氣化爐優(yōu)化設計

第46卷第2期化工設備與管道Vol.46 No.22009 年4月PROCESS EQUIPMENT & PIPINGApr. 2009●單元設備●氣化爐優(yōu)化設計劉克，倪云峰，王宏(中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院，吉林吉林132002)摘要:通過(guò)對氣化爐在服役時(shí)期出現的問(wèn)題進(jìn)行分析,在更新改造的設計過(guò)程中進(jìn)行優(yōu)化設計并采取相應的技術(shù)措施,保證了更新后氣化爐的安全、經(jīng)濟運行,對合成氣裝置中類(lèi)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)化設計中圖分類(lèi)號:TQ 050.2文獻標識碼: A文章編號: 1009-3281(2009 )020012-03Optimum Design for Gasifying FurnaceLIU Ke，NI Yun-feng，WANG Hong(Petro China Norheast Refining & Chenmical Engineering Co. Ld. , Jilin Deign Instiue, Jilin 132002 , China)Abstract: By analyzing the problems of gasifying fumace, an optimum design with corresponding technical measure for the new gasif-ying fumace is carried out in the reform design process. It ensures that the gasifying furnace could be operated more safely and econom-ically. This optimum design may be taken as reference in other similar fumaces.Keywords: gasifying fumace ; furmace 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,其結構形式為立式圓簡(jiǎn)形容器,爐殼為鋼殼1977年,1982年5月建成投產(chǎn)，原設計能力為生產(chǎn)體, 內襯耐火材料。氣化爐的結構如圖1所示。合成氣11 884 m/h、氫氣11 548 m'/h。該裝置采.噴嘴接管上封頭、用謝爾渣油加壓部分氧化造氣工藝，生產(chǎn)以CO和吊耳H2為主要成分的原料氣,其中部分原料氣經(jīng)脫硫、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'. 儀表接口部分送人氫氣管網(wǎng)。合成氣裝置自建成投產(chǎn)以來(lái)已經(jīng)連續運行了近25年,而裝置設計使用年限為15年，部分設備設計襯里一使用壽命為10年?，F部分管線(xiàn)和設備均已超期服役,設備、管線(xiàn)、儀表.電氣設施腐蝕老化嚴重,存在嚴重的安全隱患,其中1"氣化爐爐殼檢測不合格已報廢,氣化爐襯磚竄氣造成爐壁溫度偏高,其他氣化支腿~ 11人孔.氣體出口爐也存在類(lèi)似情況。為保證裝置長(cháng)周期安全穩定封頭運行,必須對存在的安全隱患進(jìn)行徹底治理,要求對圖1 氣化爐結構1'氣化爐爐殼、襯磚進(jìn)行更新改造。1氣化爐結構特點(diǎn)與技術(shù)參數收稿日期2008-12-16作者簡(jiǎn)介:劉克(1964- -) .男吉林省吉林市人,高級工程師。全國1.1結構特點(diǎn)化工工業(yè)爐設計技術(shù)中心站技術(shù)委員中國石油和化工氣化爐作為合成氣裝置中的關(guān)鍵設備之一,按勘察設計協(xié)會(huì )工業(yè)爐設計專(zhuān)業(yè)委員會(huì )委員。主要從事化照《壓力容器安全技術(shù)監察規程》屬于第三類(lèi)反應學(xué)工業(yè)爐和壓力容器設計工作。2009年4月.劉克,等.氣化爐優(yōu)化設計●13.1.2 技術(shù)參數程中易出現爐磚伸縮量過(guò)大導致熱電偶受剪切斷裂。氣化爐技術(shù)參數見(jiàn)表1。2.4連接管路內的耐火襯里損壞表1 1"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，當裝項目參數置正常運行時(shí),襯里均向上膨脹,而連接氣化爐與廢容器類(lèi)別第三類(lèi)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。當裝置正常運行時(shí),水平連殼體材料I5MnVR內襯耐火磚接的管路內的耐火村里沿水平方向膨脹。在連接點(diǎn)工作壓力(G)/MPa3.3處,就存在膨脹方向的不-致性,特別是在開(kāi)車(chē)與停設計壓力(G)/MPa3.63車(chē)過(guò)程中以及負荷變化而引起溫度的不斷變化時(shí),工作溫度/C爐內:1350 - 1400;妒殼;150設計溫度/C爐內: 1450:爐克:200在經(jīng)過(guò)多次熱震后,易造成該處襯里損壞。2存在的問(wèn)題及分析3氣化爐的優(yōu)化 設計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,多年運行后該1°氣化爐原爐殼材質(zhì)為15MnVR,在現行壓力爐爐殼經(jīng)超聲波和射線(xiàn)無(wú)損檢測,發(fā)現超標缺陷多容器用鋼板標準中已被廢止。因此，首先面臨的是處,缺陷產(chǎn)生的原因主要和當時(shí)制造廠(chǎng)焊接工藝、方重新選擇氣化爐爐殼材質(zhì)。為此專(zhuān)門(mén)考察了類(lèi)似的法等有關(guān)，已無(wú)返修價(jià)值;其使用年限已超過(guò)設計壽合成氣裝置,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),對爐殼材質(zhì)為SA387 Grl1 CL2(1. 25Cr-0. 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 C之間。由于合2.2壁溫超標成氣含有H,根據納爾遜曲線(xiàn),選用鉻鉬鋼是安全、在氣化爐使用過(guò)程中，由于生產(chǎn)負荷.工藝操作合適的;而對于1"氣化爐的爐殼，根據納爾遜曲線(xiàn)，及超期服役等原因,1"氣化爐內襯造成竄氣、局部沖由于設計溫度未超過(guò)260 C ,選擇碳鋼不會(huì )產(chǎn)生氫刷、個(gè)別部位耐火磚脫落,常導致?tīng)t壁溫度超過(guò)230腐蝕;再從表2化學(xué)成分、表3力學(xué)性能和工藝性C。為了保證生產(chǎn)負荷需要,長(cháng)期采用氮氣吹掃降能、表4高溫力學(xué)性能以及制造、經(jīng)濟性、安全性等溫法,人為對超溫部位進(jìn)行連續強制降溫。各方面綜合考慮,由于鉻鉬鋼15CrMoR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材料綜合性能指標好，所以選擇Q345R大,屬高瘦形,因此縱向總膨脹量較大，在開(kāi)停爐的過(guò)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)量分數)/%cSiCMoPs其他15MnVR≤0.180.20-0.55 1.20-1.600.04~0. 12≤0.035≤0.030Q345R≤0.20≤0.55 1.20- 1.60≤0.025≤0.015≥0.02015CrMoR0.12-0.18 0.15-0.40 0.40-0.70 0.80-1.20 0.45 -0.60≤0. 025≤0.010表3力學(xué)性能和工藝性能拉伸試驗沖擊試驗彎曲試驗鋼板厚牌號交貨狀態(tài).度/mm抗拉強度R_/屈服強度Ra/伸 長(cháng)率A/溫度/C V 型沖擊功Agv/J180°(N●mm-2)(N. mm~3)15MnVR熱軋控軋或正火>36 ~60490-625≥350≥1920≥31d=3a>36 -60490-620≥315≥210≥3415CrMoR正火加回火>6-60 ;450 ~590≥295≥I9(下轉第22頁(yè))●22●化工設備與管道第46卷第2期質(zhì)量高,從而能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的成品對硝。等不必要的工作,穩定了生產(chǎn),減輕了勞動(dòng)強度,降(2)由于翅片結晶器換熱面積較大,縮短了操低了生產(chǎn)成本。作臺時(shí),提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。(5)新設備只采用熱水循環(huán)降、升溫,所需循環(huán)(3)原有生產(chǎn)運行的臥式列管式結晶器化料的流量小，噸產(chǎn)品用泵電機功率小，能耗低。傳媒介質(zhì)是低壓蒸汽,而翅片結晶器是用熱水進(jìn)行(6)此新型結晶器的使用比手動(dòng)操作列管臥式化料的。工藝的改進(jìn)體現的優(yōu)越性主要有以下結晶器在水耗、電耗、汽耗方面大大降低,結晶得率幾點(diǎn):提高1倍多。①減少了蒸汽消耗。②減少了設備的維修。由于臥式結晶器用蒸4結束語(yǔ)汽進(jìn)行化料，易造成汽、液在設備內“打架" ,長(cháng)期運此新型結晶器的使用，為該公司結晶裝置擴大行易造成結晶器的局部損壞;而箱式結晶器不存在了產(chǎn)能，提高了產(chǎn)品質(zhì)量,減少了項目建設用地,降臥式結晶器的化料工藝弊端,從而保證了設備能夠低了產(chǎn)品制造生產(chǎn)成本,同時(shí)在我國有機中間體生長(cháng)期處于良好的運行狀態(tài)。產(chǎn)領(lǐng)域采用高性能、大型化設備有了成功的嘗試，提(4)不僅結晶的進(jìn)、出料采用全自動(dòng)操控,而且高了我國有機中間體生產(chǎn)技術(shù)、設備與綜合制造成增加了配水及化料過(guò)程的自控，在化料生產(chǎn)過(guò)程中，本的國際市 場(chǎng)競爭能力。操作工不需經(jīng)常做開(kāi)停循環(huán)水泵,開(kāi)、關(guān)水汽閥門(mén)(上接第13頁(yè))，表4高溫力學(xué)性能試驗溫度/C牌號厚度/mm200250300s040045500屈服強度Ry或Rmz/(N●mm-2)15MnVR>36~60≥280≥265≥245≥225≥210≥I95Q345R>36 -60≥240≥220≥200≥185≥175≥16515CrMoR>20-60≥189≥179≥1743.2氣化爐襯里 優(yōu)化設計理;在爐殼內壁噴涂耐高溫防腐隔熱涂料,以減少對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構優(yōu)化設計因此，應適當減少工作面剛玉磚的厚度,相應增加隔將原結構由圓柱相貫改為平面結構。其兩襯里熱層襯里的厚度,并選用耐高溫隔熱材料。節點(diǎn)在熱膨脹過(guò)程中不會(huì )影響結構效果。施工過(guò)程中,采取有效措施提高爐襯的密封,減少高溫對爐壁的輻射,達到降低爐壁溫度的目的,控制爐壁溫度在150 C以?xún)?。氣化爐是合成氣裝置中的關(guān)鍵設備之一- ,其安3.3防止熱電偶 剪斷的優(yōu)化設計全性和可靠性直接關(guān)系到裝置能否安全、穩定.長(cháng)周在耐火襯里設計上,應增設托磚板,以解決襯里期、滿(mǎn)負荷運行。目前國內有多套合成氣裝置處于膨脹量過(guò)大造成熱電偶剪斷的問(wèn)題。采用新型托磚超期服役狀態(tài)。本文對超期服役的1*氣化爐存在板結構,減少熱量的導出;在托磚板外壁處設置散熱的主要問(wèn)題進(jìn)行了分析,對優(yōu)化設計進(jìn)行了闡述,對片,以降低該處的外壁溫度;逐層將襯里熱電偶孔改同類(lèi)氣化爐的更新設計具有- -定借鑒作用。為長(cháng)圓條孔,在結構上采取特殊的動(dòng)態(tài)高溫密封處