甲醇装置转化炉炉衬故障分析及对策

甲醇装置转化炉炉衬故障分析及对策

1甲醇转化炉的问题1.1炉衬及炉衬材料germ-1的侧墙（部分制透热模块结构，具体结构见图1）和表顶。从表中外切口到表芯的6mm钢板，3mm高温密封橡胶，0.1mm铝玻璃布，40mmxu-250mm针灸覆盖层，xu-250mm厚针覆盖层，覆盖层的外壁上（弹火表面）应涂上两层高温涂料（gft-1）。炉四壁距炉顶3050mm以上,折叠块均为XU-1400(包括炉顶)。3050mm以下,折叠块均为XU-1250。侧墙四周砖墙部分的设计结构从外向内依次为6mm的钢板,3mm的高温密封胶,0.1mm的铝玻璃布,33mm无石棉硅盖板,230mm厚的ZQ-0.85高档隔热耐火砖(TZ-6)。炉底设计结构从外向内依次为6mm的钢板,50mm厚的无石棉硅盖板,三层65mm厚的(共195mm)粘土质隔热砖(NG-0.80)TZ-3,65mm厚的ZQ-0.85高档隔热耐火砖。全炉炉衬总面积达到763.3m2,但是转化炉在第一次开车后,高温涂料即有大面积的脱落,随后在运行当中不断发生炉墙保温块收缩,炉衬材料普遍出现贯穿性裂缝,炉衬向火表面氧化变质成为粉末。三年内对裂缝进行过三次填塞处理,用针刺毯填塞炉衬裂缝,但再次运行后不久,仍出现开裂现象,裂缝宽度大约有20～30mm,裂缝面积达到245m2。看火孔附近炉衬发生脱落,出现歪斜下塌现象,看火孔及炉墙的护板变色、变形。转化炉炉顶也由于炉衬损坏,使炉顶人行过道严重超温,超温面积90m2,占全部炉顶面积的60%以上。转化炉炉底自开炉以来也一直存在超温现象,运行当中炉底钢板变色变形情况较为严重,变色面积达到80m2,过热通道曾加铺耐火砖,但效果并不理想。1.2隧道墙后出现大量断裂转化炉的烟气隧道墙在运行当中经常出现拱型砖断裂、隧道墙倾斜、倒塌等诸多问题,每次停工都必须清理大量的断裂拱型砖,补充拱型砖,修补隧道墙。同时,转化管出现红管和花斑管。2系统的运行问题(1)炉墙外壁严重超温易出现外壁钢板变形,甚至被烧穿。外壁钢板一旦发生变形,会使炉衬材料与钢板分离,出现更大的间隙,加剧炉衬的松动脱落,使炉墙超温面积蔓延,严重危及炉子的安全运行。(2)外壁超温,势必造成散热损失增大,燃料消耗增大,炉子的热效率降低。目前该炉火嘴和引风机的负荷已经开到了100%,已无调节余地,但炉子仍难以满足工艺上对处理量和甲醇转化温度的要求。(3)由于炉墙散热损失大,经济性低,生产每吨甲醇消耗燃料天然气(标准状态)原设计为198m3,而实际生产中燃料气的消耗已高达每吨甲醇250m3,大大提高了甲醇燃料气的吨耗量,按年生产100kt甲醇计算,每年多消耗的天然气燃料费为300万元。(4)转化炉在运行当中经常出现拱型砖断裂、隧道墙倾斜、倒塌等诸多问题,从而破坏了炉内烟气流场的分布,使辐射室内的整体温度偏差增大、转化管的整体温度不均匀,降低了全炉甲烷气体的转化率,影响了甲醇的产量。转化管因受热不均匀,还发生红管、花斑管及管子弯曲变形。由此可见,转化炉外壁超温严重,使得格尔木炼油厂每吨甲醇的生产成本居高不下,并严重威胁装置的安全运行,因此必须对转化炉的炉衬进行必要的技术改造。3反渗透膜法施工过程对炉内火炬的影响针对格尔木炼油厂转化炉炉衬实际情况,先后走访了四川江油川西北气矿100kt/a甲醇厂,重点考察了该厂转化炉运行情况和炉衬保温效果,并赴耐火材料厂就含锆针刺毡、模块的生产全过程,从研发、原材料进货、生产工艺、质量控制等方面进行了考察。四川江油甲醇厂转化炉辐射室炉衬情况较好,炉外壁温度较低,只有55℃左右,炉衬厚260mm,炉外壁无变形现象,长期运行以来,未出现过任何问题。在现场,我们观察到炉内拱型砖、隧道墙均完好无损,另外该厂隧道墙也与格尔木炼油厂不同,该厂在隧道墙两侧砌有加固立柱,定位隧道墙,从而防止了隧道墙的倾斜,见图2。该厂整个转化炉运行平稳,炉内温度分布均匀,转化管的平均温差很小(温差小于6℃),而且在运行期间,整个转化炉基本上是不用调整的。3.1主要生产设备和工艺经过方案优选,结合国家有关节能要求和格尔木地区地理环境(海拔高度2850m),我们将纤维炉衬总厚度提高到300mm,对其材料和具体结构改造如下:(1)对转化炉侧墙及炉顶,原陶纤全部更换,向火面耐火层均选用山东鲁阳股份有限公司的含锆甩丝工艺生产的260mm厚的纤维模块(工作温度1400℃)。鲁阳股份有限公司目前是亚洲比较大的陶纤耐火材料生产单位,该公司有部分产品已属世界先进水平,耐火纤维规格多、品种齐全,并同时拥有先进的甩丝和喷吹生产工艺,获得多项专利,全国乙烯裂解炉70%左右的保温耐火材料由他们供货,在石油、化工行业业绩突出。中间隔热层采用层铺40mm厚喷吹工艺生产的高铝(工作温度1250℃)针刺毯一层,从冷面向热面,炉衬依次为炉体钢板,高温密封胶,层铺毯,纤维模块。锚固件(材料Cr25Ni20)采用冷面固定,固定的结构见图3。(2)对炉四周下部砖墙,原炉衬全部拆除,改为采用砖加机制板的复合结构,由热面到冷面依次为230mm厚的高铝耐火砖,三层35mm厚的标准型高铝机制板。(3)对辐射室炉底,原炉衬全部拆除,由冷面到热面依次改为轻质高强纤维耐火浇注料(高铝)160mm,一层高铝砖65mm,一层高铝标准型机制纤维板40mm(湿法生产,保证一定的硬度,不变形),平铺一层高铝耐火砖65mm(用高铝水泥粉填缝)。(4)隧道墙重砌,并设计加固立柱。(5)看火孔选用含锆一次成型模块,并采用冷面固定方式。(6)钢板内表面涂3mm高温密封胶。(7)对变形的炉体钢结构,进行部分更换和加固。3.2纤维原料的配置(1)纤维材质化学组成:Al2O3、SiO2、ZrO2含量之和大于99%,有害杂质含量之和小于1.0%;(2)甩丝纤维直径和长度:直径3.5～4μm,纤维长大于100mm,渣球含量小于5%～8%,喷吹工艺生产;(3)甩丝含锆纤维的长期使用温度应达到1400℃,最高使用温度下保温24小时水平方向收缩率值为4%,喷吹工艺生产;(4)高铝纤维毯长期使用温度应达到1250℃;(5)纤维模块尺寸自行设计,所有模块均压缩成形至260mm厚的标准模块。高铝标准型机制纤维板采用湿法工艺生产,工作温度在1250℃左右,应保证规定的硬度、强度。3.3关于重建和施工的要求质量保证期5年以上,出现损坏由材料厂负责免费维修。投用后炉外壁温度最高不得超过80℃。纤维模块采用“T”字型拼花布置。4降低了转化炉的效率和节能潜力格尔木炼油厂转化炉炉衬采用山东鲁阳股份有限公司的制品和技术改造,改造后转化炉外壁平均温度经监测小于55℃,低于国家标准80℃的要求,固定件由原来的40000多个减少到6000多个。经改造有效地降低了热损失和固定件传热,同时炉体密封性能提高,漏风现象得到了彻底解决,从而显