氣化爐低負荷運行安全操作的分析和總結

郭永偉，王 偉，王志玲

（中海石油內蒙古天野化工集團，內蒙古呼和浩特 010070）

中海石油內蒙古天野化工（集團）股份有限公司（以下簡稱天野化工）是以天然氣為原料生產甲醇和尿素產品。隨著冬季供暖以天然氣為能源用量的增加，天然氣出現供不應求的局面，嚴重影響以天然氣為原料的化工裝置正常負荷的生產運行。2010年12月，由于天然氣供應緊張，導致天野化工甲醇裝置和化肥裝置一直處于低負荷運行，12月中旬開始，化肥裝置氣化爐一直在40%的低負荷下運行，運行時間持續達40d以上，因此對于氣化爐的安全運行提出新的挑戰。

1 氣化爐正常負荷與低負荷運行的工藝對比分析

1.1 氣化爐正常負荷運行介紹

氣化造氣系統由兩臺氣化爐、兩臺廢熱鍋爐（副產10.0MPa飽和蒸汽）、激冷洗滌、洗滌塔降溫等組成，氣化爐為兩臺并聯運行，沒有備用。氣化爐三物料（氧氣、天然氣、蒸汽）送入氣化爐進行部分氧化反應，產出有效氣（CO＋H2）含量為96%的合成氨原料氣。三物料通過氣化爐燒嘴的不同環隙進入氣化爐，部分氧化反應生成原料氣，高溫原料氣通過熱量回收和洗滌降溫后，溫度為45℃的原料氣送到后序工段進行合成氨的生產。表1為氣化爐正常負荷運行參數（100%負荷）。

表1 氣化爐正常負荷運行參數

1.2 氣化爐低負荷運行介紹

2010年冬季由于受天然氣供應不足的影響，天野化工化肥裝置氣化爐被迫減負荷至40%的低負荷運行。由于這套氣化爐在設計時給出的最低運行負荷為70%，所以之前沒有低于70%負荷運行的數據可以參考，這給工藝操作帶來了很大的困難。在低負荷運行實施之前，化肥系統組織相關技術人員，經過多次的討論和評估，編制出操作的應急預案；由工藝技術人員親自指揮操作減負荷，實施減負荷至40%的低負荷運行，隨時觀察氣化爐運行狀況，經過24h的監護運行，氣化爐整體沒有出現超溫現象，有效氣含量在指標范圍之內，說明實施低負荷運行是可行的。對應急預案進行修改和完善，下發到操作崗位執行，其中包括摘除三物料低聯鎖6個，氣化爐每小時測溫一次，天然氣流量閥打手動控制，操作人員發現氣化爐異常有先停車后匯報的特權，技術監督每日進行一次氣化爐評估并隨時修改操作預案。通過此次氣化爐低負荷運行，掌握了一定的參考數據，為以后的氣化爐運行提供了技術支持。表2為氣化爐低負荷運行參數（40%負荷）。

表2 氣化爐低負荷運行參數

1.3 氣化爐在40%低負荷運行時的差異分析

（1）氣化爐在低負荷運行時，氣化爐爐膛整體溫度下降140℃左右，這是由于氣化爐的熱量損失并不隨生產負荷的降低而變化導致的。所以在氧與天然氣比不變的情況下，降低生產負荷氣化爐溫度也隨著降低。

（2）氣化爐在低負荷運行時，氣化爐拱頂溫度沒有上漲，反而有所下降。理論上，隨著氣化爐負荷的降低，由于燒嘴火焰反應區的上移，拱頂溫度將上漲，但事實相反，初步分析為負荷較低時，在反應區產生熱量的減少，抵消了反應區溫度上移的熱量，從而使溫度未上漲。這也是氣化爐低負荷運行所擔心的，防止氣化爐超溫的最重要問題之一。

（3）不同負荷對氣化爐燒嘴的影響不一樣，低負荷運行是對燒嘴最不利的，設計時氣化爐最低負荷為70%也是考慮到這一點。氣化爐正常滿負荷運行時燒嘴冷卻水回水溫度為50℃，當氣化爐在40%負荷時，燒嘴冷卻水回水溫度降為35℃，此數據表明氣化爐在低負荷運行時燒嘴環隙處的溫度也是下降了的。兩臺氣化爐低負荷運行40d以上，燒嘴沒有發生泄漏，但這也不能說明低負荷對燒嘴的影響減小，還需要更多的實際數據分析和理論支持。

（4）氣化爐在低負荷運行時，增加進入燒嘴屏蔽環隙的保護蒸汽用量，由正常的1.5t／h增加到2.0t／h，這是為了保護氣化爐拱頂爐磚，防止拱頂超溫。

（5）氣化爐低負荷下運行，原料氣甲烷含量控制在0.3%（體積分率）時，有效氣（CO＋H2）含量在95.5%（體積分率）以上，基本保持不變，能夠滿足后序工段生產的要求。

（6）氣化爐低負荷下運行，較正常負荷時工藝操作難度增加。由于三物料流量自動調節閥的開度變小，造成閥門操作彈性變小，致使三物料部分閥門不能投自動，以防止閥門調節過程中，突然關閉，部分物料喪失，發生氣化爐超溫等危險，只能改為手動操作，每次只能調整0.1%的閥位開關操作，使操作人員的工作量大幅增加，并且增加了安全運行風險。

2 氣化爐低負荷運行的安全注意事項

2.1 氣化爐部分物料低聯鎖摘除

由于氣化爐低負荷運行時，氧氣、天然氣物料參數低于設計的安全聯鎖值，所以只能將物料低聯鎖摘除，這樣給氣化爐安全運行帶來了非常大的隱患，必須制定相應的氣化爐低負荷操作預案，由專人進行監護、落實和執行，切實保證氣化爐的安全運行。

2.2 氣化爐特護

低負荷運行時，對氣化爐要進行必要的特護工作，中控操作有專門的DCS監控畫面，專人負責監控三物料的參數，如壓力、溫度、流量及氣化爐溫度變化情況。現場操作人員每小時對氣化爐進行認真巡檢，加強各溫度點的現場測溫和燒嘴冷卻水可燃氣的檢測工作，發現異常情況立即打閘停車、泄壓和氮氣置換處理，確保氣化爐的安全。

2.3 氣化爐日評估

專業技術人員每天對氣化爐低負荷運行的數據進行整理、對比和分析，根據氣化爐的運行狀況及參數變化情況進行評估，并制定出安全、合理的操作預案和指令，指導操作人員進行氣化爐的安全操作。

2.4 氣化爐開停車

氣化爐開停車嚴格執行確認單并簽字，安排至少2人以上對氣化爐專人監護開停車，監護爐溫、流量、壓力參數，升降壓、升降溫速率；防止閥門開度小，物料指示假，發生氣化爐超溫、超壓等嚴重事故。在開停車過程中，技術監督要監護崗位人員進行操作，隨時把控氣化爐的運行安全，降低氣化爐開停車的風險。

3 結 語

2010年年底，天野化工化肥裝置兩臺氣化爐低負荷（40%負荷）累計運行40d，采取可行、可控、有效的操作手段對氣化爐進行維護運行，沒有發生超溫、超壓等安全問題，達到了安全運行的目的。但是，氣化爐低負荷運行有很大的安全風險，必須采取必要的安全防護措施，操作人員必須熟練掌握操作技能和預案，迅速反應，快速處置，否則會產生非常嚴重的后果。改變原料結構，時刻滿足氣化爐安全運行的正常負荷，才是氣化爐安全穩定運行的關鍵，解決問題的最根本辦法。