轉化系統運行四年出現的問題總結

孔令鵬，徐興科

（山西天浩化工股份有限公司，山西 孝義 032308）

1 天浩公司轉化系統簡介

天浩公司100kt／a焦爐氣制甲醇裝置，于2008年4月全系統打通流程，產出甲醇。本裝置的轉化系統，采用純氧轉化制取合成氣的工藝技術。設計時，總結了前期焦爐氣制甲醇裝置的運行經驗，轉化爐采用金屬燒嘴，轉化廢鍋采用撓性薄管板結構，轉化氣脫硫槽放在了系統流程的中間部位，收到良好的效果。本文對轉化系統運行四年來出現的一些典型問題，進行總結分析。

2 轉化系統運行四年出現的問題及其處理措施

2.1 轉化爐入口焦爐氣溫度低，不能投氧

2.1.1 當時的情況

根據設計要求，為確保安全，轉化爐投氧時，其入口焦爐氣溫度需達到660℃。初期開車，轉化爐入口焦爐氣溫度達到620℃左右后，無論怎樣調整，溫度不再上升。

2.1.2 原因分析

（1）初期開車，預熱爐燃料氣用的是氣柜來的焦爐氣，管線較長，到轉化壓力為0.9kPa，由于壓力較低，進燒嘴的燃料氣流量達不到要求。

（2）預熱爐燒嘴的空氣調節閥FIC60603的閥芯被卡住，實際最大只開啟40%左右。空氣量不足，預熱爐的整體熱量少，被加溫的焦爐氣溫度低。

2.1.3 處理措施

（1）在進轉化系統的焦爐氣管道PG60601上，配置了一道DN50的管線接到預熱爐燃料氣管上，用于燃料氣補氣，解決了問題。

（2）清理調節閥FIC60603的閥芯及管道內污物，閥門正常后，轉化爐升溫，預熱爐燃料氣未再從焦爐氣管線PG60601補充過原料氣。

2.2 廢鍋進口管箱鼓包

2.2.1 當時的情況

轉化廢鍋的進口管箱材料是15CrMoR，內里襯有兩層澆注料，設計操作溫度為990℃，操作壓力為1.9MPa。正常生產時溫度為900～950℃，壓力為1.75～1.85MPa。

2008年5月28日22：00，發現轉化廢鍋的進口管箱壁上鼓起一個紅色的包。事后檢查，鼓起的包在進口管箱人孔的上面，沿廢鍋徑向約1000mm，軸向約500mm；凸起最高處約50mm，距離人孔300mm，人孔接管與管箱的焊縫處微有凸起。

2.2.2 鼓包原因

（1）初期運行開停車次數較多（5月1日至5月28日停車9次），轉化廢鍋頻繁地泄壓升壓、降溫升溫，導致鼓包處的管箱壁與澆注襯里之間產生了縫隙。

（2）進口管箱的人孔封堵不合格。

進口管箱的人孔封堵件由一個耐火堵頭和3個隔熱堵頭組成，安裝時要求耐火堵頭的圓弧面與管箱內澆注襯里的圓弧面吻合無誤，不得錯位，每個堵頭與管箱內澆注襯里的貼合面四周用耐高溫陶纖棉填緊塞實，堵頭與堵頭之間也用耐高溫陶纖棉填緊塞實，堵頭安裝完畢后的剩余空間用耐高溫陶纖棉塞實，確保堵頭不移位，最后蓋好法蘭蓋，擰緊螺栓。

但事后檢查，耐火堵頭的圓弧面與管箱內澆注襯里的圓弧面錯位90°，堵頭與管箱內澆注襯里的貼合面四周的耐高溫陶纖棉沒有填緊塞實，導致900℃以上的高溫氣體通過堵頭與澆注襯里的縫隙，竄入管箱壁與澆注料之間的縫隙，致使部分管壁長時間在高溫高壓氣體的作用下產生了鼓包。

2.2.3 處理措施

（1）進口管箱壁與澆注襯里的縫隙，用耐高溫陶纖棉塞實；人孔堵頭按技術要求裝好，耐火堵頭的圓弧面與澆注襯里的圓弧面吻合無誤，每個堵頭與管箱內澆注襯里的貼合面四周用耐高溫陶纖棉填緊塞實，堵頭與堵頭之間也用耐高溫陶纖棉填緊塞實，堵頭安裝完畢后的剩余空間用耐高溫陶纖棉塞實，確保堵頭不移位。

（2）進口管箱鼓包部位裝一表面溫度計，數據引到控制室在線監測；操作工定時用紅外線測溫儀檢測鼓包處溫度，并記錄。

（3）進口管箱上面裝一根噴淋水管，根據設計要求，管箱壁表面溫度一旦超過150℃，噴水降溫。

2.3 焦爐氣壓縮機跳車，轉化爐超溫

2.3.1 轉化爐兩次超溫情況

2008年6月21日13：42，焦爐氣壓縮機跳車后，轉化爐的溫度點TI60608（觸媒層最上端）顯示最高溫度為1393℃；2008年7月29日17：37，焦爐氣壓縮機跳車后，TI60608點顯示最高溫度為1387℃。此后，TI60608點測溫計顯示溫度波動較大，懷疑燒壞。

2.3.2 超溫原因

（1）兩次超溫都是因為焦爐氣壓縮機全部跳車，轉化切氧不及時所致。

（2）前期出現過焦爐氣流量計FR60611突然顯示為零，轉化及時切氧停車，事后知道是流量計顯示錯誤，壓縮機并沒有停車。這兩次焦爐氣壓縮機跳車，流量計FR60611均顯示下降，但操作工打電話詢問后才切除氧氣，以致轉化爐超溫。

2.3.3 處理措施

（1）將焦爐氣壓縮機的運行狀態顯示在轉化操作畫面上，轉化操作工能隨時觀察焦爐氣壓縮機的運行情況。

（2）增加焦爐氣壓縮機全部停車時，進轉化爐氧氣切斷閥HS60602自動關閉及氧氣放空閥HS60603自動打開的聯鎖。此后，焦爐氣壓縮機跳車，未再出現過轉化爐超溫現象。

2.4 轉化爐的金屬燒嘴法蘭處著火

2.4.1 當時的情況

2009年11月23日4：10，轉化爐床層溫度大幅下降，測溫點TI60608三分鐘內由1021℃降到934℃，且呈持續下降的趨勢，現場發現轉化爐頂部有大量蒸汽，其他均顯示正常，懷疑氧氣管道泄漏，操作人員作緊急停車處理。隨后，轉化切氧，接著聽到爆鳴聲，看到轉化爐頂部著火。

事后確認，著火部位是金屬燒嘴與氧氣管道連接的法蘭處，并發現如下問題。

（1）金屬燒嘴本體及氧氣管道上的法蘭燒毀，一個連接螺栓燒斷。

（2）金屬燒嘴中間管內部組織有過燒現象，局部組織奧氏體晶粒粗大。

2.4.2 著火原因

（1）金屬燒嘴與氧氣管道連接的法蘭泄漏，突然切氧后，轉化爐內的高溫氣體順著金屬燒嘴倒流，從法蘭處噴出著火。

（2）因檢修，氧氣管道于11月初安裝，該處法蘭的螺栓緊固力可能不夠。

（3）2009年11月11日至22日，12d的時間內，因種種原因，轉化系統停車6次，系統頻繁地泄壓升壓，導致該法蘭的墊片密封性變差及螺栓松動，氣體泄漏。

（4）此法蘭處的監控攝像頭損壞，氧氣輕微泄漏時，沒有及時發現，可能長時間泄漏導致墊片損壞。

（5）處理不當。懷疑氧氣泄漏后，若氧壓機由打氧氣直接改為打氮氣，然后轉化系統再泄壓、切焦爐氣，逐步停車，則不會發生著火；緊急停車切氧后，空分至轉化的氧氣管道內的氧氣沒有置換，氧壓機打氮氣滅火，短時間內，氧氣與煤氣在該法蘭處混合噴出著火，溫度較高，將法蘭及螺栓燒壞。

2.4.3 處理措施

（1）停車后更換備用金屬燒嘴，損壞的金屬燒嘴送廠家維修。

（2）利用停車機會檢查各處墊片使用情況，并緊固法蘭螺栓，減少泄漏現象。

（3）維修好各處監控攝像頭，便于及時發現問題。

（4）加強全廠生產管理，減少停車次數。

（5）加強職工培訓學習，探討各種事故發生后的應急處理預案。

2.5 預熱爐的焦爐氣盤管出口管箱法蘭處著火

2.5.1 當時的情況

2010年4月7日2：52，生產滿負荷運行中，預熱爐的焦爐氣盤管出口管箱法蘭處突然著火，轉化作緊急停車處理。事后檢查，該法蘭的墊片損壞，法蘭完好。

該法蘭的密封面型式為凸面（RF），密封墊片為纏繞墊，型號為D450－1102323。

2.5.2 著火原因

（1）當時，預熱爐的焦爐氣出口溫度為636℃，法蘭泄漏，煤氣噴出后著火。

（2）該法蘭的墊片是2008年檢修時更換的，使用時間較長，加之系統多次停車、開車，為防止螺栓松動，多次進行緊固，墊片密封效果變差。

（3）甲醇系統近期為滿負荷生產，二合一壓縮機因蒸汽壓力下降多次掉轉速，造成轉化系統偶有超壓現象。

（4）根據標準 HG／T60610－2009，該金屬纏繞墊的最高使用溫度為650℃。實際上，預熱爐的焦爐氣出口溫度，正常生產時控制在630～660℃之間，投氧時達到660～670℃，超出其使用溫度范圍，加劇了該墊片的損壞。

2.5.3 處理措施

（1）停車后更換墊片。

（2）將預熱爐的焦爐氣出口溫度下調，正常生產時控制在500～530℃，投氧時控制在650～660℃，并盡量縮短持續時間，減少對墊片的損害。

2.6 預熱爐的蒸汽盤管爆裂

2.6.1 當時的情況

2010年5月14日10：00，甲醇生產穩定運行中，預熱爐蒸汽盤管突然爆裂。事后檢查，爆裂的位置在蒸汽盤管的最上層，中間一圈的進汽口彎頭的焊縫部位，裂縫沿管環向開裂，開裂長度約為三分之二周長，裂縫呈 “V”字型，最大寬度在管的上方，約有5mm，并發現中間一圈的盤管向下塌陷，爐管間的支撐件有一些掉落。

2.6.2 爆裂原因

（1）蒸汽盤管上下兩爐管之間的支撐件與爐管都是點焊固定，整個盤管用托架懸掛在頂部固定件上。當上下兩爐管膨脹量不一致時，易導致爐管之間的支撐件與爐管脫焊而掉落，爐管則因長期受熱變形塌陷。

（2）焊接質量有缺陷。對蒸汽盤管進汽口彎頭處的焊縫按《承壓設備無損檢測》標準（JB／T4730－2005）進行100%射線探傷檢測。探傷結果顯示，有超出標準的氣孔、夾渣和未焊透等缺陷，評定等級為4級，未達到《管式爐安裝工程施工及驗收規范》（SH／T3506－2007）中第7.3.5條之規定，爐管對接焊縫射線檢測時，合格等級不得低于Ⅱ級的要求。

（3）甲醇系統開車初期，系統頻繁開停車，預熱爐頻繁升溫和降溫，爐管則頻繁熱脹冷縮，容易導致支撐件與爐管的焊點脫焊，支撐件掉落。

（4）正常生產時，預熱爐蒸汽盤管的出口蒸汽溫度接近400℃，爐管內蒸汽壓力約為2.4MPa，加熱蒸汽盤管的煙氣溫度接近500℃。爐管長期經高溫作用，其熱強性會顯著降低，支撐件掉落后，容易變形塌陷。

2.6.3 處理措施

（1）對處理的破口和附近管材進行超聲波檢測，防止管材出現裂紋、凹陷等缺陷。焊接后，對焊縫進行100%無損探傷檢測，達到Ⅱ級合格。

（2）掉落支撐件的位置用合適的條形板支撐爐管，條形板焊接在懸掛蒸汽盤管的拉板上，條形板的材質與拉板的材質一樣。

（3）加強操作人員的業務培訓，避免生產系統頻繁地開停車，有效減少爐管熱脹冷縮的次數。

（4）嚴格控制工藝指標，確保蒸汽盤管的出口蒸汽溫度不超設計溫度400℃。

3 總 結

轉化系統是焦爐氣制甲醇裝置的關鍵工序，若運行不正常，將影響整個甲醇裝置的生產。通過處理試車及運行中出現的問題，逐步解決了影響轉化運行的瓶頸問題，為甲醇裝置的穩定生產創造了條件。

［1］祝立群，葉衛東，萬家瑰.三種爐管材質在長期高溫下的組織探傷研究［J］.材料研究與應用，2011，21（4）：287～290.