天然气气化炉刚玉砖的烧蚀分析

第28卷第7期石油化工应用Vol.28 No.72009年10月PETROCHEMICAL INDUSTRY APPLICATIONOct.2009石化工艺与设备++叶叶+++-天然气气化炉刚玉砖的烧蚀分析史勇,马立明(中国石油宁夏石化公司,宁夏银川750021)摘要:对8.53 MPa天然气气化炉刚玉砖的烧蚀进行深入分析,得出了影响天然气气化炉刚玉砖的烧蚀的原因。关键词:天然气气化炉;刚玉砖;烧蚀;分析中图分类号:TE963文献标识码:A文章编号:1673-5285( 2009 )07-0076- 04Analysis of ablation on natural gas gasifier corundumbrickSHI Yong,MA Liming(PetroChina Ningxia Petrochemical Company, Y inchuan Ningxia 750021,China)Abstract:Gas gasifier corundum brick ablation depth analysis of the impact of natural gasgasifier obtained corundum brick ablation causes.Key words:gas gasifter ;corundum brick ;ablation; analysis本厂气化炉是20世纪80年代初期从日本引进，从炉衬结构。美国德士古公司专利。1988 年6月投入使用,最初以本文主要从砖本身质量和炉衬结构来探讨其对内渣油为原料,2007年2°气化炉油改气后，全部以天然衬的寿命影响。气为原料,在操作温度1 350 C、压力8.53 MPa的条件下燃烧产生工艺气。气化炉耐火砖的寿命主要从三个1内 衬耐火材料的理化性能方面展开研究:①从工艺方面解决②从砖本身质量③表1耐火砖理化性能序号理化指标刚玉砖.氧化铝空心球砖泡沫粘土砖耐火度C≥2 00021 7102显气孔率1%≤19≥45≥53容重(gm)≥3.2≤1.8.14抗压强度(常温)MPu≥7≥1235荷重软化点(0.2 MPa)C317506耐急冷急热次数: 000C空冷≥20≥10A1L0,1%≥99≥98.3≥32.8SiO2/ 9≤0≤0.8≤63.59_FeD, 1%≤1.2中国煤化工-MYHCNMHG*收稿日期:2009-07-12作者简介:史勇,男(1963-),宁夏石化公司机动处技术员,1984年毕业于华南理工大学,现主要从事设备管理耐火材料、防.腐保温等技术工作。第7期史勇等天然气气化炉刚玉砖的烧蚀分析77表2浇注料理化性能2气化炉操作条件序号理化指标浇注料1组分组威1%AlO, 90.60.CG08.87 .Nae0 0.2、FeO, 0.112.1天然 气原料的化学成份2抗压强度MPa105 Cx10 h≥6、1500 Cx3 h≥13天然气原料化学成份:3抗折强度/MPa105 Cx10 h≥7.9、1 500 Cx3 h≥6.54线变化率/1 500 Cx3 h+0.8%甲烷,还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一表3火泥理化性质氧化碳、硫化氢等。刚玉高铝砖用泡沫粘土砖用操作温度- -1 320~1 380 C一般控制在1 350 C;灰浆操作压力- -8.53 MPa;A20, 1%≥97≥50炉内气体流速一-7~9 m/s;粉末度% 0.59mm 以下100≥60100≥400.074mm以下喷嘴涉及能力一700 tUd;3粘结时间1s .60-18060-~180炉膛体积- -5.1 m'。表4刚玉砖的尺寸公差砖尺寸/m50~100100-150150~200200-3003耐火内衬的烧损情况日本砖要求/mm+1.5 .+2.0+2.5洛耐院产品出差t0.2~+1.2 +0.3~+40.8 +0.3-x0.8 +0.2~+0.8表5耐火内村烧蚀情况时间I"炉烧蚀情况2*炉烧蚀情况,2007.5.1~-10.1321*.22* 砖鬟碎20*砖烧蚀15mm2007.5.1-10.1321*.22* 砖裂碎20" 砖烧蚀20 mm10.13-075.2321*.22* 砖裂碎20砖烧蚀25mm10.13~07.6.1722*砖裂碎一层大修摸顶19-20砖烧蚀依次加重。11减薄10 mm,5.23-9.820*减薄45 mm,直筒热电偶以下I'.2* 砖烧蚀剩20-~6.17-9.6大修(与!"炉情况相同) .10* mm。炉底5.6、7"、8*砖烧没。20"磅完好,6*砖成坡状,直筒q1400-q1395底φ1410~20"砖完好,6°烧蚀严重,直筒φ1 395q-1 390 mm底2008.1.1φ1415mmφ1415-p1410 mm2008.5.4两层22*砖烧没21'砖剩30-40 mm 20砖水平度变形两层22砖烧没21*砖刺3040mm20砖水平度变形15 mm10mm.2008.6.3大修拱顶烧蚀轻微,炉底及直筒热电偶往下烧蚀严重, .2008.5.26大修(与1*炉相网)剩20mm6*砖烧没4"、5*砖所剩无几,7剩25mm厚8*剩40mm.65、7°砖烧没27*、28砖烧蚀15 mm,直筒φ1 430 mm~2008.8.312008.10.19厚。直筒φ1 500-~φ1 450底φ1 440~p1 430φ1 440 mm底φl 450~φ1 445 mm反应:4耐火 内衬烧蚀机理(1) SiO2( 固)+ H2(>1120C)-→SiO↑+H20↑Si02(固)+CO-→>Si0↑+CO2↑4.1 还原反应(2) Fe202( 固)+ H- +FeO(固)+H20↑炉膛内是强还原性气体H2、CO、CH4等,高温中国煤化工)+ co2↑1 350 C,高压8.53 MPa。停炉降TYHCNMHG刚玉砖中SiO2含量0.2 %,Fe203含量0.15 %,在.(3) Si0(气)+ 02→SiO2(固)高温、高压下炉内气体与砖中氧化硅、氧化铁发生如下(4) FeO(固) + 02→Fe2O,(固)78石油化工应用2009 年第28卷氧化硅与氧化铁的还原，氧化反应同时伴有很大以V2Os为甚。从V205-Al203.CaO -V20s 两个二元系的体积膨胀效应,从而引起制品内部应力不断变化,破相图可 以看出:V2Os熔点仅为670 C,与Al2O3共存时坏砖|的原始檐沟,使制品气孔率增大,强度降低,产生最低熔点 640 C,与CaO共存时最低熔点仅为618 C。破坏和剥落。若系统中V20s含量很低，则V205-Al203、Ca0- -V2O,4.2侵蚀作用系统出现液相温度较高,危害也较低,但气化炉炉底在经本厂对熔渣化学成份分析整个气化过程中沉积较多,对砖衬侵蚀严重。表6熔渣化学 成份/%LSiO, Al2O, Fe0， CaO MgO V:O, Ni0 C耐火度C100-24.68 31.46 0.93 38.88 0.69 0.43 0.74 0.151 320V20,+LAI,O,+L640C化学分析结果表明,CaO .SiO2.Al2O3为熔渣主要60V,0+AlO成份,还有少量其他氧化物。CaO大量富集与砖中Al2O300」V,0,+AL,O.反应生成低熔点矿物,并包围侵蚀刚玉砖颗粒,破坏了AL,0,%Al2O,刚玉砖的晶粒间直接结合,从而降低了砖的高温强度。围3 V0s- -Al2O,相圈图1表示SiO2- -Al2O3二元系相图,从相图可看出心1380C存在一种化合物AS2(莫来石),是异分熔点化合物。当1200温度达到1810C时,AS2分解为Al203晶体和溶液1000Lp:A$S2 Al203+Lp。当温度低于1 810 C时,溶液Lp和778C固体Al2O3又形成固体A,S:Lp+ Al2O, ASr ,产生包晶800转变,新生成的固体AS2包在固体Al2O3粒子外面。从6➊00 1020 3040 50相图可看出1 810 C是包晶线。V,0Ca0%Ca0围4 Ca0-V2O, 相围2000-1900-10cL+ AltO,4.3冲刷作用1800德士古烧嘴的设计流速为:渣油3~15 m/s,氧气100 ]L+ AsS;60~80 m/s,实际上炉内气体综合流速为7~9 m/s,在高1600-1545CAsSa+A1:O,建气流和熔渣的作用下，强化了熔渣与砖反应形成的010203040506070 8090 100低熔物和因渣渗透在离砖热面不同距离产生的裂纹而A1z0r引起剥落的进程。围1 Si0-AlO,相围4.4 热震作用从图2 CaO- -Al2O3二元系相图可清楚看出,残砖气化炉衬里的热震产生来自停炉、废渣、检修和操热面的侵蚀反应变质层中形成的主要矿相CnA7.CA作过程的温度波动两个方 面。无疑:温度波动将在砖内的熔点分别为1 415 C、1 600 C.C1A7与CA共存时，部薄弱处产生热反应,致使砖产生裂纹,并不断扩大,最低共熔温度为1 390 C。现系统中存在SiO2,则平衡最后以片状或块状离开砖体。体系共熔温度降至1 335 C,包晶线也随之降低。系统5结 语中还同时有Fe2O3.Na2O .V2Os等平衡系统的最低共熔温度有可能降至1 200 C左右。气化炉刚玉砖烧蚀的原因是:1熔渣渗入砖内与 Al2O3反应，产生包晶转变溶1心C2001875C解Al2O,破坏砖的结构。1800-2熔渣沿砖 气孔通道进入砖内,形成段带,使砖变质而剥落。IS35C4503砖受高温. 高压气流和熔渣的强烈冲刷作用和1400- 21HC热震中国煤化工120010203040S06070809010MHC N M H G还原、氧化反应,造成AIiO,Co砖内应力增大,气孔率增大,强度降低。围2 CaO-Al]0, 相圈5气化炉内衬结构的不 合理,造成冲刷和杂质沉熔渣中诸组分对刚玉砖的有害影响毋庯置疑,尤积严重。