兖矿国泰化工公司多喷嘴对置式水煤浆气化装置气化炉煤气外泄事故案例分析

事故经过：
2005年2月11日1点40分，兖矿国泰化工公司多喷嘴对置式水煤浆气化装置气化炉A的A1烧嘴口喷火，气化岗位现场及中控人员发现后，马上停车处理，停车后经检查发现气化炉A的烧嘴A1烧坏，冷却水盘管头部烧毁，盘管烧断；四个烧嘴周围耐火砖损坏，气化炉顶部盲盖烧损。气化炉被迫停车检修，更换烧嘴，修补耐火火砖，修补顶部盲盖，检修时间大约2个月。气化炉A于2004年12月开始试车，到目前为止共运行了166小时
事故原因分析：
1. 烧嘴冷却水管破裂是导致煤气外泄事故的直接原因：
A炉于2005年2月11日1:40发生煤气外泄事故是烧嘴冷却水管破裂所致，与烧嘴损坏有关，与四喷嘴对置式气化炉的结构无关。
烧嘴头部腔室的烧嘴冷却水进水管与头部腔室的焊缝的破裂，导致高温合成气窜入烧嘴冷却水盘管，烧嘴冷却水断流。高于1300℃的合成气直接损坏烧嘴冷却水管线。随着烧嘴头部冷却腔室的烧损，外通道面积增大，氧气流量急剧增加(1:40:05的3093Nm3/h急升至1:40:31的4633Nm3/h)，加速烧嘴头部的烧蚀。合成气与纯氧燃烧，情形类似用于气割钢板的纯氧乙炔焰，对金属有极大破坏力。高温高压合成气沿烧嘴冷却水低压(出口)管线窜出气化炉，导致框架上出现较长的火焰。A1烧嘴周围耐火砖损坏与火焰由炉内窜向烧嘴冷却水盘管，烧出气化炉直接有关，可能也与气化炉停车后降压过程中烧嘴冷却水进入炉膛(2:05~2:40)有关。
因烧嘴冷却水管破裂导致烧嘴损坏的事故，在渣油气化装置、天然气非催化部分氧化装置上发生过数次，如新疆、宁夏、齐鲁等。国内实践经验表明，影响烧嘴寿命的因素很多，包括设计、加工、安装和操作等多方面的原因。即使运行多年的老厂，也依然存在操作不当引起的烧嘴损坏的问题。
2. 烧嘴冷却水管破裂绝不是烧嘴盘管的磨蚀穿孔引起：
如果是磨蚀穿孔引起烧嘴冷却水管的烧坏，那么A2、A3、A4烧嘴也会存在类似情况，而据现场观察，A2、A3、A4烧嘴冷却水管未出现磨蚀现象。A1烧嘴残留的冷却水管线有类似磨蚀的小孔，应该是火焰烧损的结果，没有磨损的特征。另外A1烧嘴室也没有磨痕。
我们初步认定烧嘴冷却水管烧坏的原因可能与烧嘴头部腔室的水的进出口位置有关。A1、A2烧嘴头部腔室的水的进出口方位为冷却水上进下出，这使得烧嘴头部腔室内的气泡无法排出，腔室内残存气泡，会导致上部烧嘴冷却水进水管与头部腔室的焊缝位置局部过热，使焊缝强度降低，造成断裂。A2烧嘴头部腔室的上部进水焊缝的拉裂就是旁证，说明强度已降低。A3、A4烧嘴头部腔室的水的进出口方位为冷却水下进上出，不存在类似问题，现场烧嘴也较好。Texaco烧嘴垂直放置，不存在类似问题。
烧嘴的加工质量和装卸也可能有影响，例如烧嘴的同心度、烧嘴的加工焊接、装卸时造成的烧嘴冷却水管线的划伤等。
3. 烧嘴冷却水管线在线监测措施不到位导致烧嘴烧损严重和火焰外窜。
烧嘴冷却水管线烧漏在油气化、煤气化等工业装置上较为常见，但火焰外窜不多见。由于在线监测即时反映，可以尽早停车，避免事故发生。新疆、宁夏的油气化装置采用CO在线分析仪进行在线监测，即时发现烧嘴冷却水管线泄漏，避免事故发生。齐鲁渣油Shell气化装置，由于当时未采用CO在线分析，曾出现外侧水冷夹套穿孔，造成合成气外泄，拔掉了烧嘴大法兰的的严重事故。
A炉的烧嘴冷却水分离器的CO在线分析仪一直未投用，这是最灵敏的在线监测措施。而冷却水流量、压力、温度都较为迟钝，合成气稍有泄漏，根本没有什么反映。如果在烧嘴冷却水管线泄漏早期发现，尽早停车，就不会出现煤气外泄，仅需修复烧嘴冷却水管线的局部部位，不会产生大的问题。
在2月10日晚18点以后，A1烧嘴冷却水出口温度已出现上下波动，达10℃左右，这可能就是烧嘴冷却水管线已发生泄漏的表征。
4. 气化炉顶部封堵砖烧蚀与封堵砖的制造有关。
据现场观察，顶部预热口的耐火砖未见损伤，炉内挂渣均匀，这表明顶部的温度正常。顶部封堵砖烧蚀~300mm，不是由于拱顶温度过高导致，而是与封堵砖的制造有关：留下的断面呈白色，看上去不是重质浇注料；断面上没有烧熔的金属拉筋。没有贯穿封堵砖整体的金属拉筋，封堵砖的强度无法保证；没有采用重质浇注料，封堵砖无法耐渣的冲刷。
四喷嘴对置式气化炉的中试装置也采用相同的方法封堵气化炉顶部预热口，经过水煤浆气化和干煤粉气化的中试，共运行约700小时，封堵浇注料未见严重烧损。
鉴于以上分析，我们向贵公司提出如下建议：
① 对A1、A2烧嘴进行修复，烧嘴头部腔室的水的进出口方位改为冷却水下进上出；修复烧嘴冷却水管的外伤；对每个烧嘴进行水压试验(外压)；每次投料前检查工艺烧嘴状况，通烧嘴冷却水检漏。
② 对损坏的烧嘴室进行换砖。
③ 重新制作炉顶封堵砖：采用Incoloy825金属作预制件外缘；金属拉筋贯穿封堵砖整体，直至法兰，采用Incoloy825材料；使用含铬重质浇注料制造。
④ 启用烧嘴冷却水分离器上的CO在线分析装置。
⑤ 我们认为A炉结构没有问题。据我们掌握的操作数据(附表所示)，A炉的优势是较为明显的。
⑥ A炉(四喷嘴对置式水煤浆气化炉)是贵公司大氮肥国产化工程的关键单元，贵公司在工程化过程中付出了巨大的努力。