2007年2°氣化爐油改氣后，全部以天然襯的壽命影響。氣為原料,在操作溫度1 350 C、壓力8.53 MPa的條件下燃燒產(chǎn)生工藝氣。氣化爐耐火磚的壽命主要從三個(gè)1內 襯耐火材料的理化性能方面展開(kāi)研究:①從工藝方面解決②從磚本身質(zhì)量③表1耐火磚理化性能序號理化指標剛玉磚.氧化鋁空心球磚泡沫粘土磚耐火度C≥2 00021 7102顯氣孔率1%≤19≥45≥53容重(gm)≥3.2≤1.8.14抗壓強度(常溫)MPu≥7≥1235荷重軟化點(diǎn)(0.2 MPa)C317506耐急冷急熱次數: 000C空冷≥20≥10A1L0,1%≥99≥98.3≥32.8SiO2/ 9≤0≤0.8≤63.59_FeD, 1%≤1.2中國煤化工-MYHCNMHG*收稿日期:2009-07-12作者簡(jiǎn)介:史勇,男(1963-),寧夏石化公司機動(dòng)處技術(shù)員,1984年畢業(yè)于華南理工大學(xué),現主要從事設備管理耐火材料、防.腐保溫等技術(shù)工作。第7期史勇等天然氣氣化爐剛玉磚的燒蝕分析77表2澆注料理化性能2氣化爐操作條件序號理化指標澆注料1組分組威1%AlO, 90.60.CG08.87 .Nae0 0.2、FeO, 0.112.1天然 氣原料的化學(xué)成份2抗壓強度MPa105 Cx10 h≥6、1500 Cx3 h≥13天然氣原料化學(xué)成份:3抗折強度/MPa105 Cx10 h≥7.9、1 500 Cx3 h≥6.54線(xiàn)變化率/1 500 Cx3 h+0.8%甲烷,還含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一表3火泥理化性質(zhì)氧化碳、硫化氫等。剛玉高鋁磚用泡沫粘土磚用操作溫度- -1 320~1 380 C一般控制在1 350 C;灰漿操作壓力- -8.53 MPa;A20, 1%≥97≥50爐內氣體流速一-7~9 m/s;粉末度% 0.59mm 以下100≥60100≥400.074mm以下噴嘴涉及能力一700 tUd;3粘結時(shí)間1s .60-18060-~180爐膛體積- -5.1 m'。表4剛玉磚的尺寸公差磚尺寸/m50~100100-150150~200200-3003耐火內襯的燒損情況日本磚要求/mm+1.5 .+2.0+2.5洛耐院產(chǎn)品出差t0.2~+1.2 +0.3~+40.8 +0.3-x0.8 +0.2~+0.8表5耐火內村燒蝕情況時(shí)間I"爐燒蝕情況2*爐燒蝕情況,2007.5.1~-10.1321*.22* 磚鬟碎20*磚燒蝕15mm2007.5.1-10.1321*.22* 磚裂碎20" 磚燒蝕20 mm10.13-075.2321*.22* 磚裂碎20磚燒蝕25mm10.13~07.6.1722*磚裂碎一層大修摸頂19-20磚燒蝕依次加重。11減薄10 mm,5.23-9.820*減薄45 mm,直筒熱電偶以下I'.2* 磚燒蝕剩20-~6.17-9.6大修(與!"爐情況相同) .10* mm。爐底5.6、7"、8*磚燒沒(méi)。20"磅完好,6*磚成坡?tīng)?直筒q1400-q1395底φ1410~20"磚完好,6°燒蝕嚴重,直筒φ1 395q-1 390 mm底2008.1.1φ1415mmφ1415-p1410 mm2008.5.4兩層22*磚燒沒(méi)21'磚剩30-40 mm 20磚水平度變形兩層22磚燒沒(méi)21*磚刺3040mm20磚水平度變形15 mm10mm.2008.6.3大修拱頂燒蝕輕微,爐底及直筒熱電偶往下燒蝕嚴重, .2008.5.26大修(與1*爐相網(wǎng))剩20mm6*磚燒沒(méi)4"、5*磚所剩無(wú)幾,7剩25mm厚8*剩40mm.65、7°磚燒沒(méi)27*、28磚燒蝕15 mm,直筒φ1 430 mm~2008.8.312008.10.19厚。直筒φ1 500-~φ1 450底φ1 440~p1 430φ1 440 mm底φl(shuí) 450~φ1 445 mm反應:4耐火 內襯燒蝕機理(1) SiO2( 固)+ H2(>1120C)-→SiO↑+H20↑Si02(固)+CO-→>Si0↑+CO2↑4.1 還原反應(2) Fe202( 固)+ H- +FeO(固)+H20↑爐膛內是強還原性氣體H2、CO、CH4等,高溫中國煤化工)+ co2↑1 350 C,高壓8.53 MPa。停爐降TYHCNMHG剛玉磚中SiO2含量0.2 %,Fe203含量0.15 %,在.(3) Si0(氣)+ 02→SiO2(固)高溫、高壓下?tīng)t內氣體與磚中氧化硅、氧化鐵發(fā)生如下(4) FeO(固) + 02→Fe2O,(固)78石油化工應用2009 年第28卷氧化硅與氧化鐵的還原，氧化反應同時(shí)伴有很大以V2Os為甚。從V205-Al203.CaO -V20s 兩個(gè)二元系的體積膨脹效應,從而引起制品內部應力不斷變化,破相圖可 以看出:V2Os熔點(diǎn)僅為670 C,與Al2O3共存時(shí)壞磚|的原始檐溝,使制品氣孔率增大,強度降低,產(chǎn)生最低熔點(diǎn) 640 C,與CaO共存時(shí)最低熔點(diǎn)僅為618 C。破壞和剝落。若系統中V20s含量很低，則V205-Al203、Ca0- -V2O,4.2侵蝕作用系統出現液相溫度較高,危害也較低,但氣化爐爐底在經(jīng)本廠(chǎng)對熔渣化學(xué)成份分析整個(gè)氣化過(guò)程中沉積較多,對磚襯侵蝕嚴重。表6熔渣化學(xué) 成份/%LSiO, Al2O, Fe0， CaO MgO V:O, Ni0 C耐火度C100-24.68 31.46 0.93 38.88 0.69 0.43 0.74 0.151 320V20,+LAI,O,+L640C化學(xué)分析結果表明,CaO .SiO2.Al2O3為熔渣主要60V,0+AlO成份,還有少量其他氧化物。CaO大量富集與磚中Al2O300」V,0,+AL,O.反應生成低熔點(diǎn)礦物,并包圍侵蝕剛玉磚顆粒,破壞了AL,0,%Al2O,剛玉磚的晶粒間直接結合,從而降低了磚的高溫強度。圍3 V0s- -Al2O,相圈圖1表示SiO2- -Al2O3二元系相圖,從相圖可看出心1380C存在一種化合物AS2(莫來(lái)石),是異分熔點(diǎn)化合物。當1200溫度達到1810C時(shí),AS2分解為Al203晶體和溶液1000Lp:A$S2 Al203+Lp。當溫度低于1 810 C時(shí),溶液Lp和778C固體Al2O3又形成固體A,S:Lp+ Al2O, ASr ,產(chǎn)生包晶800轉變,新生成的固體AS2包在固體Al2O3粒子外面。從6?00 1020 3040 50相圖可看出1 810 C是包晶線(xiàn)。V,0Ca0%Ca0圍4 Ca0-V2O, 相圍2000-1900-10cL+ AltO,4.3沖刷作用1800德士古燒嘴的設計流速為:渣油3~15 m/s,氧氣100 ]L+ AsS;60~80 m/s,實(shí)際上爐內氣體綜合流速為7~9 m/s,在高1600-1545CAsSa+A1:O,建氣流和熔渣的作用下，強化了熔渣與磚反應形成的010203040506070 8090 100低熔物和因渣滲透在離磚熱面不同距離產(chǎn)生的裂紋而A1z0r引起剝落的進(jìn)程。圍1 Si0-AlO,相圍4.4 熱震作用從圖2 CaO- -Al2O3二元系相圖可清楚看出,殘磚氣化爐襯里的熱震產(chǎn)生來(lái)自停爐、廢渣、檢修和操熱面的侵蝕反應變質(zhì)層中形成的主要礦相CnA7.CA作過(guò)程的溫度波動(dòng)兩個(gè)方 面。無(wú)疑:溫度波動(dòng)將在磚內的熔點(diǎn)分別為1 415 C、1 600 C.C1A7與CA共存時(shí)，部薄弱處產(chǎn)生熱反應,致使磚產(chǎn)生裂紋,并不斷擴大,最低共熔溫度為1 390 C?，F系統中存在SiO2,則平衡最后以片狀或塊狀離開(kāi)磚體。體系共熔溫度降至1 335 C,包晶線(xiàn)也隨之降低。系統5結 語(yǔ)中還同時(shí)有Fe2O3.Na2O .V2Os等平衡系統的最低共熔溫度有可能降至1 200 C左右。氣化爐剛玉磚燒蝕的原因是:1熔渣滲入磚內與 Al2O3反應，產(chǎn)生包晶轉變溶1心C2001875C解Al2O,破壞磚的結構。1800-2熔渣沿磚 氣孔通道進(jìn)入磚內,形成段帶,使磚變質(zhì)而剝落。IS35C4503磚受高溫. 高壓氣流和熔渣的強烈沖刷作用和1400- 21HC熱震中國煤化工120010203040S06070809010MHC N M H G還原、氧化反應,造成AIiO,Co磚內應力增大,氣孔率增大,強度降低。圍2 CaO-Al]0, 相圈5氣化爐內襯結構的不 合理,造成沖刷和雜質(zhì)沉熔渣中諸組分對剛玉磚的有害影響毋庯置疑,尤積嚴重。