德士古气化炉工艺烧嘴损坏原因分析

科学技术德士古气化炉工艺烧嘴损坏原因分析郭立国吕文学杨贵林大庆石化公司化工二厂丁辛醇车间黑龙江大庆163000[摘要]本文对德士古气化炉工艺烧嘴的损坏原因进行了分析，并提出了避免工艺烧嘴损坏的措施，提高气化炉工艺烧莆的运行周期[关键词]工艺烧嘴钴基合金高温合金 压差残碳1.概述量等因素有关。有机物积垢主要为渣油在高温下形成的聚合物或缩聚1.1烧嘴情况物。聚合物是由渣油中烃类溶解的微量氧引发的，发生氧化链反应生造气装置采用德士古专利技术，利用重油不完全氧化法生产合成成的， 渣油中的金属离子又能加速链增长，反应生成的聚合物粘在一气。其原理是将重油、蒸汽、氧气按-定的比例混合， 通过气化炉顶起， 沉积在金属表面上形成积垢。的特殊设备一工艺烧嘴喷入高温气化炉内进行快速 不完全氧化发应，(2)温度对结垢的影响生产由H2和CO为主要成分的合成气。工艺烧嘴是造气流程中的关键渣油高温”下结垢行为可以看作是一个复杂的连串反应，温度越高部件，是德士古专利的一个组成部分。1986年开工时， 直接由国外引结垢越严重, 而且当超过一-定温度时，结垢速度加快。进的共有三台，位号分别为1401A/1401B/1401C. 1987年又委托哈尔滨(3)渣油流量对结垢的影响滨江电器厂测绘并仿制了四台。现共有工艺烧嘴1401A/B/CIDIEIF/H共渣油流量越小，在积垢管道内经历高温的时间越长，结垢越严台。重。车间曾多次经历化-来重油流量不足的现象，这很容易引起烧嘴1.2烧嘴结构简介:的结垢。内芯头端部堆焊Selite 6钴基合金:内芯头体部材质为nconel 600(4)杂质的影响镍基合金;内芯杆材质2520合金。重油中的灰分、金属含量、残碳、水分等的指标以及密度.粘工艺烧嘴的重油蒸汽环形通道间除为8.5mm,经过缩径段变径之度等如果不符合相关的设计要求都会引起烧嘴内部堵塞现象的发生。后间隙缩小，至烧嘴头处间隙仅为4.3土0.25mm。车间曾对金属含量进行了监测，金属中的铁、钠、钙、镍等会与重油中的聚合物等发生氧化反应形成高熔点的氧化物析出粘结在烧嘴内壁2.烧嘱损坏经过2005年6月29日，造气炉碳洗塔间压差PDR4133值为0.8Mpa,上，从而堵塞烧嘴通道。在对金属含量的分析中，我们发现重油中的高于正常压差值0.7Mpa,至8月12日压差PDR4133从0.8Mpa上涨到金属含量都很少， 原料重油中的金属含量不会对烧嘴的运行产生影1.15Mpa左右，并且呈上涨趋势。.相关不正常的现象为:(5)蒸汽流量的影响1)气化炉重油泵3202出口压力升高，从原来的3.8Mpa左右，升气化反应中蒸汽的作用是非常重要的，加入蒸气会大大降低原料高到43Mpa左右。油的粘度，雾化原料油，使气化反应完全。适当加入蒸气可增加火焰2)入气化炉蒸汽量逐渐降低。长度，使黑区增长，热点下移,降低烧嘴的温度,保护烧嘴。当蒸汽3)从7月初发现压差高开始，至8月12日检修前，压差变化有反流量减小时，就会因蒸汽量的减小造成烧嘴头部的损坏。复增高的趋势。当入炉压差高到- -定程度时，突然下降至0.8Mpa左3.2烧嘴质量问题右，随后又出现逐渐升高趋势，如此反复共3次。将损坏的烧嘴内芯取出进行光谱分析,未发现异常。当时运行的工艺烧嘴位号为1401E,怀疑是工艺烧嘴的问题。8月造气炉烧嘴从装置开工至现在，运行总时长为30个月，最长运行12日,停车检修，吊出烧嘴发现烧嘴头部严重损坏，烧嘴内芯头端部周期为9个月， 修理次数为7次，损坏原因分别为内芯炸胀(1次) .环隙变形(5次) .烧嘴头脱落(1次) .钴基合金已烧掉，套管内部结碳严重。从1986年烧嘴投用至今, 7次损坏情况都是烧嘴头部变形或烧3.烧喇损坏原因分析损。而修复时，对烧嘴头部钴基、镍基合金进行整体更换的次数非常3.1烧嘴头堵塞有限，大多是在原有基础上进行修复，返修多次就会造成头部高温合工艺烧嘴的重油蒸汽环形通道间隙为8.5mm,经过缩径段变径之金渗铁、渗碳等缺陷的存在，而且补焊后在热影响区会发生再结晶的后间隙缩小，至烧嘴头处间隙仅为4.3+0.25mm.如果入炉重油中的现象，使合金个别部位晶粒不均匀，从而导致烧嘴内芯头部合金的热碳黑或其它杂质含量多,过多的碳黑颗粒和杂质不但影响重油的雾化稳定性能和热强性能下降，即在高温下抗氧化、抗气体腐蚀、抗塑性效果，而且有可能粘结在环形通道内壁上，尤其在变径处和烧嘴头处变形、抗断裂的能力下降，一旦发生过烧现象， 就很容易发生烧卷、容易产生这样的粘结现象，造成进料阻力增大，从而导致PDR4133压缺口甚至饶损现象。差增高。根据当时的运行情况看，PDR4133压差高，入气化炉重油压33工艺操作原因力增高，蒸汽流量降低，正是烧嘴重油蒸气环形通道堵塞所导致的现由于装置开、停车及负荷的改变，在调整的过程中，使入炉的氧象油比发生变化，当氧油比变大时，炉温瞬间急剧增加。据有关文献报3.1.1引起烧嘴头堵塞的原因道，原料油与蒸汽混合形成的两相流与氧气- -起离开烧嘴，并于适当(1) 重油质量处达到充分混合。剧列发成、整前出大 量的热，火焰中心温度可达到现使用的原料重油来自炼油厂的减压渣油，该渣油是各种复杂1600~中国煤化工高，这样势必会造成烧的烃类化合物的混合物，其中含有很多环芳烃、过渡金属及非烃类化嘴的温合物等，所以其性质是各组分性质的综合表现。据文献报道:渣油高损地MHCNMHG温结垢原因十分复杂，与渣油化学组成、经受的加工温度及管内的流(下转第107页)108科学技术(1)电气控制系统的构成(2)超声清洗槽:超声频率为40kHz, 经超声波换能器转换为电气控制系统包括操作面板.控制柜、气缸、伺服电机、传感高频机械震荡传送到清洗液中， 利用空化效应产生的大量小气泡连续器、电磁阀、加热元件、泵等。控制柜安装于设备后侧的上端，为全 轰击硅片表面，使夹缝中的污垢剥落。清洗液温度升高时气泡数量增封闭式，内部有干燥的压缩空气，通防止酸雾腐蚀电器元件。操作面加， 对产生气泡有利，但温度过高，气泡中蒸气压增大，空化强度会板位于设备前端，上面装有触摸屏、温控仪及电源启动、停止、急停降低。 实验证明在40C ~ 50C之间，超声效果最好。按钮。(3)加热去胶槽:该槽主要用水与乳酸的混合液浸泡来脱胶。(2)程序控制水和酸的比例大约是3: 1. 液体温度为70C。随着清洗时间的增加，本设备通过PLC控制，按照生产工艺的要求，对触摸屏和PLC进溶 液浓度会逐渐降低，但溶液浓度不能低于10%，否则清洗效果反而行了编程设计，控制模式分为自动和手动，在自动模式下，按运行降低。 溶液温度也不可以太高，超过85C后，不利于脱胶。后，操作员工只需要上料和下料即可，设备将自动运行，实现清洗和(4)溢流反冲洗槽:该槽的主要作用是降低硅片表面温度和除脱胶功能。手动方式则可以进行单独工艺动作，主要用于检修和实掉前 面脱胶槽的酸味，槽内溫度大约为30C ~40C,液体温度不应该验。各清洗槽的工艺清洗时间及其它一些工艺相关参 数可以在触摸屏太低， 以防止硅片由高温环境进入低温环境是造成裂片。上设置。系统可以编译并存储多条清洗工艺程序，用户可以根据需要GYQ6硅片预清洗机是我们自主研发的设备，该设备操作简单，进行修改或储存。运行稳定，提高产品质量和生产效率,降低生产成本更适合大批量生33.I艺清洗系统:工艺清洗包含四个部分，分别为强力喷淋冲产, 已经广泛运用于硅片制造厂生产，对提高硅片成品率起重要作洗槽，超声清洗槽，脱胶槽，溢流反冲洗槽。用，该设备可以兼容日本NTC.瑞士的梅耶博格和HCT及安永等多家(1)强力喷淋冲洗槽:该槽通过气缸带动喷淋管做旋转运动，线切割机切割出来的硅片。来反复冲洗硅片，从而得到比较洁净的硅片。喷管前面加磁力泵以增强水压，水压以及流量控制要适当，水压太大容易冲坏硅片，太小又参考文献:冲洗不干净，流量太大容易造成浪费，太小清洗不干净。经过大量实[1]李彦林羊建坤任丙彦 《太阳能級硅片线切割工艺中砂浆验证明喷管出水口压力为2kg/cm2时冲洗效果最好。喷管上面出水口与硅片损伤层研究》要密而小，保证喷淋出来可以形成水幕结构，水流均匀，防止有清洗[2]刘玉岭檀柏梅张楷亮《超大规模集成电路衬底材料性能盲区。该功能槽为设备关键部分，是冲洗砂浆的主要清洗槽。及加工测试技术工程》(上接第108页)从2005年6月初检修后，碳回收系统波动过两次，装置停车过两量，这有利于提高烧嘴的寿命。次，这造成了入炉重油质量和入炉氧油比的改变，导致烧嘴重油蒸汽422定期监测重油成份的变化,当碳回收系统波动时，减少碳回环形通道堵塞，使烧嘴喷出的混合点上移，烧嘴温度升高，在烧嘴内收系统返回气化炉的含碳重油量，当碳回收操作正常后，逐渐恢复返芯端部热强性能不足的条件下，造成烧嘴内芯端部损坏。回量，并做好这一部分的重油成分监测。4.避免措施4.2.3对外来的原料重油进行监控，一旦外来重油流量波动时，要4.1设备维修质量控制及时调整入炉氧气量，防止系统过氧,造成烧嘴的损坏。4.1.1维修方必须提供堆焊焊丝的材质证明书4.2.4监控好炉温，定期对造气炉发生器同一环度的各点温度进行4.1.2维修方必须提供合金堆焊后的射线探伤检验报告对比分析，及时掌握烧嘴火焰是否存在偏喷现象。4.13维修方必须提供检修后的打压试漏方面的证明材料4.1.4对于已修复三次以上的合金部分，在检修时，尽量不采用补焊、打磨修复的方法，要重新堆焊整个烧嘴内芯头部。42工艺控制措施[]T辛醇装置工艺技术规程(内部资料)4.2.1在调整负荷时，严格控制氧油比，并适当加大入炉的蒸汽[2]丁辛醇装置技术资料汇编(内部资料)(上接第109页)从表1可以看到，用拉格朗日多项式插值时，当阶数取15时,数，本文只利用统计方法，该问题还需要进~一步探讨。内插精度最高，X. Y、23个坐标的最大标准差为0.28cm,最大误差为0.31cm。四、结柬语在各种多项式中，切比雪夫多项式不仅公式简洁，占用计算机[]余鹏,孙学金,赵世军GPSE星广播星历轨道误差的探讨[].测绘通报2004.(3):6-16.内存少，而且逼近效果最佳，在时间段的两端近似性也很好[2]。[2]张志涌等.精通MATLAB 6 5版[M].北京:北京航空航天大学出本文采用切比雪夫多项式拟合了2002年1月1日的GPS精密坐标，并版社,2003.对各阶拟合精度进行了统计和分析，发现将多项式展开到15阶，可[3]蔡艳辉,程鹏飞,李夕锻.卫星坐标的内插和报合(J].全球定位累达到毫米级的拟合精度,通过误差分析可知，仅采用观测数据当天统,2003的精密星历，利用切比雪夫多项式拟合获得观测数据对应的精密卫中国煤化工星历的插值方1D,飞行星位置，其插值精度足以满足大部分定位要求。完全满足观测值仿器控制YHCNM H G_GPS orbit itepolatio真、定位与定轨等对精密坐标的需要，而阶数过高或过低，都会降低拟合精度。由于现在还没有-种高效的方法能确定最佳多项式阶straeigsl(J.GPS Sluos,2003.6: 265-267.107