第46卷第2期化工設(shè)備與管道Vol.46 No.22009 年4月PROCESS EQUIPMENT & PIPINGApr. 2009●單元設(shè)備●氣化爐優(yōu)化設(shè)計(jì)劉克，倪云峰，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):TQ 050.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 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(jié)構(gòu)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(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)襯里一使用壽命為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(cè)不合格已報(bào)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似情況。為保證裝置長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定封頭運(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)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(jí)工程師。全國1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)化工工業(yè)爐設(shè)計(jì)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(shè)備之一,按勘察設(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)●13.1.2 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。2.4連接管路內(nèi)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(dāng)裝項(xiàng)目參數(shù)置正常運(yùn)行時(shí),襯里均向上膨脹,而連接氣化爐與廢容器類別第三類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I5MnVR內(nèi)襯耐火磚接的管路內(nèi)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,特別是在開車與停設(shè)計(jì)壓力(G)/MPa3.63車過程中以及負(fù)荷變化而引起溫度的不斷變化時(shí),工作溫度/C爐內(nèi):1350 - 1400;妒殼;150設(shè)計(jì)溫度/C爐內(nèi): 1450:爐克: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(cè),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 Grl1 CL2(1. 25Cr-0. 5Mo)材料。該和襯里實(shí)施全面更新，勢(shì)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(biāo)成氣含有H,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 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(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C。為了保證生產(chǎn)負(fù)荷需要,長(zhǎng)期采用氮?dú)獯祾呓的?、?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(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))/%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(yàn)沖擊試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)鋼板厚牌號(hào)交貨狀態(tài).度/mm抗拉強(qiáng)度R_/屈服強(qiáng)度Ra/伸 長(zhǎng)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(zhuǎn)第22頁)●22●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(zhǎng)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(zhǎng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(上接第13頁)，表4高溫力學(xué)性能試驗(yàn)溫度/C牌號(hào)厚度/mm200250300s040045500屈服強(qiáng)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(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,控制爐壁溫度在150 C以內(nèi)。氣化爐是合成氣裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一- ,其安3.3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(zhǎng)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氣化爐的更新設(shè)計(jì)具有- -定借鑒作用。為長(zhǎng)圓條孔,在結(jié)構(gòu)上采取特殊的動(dòng)態(tài)高溫密封處