轉化廢熱鍋爐高溫端管箱殼體超溫的原因分析及措施

林賢莉 中國寰球工程公司 北京 100029

千國良 中石油寧夏石化公司 銀川 750026

轉化廢熱鍋爐高溫端管箱殼體超溫的原因分析及措施

林賢莉*中國寰球工程公司 北京 100029

千國良 中石油寧夏石化公司 銀川 750026

分析某100kt/a合成氨裝置轉化廢熱鍋爐管側(工藝氣側)多次發生蒸汽冷凝－汽化，導致其高溫端的襯里產生裂紋及高溫端管箱殼體超溫的原因，提出解決措施。

轉化廢熱鍋爐高溫端管箱殼體超溫

1 轉化廢熱鍋爐的基本參數

合成氨裝置的轉化廢熱鍋爐，用于回收二段爐出口工藝氣的熱量，副產5.04MPa(A)高壓蒸汽。其結構示意見圖1。

圖1 轉化廢熱鍋爐的結構示意圖

轉化廢鍋的管束規格為Φ1400mm×6700mm，管板材質為15CrMo，管箱殼體材質為15CrMoR，內襯隔熱和耐火襯里。換熱管材質為15CrMo，規格Φ38mm×4.5mm，數量216根，換熱面積173m2。最大吊裝重量41t，設備最大重量54t。設計參數見表1。

表1 轉化廢鍋的設計參數

2 高溫端管箱殼體超溫的原因分析

2.1 超溫原因

由于現場電力不穩及操作不當，造成多次全廠停車事故。運行不到一個月，轉化廢鍋的高溫端管箱殼體的熱敏漆變色，出現超溫。最大的超溫區域及紅外測溫數據見圖2。

圖2 轉化廢鍋高溫端的某超溫區域

檢修發現轉化廢鍋的低溫端襯里未受損，但高溫端有幾處襯里產生裂紋:

(1)人孔對面側上半圓的直段與錐段連接處，即施工縫上，尺寸約為500mm×800mm，見圖3 (a)、(b)。

(2)人孔一側靠近管板下半圓部位，施工縫附近，尺寸約為550mm×260mm，見圖3(c)。

(3)底部靠近管板部位，尺寸約為300mm× 150mm，見圖3(d)。

2.2 分析

二段轉化及轉化廢鍋的流程示意見圖4。

二段爐出口管子上部、廢鍋高溫端底部和低溫端底部的測溫點T0、T1和T2各有兩支熱電偶溫度計。

2.2.1 轉化廢鍋管側的蒸汽發生冷凝

此工況易發生在一段爐停車開車時的蒸汽升溫階段，或由于操作不當，導致轉化廢鍋管側的蒸汽發生冷凝。

圖3 超溫部位的襯里受損照片

圖4 二段轉化流程示意圖

(1)停車時系統未卸壓及充氮保護。①當停車時間較長，系統溫度降低至蒸汽分壓下的飽和溫度，管側轉化氣中的蒸汽發生冷凝;②一段爐蒸汽升溫初期，廢鍋的高、低溫端溫度相同，即T1=T2，均小于二段爐出口的蒸汽溫度T0;繼續升溫至冷凝液完全汽化，T1又迅速回升至與T0相等，見圖5(a)。

圖5 溫度－時間曲線示意圖

(2)開車時通入廢鍋底部的開車蒸汽操作不當。若停車時間較長，在一段爐蒸汽升溫前開車蒸汽對鍋爐水的加熱不夠充分，或升溫時系統壓力和汽包壓力調整不當，長期使P3＜P0，則對應的鍋爐水溫度T3＜T0(P0下的飽和溫度)，鍋爐水始終對管側的蒸汽起冷卻效果。管側蒸汽發生冷凝前，各溫度關系為T3＜T0＜T2＜T1=T0。而蒸汽升溫時的蒸汽流量小，廢鍋的換熱面積相對較大。P3和P0同時升高，當管側的蒸汽被冷卻至T2=T0時，蒸汽在低溫端發生冷凝。冷凝量較少時，由于前方的氣流推動，冷凝液積聚在低溫端;冷凝量逐漸增加，凝液則蔓延至高溫端，并隨氣流帶至后續系統。其表現見圖5(b)。一段爐蒸汽升溫初期，高溫端的溫度T1＞T2;隨后驟降至T1=T2;繼續升溫至冷凝液完全汽化后，T1又迅速回升至與T0相等。

數據顯示，熱電偶的溫度指示均正常。從高變爐前的導淋和停車時從廢鍋高溫端的導淋均排出了大量冷凝液，進一步印證蒸汽發生了冷凝。

2.2.2 轉化廢鍋的襯里產生裂紋

蒸汽冷凝后，廢鍋的襯里被浸濕，本應在重新開車時用氮氣升溫烘爐以保護襯里，但實際開車時卻未這樣做。當一段爐蒸汽繼續升溫至冷凝液完全汽化后，浸入襯里的冷凝液會迅速升溫氣化膨脹。多次反復冷凝－汽化，使高溫端的襯里受損產生裂紋，導致管箱殼體超溫。

3 處理措施

(1)計劃停車檢修前，采用空氣強制降溫后，再用噴淋水臨時降溫。

(2)改進開停車操作方法:①一段爐停車時，系統減至常壓。當停車的時間較長時，采用氮氣置換并充氮保護，防止系統溫度逐漸降低后造成蒸汽冷凝;②開車時，先向轉化廢鍋底部通入開車蒸汽，充分加熱汽包中的鍋爐水。在蒸汽升溫尤其在升溫初期，調節系統壓力和轉化汽包的壓力，始終保持P3＞P0，則T2＞T3＞T0，避免蒸汽發生冷凝。

4 結語

(1)一段爐蒸汽升溫尤其在初期，合理使用開車蒸汽、調節壓力使轉化汽包壓力始終高于系統壓力，即鍋爐水的溫度高于管側蒸汽的飽和溫度。

(2)一段爐停車時，將系統減至常壓，若停車時間較長，系統用氮氣置換并充氮保護。

通過采用以上方法，避免了轉化廢鍋管側蒸汽發生冷凝及襯里產生裂紋，也避免了廢鍋管箱殼體超溫。

It is analyzed in this paper the reasons for lining cracking and channel overt-temperature at the high-temperature end due to repeated steam condensing and vaporization in the tube side(process gas side)of the reformer waste heat boiler in a 325t/d ammonia plant as well as solutions against such overheating．

Reasons and Solutions for Channel Over-temperature at High-temperature End of Reformer Waste Heat Boiler

Lin Xianli，et al
(China Huanqiu Contracting and Engineering Corp．Beijing 100029)

reformer waste heat boilerhigh-temperature end channelover-temperature

*林賢莉:工程師。2003年畢業于天津大學化工工藝專業。現從事工程設計工作。聯系電話:(010)58676695，E－mail:linxianli@ hqcec.com。

(修改回稿2011－11－11)