氣化爐優(yōu)化設計

第46卷第2期化工設備與管道2009年4月PROCESS EQUIPMENT PIPING單元設備氣化爐優(yōu)化設計劉克,倪云唪,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:TQ050.2文獻標識碼:A文章編號: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,其結構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(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髙,其他氣化體出口爐也存在類(lèi)似情況。為保證裝置長(cháng)周期、安全穩定下封頭運行,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1.1結構特點(diǎn)YH中國煤化工CNMHG市人,高級工程師。全國氣化爐作為合成氣裝置中的關(guān)鍵設備之一,按委員、中國石油和化工勘察設計協(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1312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。24連接管路內的耐火襯里損壞表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,當裝參數置正常運行時(shí),襯里均向上膨脹,而連接氣化爐與廢器類(lèi)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。當裝置正常運行時(shí),水平連殼體材料5MnVR內襯耐火磚接的管路內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(kāi)車(chē)與停設計壓力(G)/MPa3.63工作溫度℃爐內:1350-1400;爐殼:150車(chē)過(guò)程中以及負荷變化而引起溫度的不斷變化時(shí)設計溫度℃爐內:1450;爐殼: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 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壁溫超標成氣含有H2,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℃,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℃。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)/%牌號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沖擊試驗交貨狀態(tài)鋼屈服強度Ra度/mm抗拉強度R伸長(cháng)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(下轉第22頁(yè)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)eoeoe-ceoooocOoooooooocooo(上接第13頁(yè))表4高溫力學(xué)性能牌號厚度/mm屈服強度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4結束語(yǔ)制爐壁溫度在150℃以?xún)?。氣化爐是合成氣裝置中的關(guān)鍵設備之一,其安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)中國煤化工借鑒作用。為長(cháng)圓條孔,在結構上采取特殊的動(dòng)態(tài)高溫密封處CNMHG