气化炉优化设计

第46卷第2期化工设备与管道2009年4月PROCESS EQUIPMENT PIPING单元设备气化炉优化设计刘克,倪云唪,王宏(中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院,吉林吉林132002)摘要:通过对气化炉在服役时期出现的问题进行分析,在更新改造的设计过程中进行优化设计并采取相应的技术措施,保证了更新后气化炉的安全、经济运行,对合成气装置中类似气化炉的更新改造有借鉴作用。关键词:气化炉;炉壳;衬里;优化设计中图分类号:TQ050.2文献标识码:A文章编号:10093281(2009)02001203Optimum Design for Gasifying FurnaceLIU Ke, NI Yun-feng, WANG HongPetro China Northeast Refining Chemical Engineering Co. Ltd., Jilin Design Institute, Jilin 132002, China)Abstract: By analyzing the problems of gasifying furnace, an optimum design with corresponding technical measure for the new gasif-ying furmace is carried out in the reform design process. It ensures that the gasifying fumace could be operated more safely andically. This optimum design may be taken as reference in other similar fumaces.Keywords: gasifying fumace; furnace shell; lining; optimum design某大型国有化工企业的合成气装置始建于容器,其结构形式为立式圆筒形容器,炉壳为钢壳1977年,1982年5月建成投产,原设计能力为生产体,内衬耐火材料。气化炉的结构如图1所示。合成气11884m3/h、氢气11548m3/h。该装置采用谢尔渣油加压部分氧化造气工艺,生产以CO和上封喷嘴接管H2为主要成分的原料气,其中部分原料气经脱硫吊耳脱碳后,作为合格的羰基合成气送往丁辛醇装置;另部分原料气再经中低温变换、二次脱碳、甲烷化、钴钼加氢后制取氢气,大部分送往丁辛醇装置,其余炉壳仪表接口部分送入氢气管网。合成气装置自建成投产以来已经连续运行了近25年,而装置设计使用年限为15年,部分设备设计使用寿命为10年。现部分管线和设备均已超期服役,设备、管线仪表、电气设施腐蚀老化严重,存在严重的安全隐患,其中1气化炉炉壳检测不合格已报废,气化炉衬砖窜气造成炉壁温度偏髙,其他气化体出口炉也存在类似情况。为保证装置长周期、安全稳定下封头运行,必须对存在的安全隐患进行彻底治理,要求对图1气化炉结构1气化炉炉壳衬砖进行更新改造。1气化炉结构特点与技术参数1.1结构特点YH中国煤化工CNMHG市人,高级工程师。全国气化炉作为合成气装置中的关键设备之一,按委员、中国石油和化工勘察设计协会工业炉设计专业委员会委员。主要从事化照《压力容器安全技术监察规程》属于第三类反应学工业炉和压力容器设计工作2009年4月刘克,等.气化炉优化设计1312技术参数程中易出现炉砖伸缩量过大导致热电偶受剪切断裂。气化炉技术参数见表1。24连接管路内的耐火衬里损坏表11气化炉技术特性由于气化炉与废热锅炉均是立式布置的,当装参数置正常运行时,衬里均向上膨胀,而连接气化炉与废器类别热锅炉的管道是水平布置的,其衬里与气化炉与废工作介质合成气介质特性易燃易爆热锅炉村里相贯连接。当装置正常运行时,水平连壳体材料5MnVR内衬耐火砖接的管路内的耐火衬里沿水平方向膨胀。在连接点工作压力(G)/MPa3.3处,就存在膨胀方向的不一致性,特别是在开车与停设计压力(G)/MPa3.63工作温度℃炉内:1350-1400;炉壳:150车过程中以及负荷变化而引起温度的不断变化时设计温度℃炉内:1450;炉壳:200在经过多次热震后,易造成该处衬里损坏。2存在的问题及分析3气化炉的优化设计2.1炉壳焊缝裂纹3.1炉壳体材料的优选1°气化炉炉壳材质为15MnVR,多年运行后该1气化炉原炉壳材质为15MnⅤR,在现行压力炉炉壳经超声波和射线无损检测,发现超标缺陷多容器用钢板标准中已被废止。因此,首先面临的是处,缺陷产生的原因主要和当时制造厂焊接工艺、方重新选择气化炉炉壳材质。为此专门考察了类似的法等有关已无返修价值;其使用年限已超过设计寿合成气装置该装置气化炉是从国外引进的其炉壳命15年,属于超期服役;为了确保安全生产,对炉壳材质为SA387 Grll CL2(1.2cr0.5Mo)材料。该和衬里实施全面更新,势在必行。气化炉炉体工作温度在204~316℃之间。由于合22壁温超标成气含有H2,根据纳尔逊曲线,选用铬钼钢是安全在气化炉使用过程中,由于生产负荷、工艺操作合适的;而对于1气化炉的炉壳根据纳尔逊曲线及超期服役等原因,1气化炉内衬造成窜气、局部冲由于设计温度未超过260℃,选择碳钢不会产生氢刷、个别部位耐火砖脱落常导致炉壁温度超过230腐蚀;再从表2化学成分、表3力学性能和工艺性℃。为了保证生产负荷需要,长期采用氮气吹扫降能表4高温力学性能以及制造、经济性、安全性等温法,人为对超温部位进行连续强制降温。各方面综合考虑,由于铬钼钢15 ArMoR焊接性能较2.3热电偶剪断差,焊后必须进行整体热处理,且材料价格也比较气化炉衬里受热膨胀。由于1气化炉高径比较高,Q345R材料综合性能指标好,所以选择Q345R大属高瘦形因此纵向总膨胀量较大在开停炉的过材料作为1”气化炉的炉壳更为合适。表2化学成分化学成分(质量分数)/%牌号0.20-0.551.20~1.600.04~0.12≤0.035≤0.0305 ArMoR0.12-0.180.15~0.400.40~0.700.80-1.200.45~0.60≤0.025≤0.010表3力学性能和工艺性能拉伸试验冲击试验交货状态钢屈服强度Ra度/mm抗拉强度R伸长率A温度/℃V型冲击功A小1备15MnⅤR热轧控轧或正火>36490-625中国煤化工15cMoR正火加回火>6-60450~590≥295CNMHG(下转第22页化工设备与管道第46卷第2期质量高,从而能生产出优质高产的成品对硝。等不必要的工作,稳定了生产,减轻了劳动强度,降(2)由于翅片结晶器换热面积较大,缩短了操低了生产成本作台时提高了劳动生产率。5)新设备只采用热水循环降、升温,所需循环(3)原有生产运行的卧式列管式结晶器化料的流量小,吨产品用泵电机功率小,能耗低。传媒介质是低压蒸汽,而翅片结晶器是用热水进行(6)此新型结晶器的使用比手动操作列管卧式化料的。工艺的改进体现的优越性主要有以下结晶器在水耗、电耗、汽耗方面大大降低,结晶得率几点:提高1倍多。①减少了蒸汽消耗。②减少了设备的维修。由于卧式结晶器用蒸4结束语汽进行化料,易造成汽液在设备内“打架”,长期运此新型结晶器的使用,为该公司结晶装置扩大行易造成结晶器的局部损坏;而箱式结晶器不存在了产能提高了产品质量减少了项目建设用地降卧式结晶器的化料工艺弊端,从而保证了设备能够低了产品制造生产成本,同时在我国有机中间体生长期处于良好的运行状态。产领域采用高性能大型化设备有了成功的尝试,提(4)不仅结晶的进、出料采用全自动操控而且高了我国有机中间体生产技术、设备与综合制造成增加了配水及化料过程的自控,在化料生产过程中,本的国际市场竞争能力。操作工不需经常做开、停循环水泵,开、关水汽阀门eoeoe-ceoooocOoooooooocooo(上接第13页)表4高温力学性能牌号厚度/mm屈服强度R或R/(N·m)15MnVR>36~60≥280≥265≥245≥21015CrMoR≥240≥225≥21000≥17932气化炉衬里优化设计理;在炉壳内壁喷涂耐高温防腐隔热涂料,以减少对该气化炉原有炉衬工作面刚玉砖较厚,使得隔炉壳的腐蚀。热层的厚度相对较薄,是该炉壁超温的主要原因。3.4气化炉与废锅连接部位结构优化设计因此,应适当减少工作面刚玉砖的厚度,相应增加隔将原结构由圆柱相贯改为平面结构。其两衬里热层衬里的厚度,并选用耐高温隔热材料。节点在热膨胀过程中不会影响结构效果。施工过程中,采取有效措施提高炉衬的密封,减少高温对炉壁的辐射达到降低炉壁温度的目的控4结束语制炉壁温度在150℃以内。气化炉是合成气装置中的关键设备之一,其安3防止热电偶剪断的优化设计全性和可靠性直接关系到装置能否安全、稳定、长周在耐火衬里设计上,应增设托砖板,以解决衬里期、满负荷运行。目前国内有多套合成气装置处于膨胀量过大造成热电偶剪断的问题。采用新型托砖超期服役状态。本文对超期服役的1气化炉存在板结构减少热量的导出;在托砖板外壁处设置散热的主要问题进行了分析,对优化设计进行了阐述,对片以降低该处的外壁温度;逐层将衬里热电偶孔改同类中国煤化工借鉴作用。为长圆条孔,在结构上采取特殊的动态高温密封处CNMHG