氣化爐工藝燒嘴損壞因素及措施

高晶

【摘 要】本文對(duì)工藝燒嘴的損壞進(jìn)行了分析，并提出了避免損壞的措施，提高工藝燒嘴的運(yùn)行周期。

【關(guān) 鍵 詞】工藝燒嘴、高溫合金、壓差、殘?zhí)?/p>

【中圖分類號(hào)】TQ016【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0267-01

1、概述

1.1 燒嘴情況

造氣裝置采用美國(guó)GE能源公司重油氣化專利技術(shù)，利用重油或裂解焦油不完全氧化法生產(chǎn)合成氣。其原理是將重油或裂解焦油、工藝水、氧氣按一定的比例混合，通過(guò)造氣爐頂?shù)奶厥庠O(shè)備—工藝燒嘴噴入高溫氣化爐內(nèi)進(jìn)行快速不完全氧化發(fā)應(yīng)，生產(chǎn)由H2和CO 組成的合成氣。工藝燒嘴是造氣流程中的關(guān)鍵部件，是GE能源公司專利的一個(gè)組成部分。2012年開(kāi)工時(shí)，直接由國(guó)外引進(jìn)的共有二臺(tái)，后又委托北京航天十一所測(cè)繪并仿制了一臺(tái)，美國(guó)GE能源公司委托沈陽(yáng)通用黎明部件有限公司制造了一臺(tái)，現(xiàn)在一共有四臺(tái)工藝燒嘴。

1.2 燒嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介：

內(nèi)芯頭體部堆焊鈷50合金；內(nèi)芯桿體部材質(zhì)為304和316L不銹鋼合金。工藝燒嘴的外氧噴頭口部直徑為30.2 mm，裂解焦油/工藝水噴頭口部直徑為21.7mm，內(nèi)氧噴頭口部直徑為14.2 mm，經(jīng)過(guò)縮徑段變徑之后間隙縮小，至燒嘴頭處間隙僅為3.8±0.25mm。

2、燒嘴損壞經(jīng)過(guò)

2012年10月19日，造氣爐-碳洗塔間壓差PDI12015值為0.7Mpa，高于正常壓差值0.45Mpa，至10月26日壓差PDI 12015從0.7Mpa上漲到0. 8Mpa左右，并且呈上漲趨勢(shì)，然后突然下降至0.30Mpa左右，裝置聯(lián)鎖動(dòng)作，被迫停車。相關(guān)不正常的現(xiàn)象為：（1）P1102焦油泵出口壓力升高，從原來(lái)的3.8Mpa左右，升高到4.3Mpa左右。（2）入爐工藝水流量波動(dòng)。（3）從10月初發(fā)現(xiàn)壓差高開(kāi)始，至檢修前，壓差變化有反復(fù)增高的趨勢(shì)。當(dāng)入爐壓差高到一定程度時(shí)，突然下降至0.30Mpa左右，裝置聯(lián)鎖動(dòng)作，被迫停車。

當(dāng)時(shí)運(yùn)行的工藝燒嘴位號(hào)為Z1201B，懷疑是工藝燒嘴的問(wèn)題。10月26日，停車檢修，吊出燒嘴發(fā)現(xiàn)燒嘴頭部嚴(yán)重?fù)p壞，燒嘴內(nèi)芯頭端部鈷基合金已燒掉，套管內(nèi)部結(jié)碳嚴(yán)重。

3、燒嘴損壞原因分析

3.1 燒嘴頭堵塞

工藝燒嘴頭的焦油/工藝水環(huán)形通道間隙為3.8mm。如果入爐焦油中的碳黑或其它雜質(zhì)含量多，過(guò)多的碳黑顆粒和雜質(zhì)不但影響焦油的霧化效果，而且有可能粘結(jié)在環(huán)形通道內(nèi)壁上，尤其在變徑處和燒嘴頭處容易產(chǎn)生這樣的粘結(jié)現(xiàn)象，造成進(jìn)料阻力增大，從而導(dǎo)致PDI12015壓差增高。根據(jù)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行情況看，PDI12015壓差高，焦油入爐壓力高，正是燒嘴焦油/工藝水環(huán)形通道堵塞所導(dǎo)致的現(xiàn)象。當(dāng)燒嘴焦油/工藝水環(huán)形堵塞后，蒸汽流量減小，導(dǎo)致入燒嘴的渣油體積減少，出燒嘴的渣油流速降低，火焰黑區(qū)縮短，燃燒區(qū)上移，燒嘴局部溫度過(guò)高，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致燒嘴的損壞。燒嘴端部溫度逐漸升高所帶來(lái)的負(fù)面聯(lián)鎖效應(yīng)便是套管內(nèi)部結(jié)碳聚合的加速，于是入爐壓差逐漸升高，當(dāng)高到一定值時(shí)，結(jié)碳聚合處承受不住高壓的沖擊，逐漸破裂沖出燒嘴，使壓差有些好轉(zhuǎn)，但隨著結(jié)碳的增多和燒嘴變形的加劇，又重復(fù)進(jìn)行上述的破裂，這樣惡性循環(huán)導(dǎo)致燒嘴損壞速度不斷增加，從而使端部的高溫合金嚴(yán)重?fù)p壞。

3.1.1 引起燒嘴頭堵塞的原因

（1）焦油質(zhì)量：現(xiàn)使用的原料焦油來(lái)自化工一廠的E3渣油，該渣油是各種復(fù)雜的烴類化合物的混合物，其中含有很多環(huán)芳烴、過(guò)渡金屬及非烴類化合物等，所以其性質(zhì)是各組分性質(zhì)的綜合表現(xiàn)。有機(jī)物積垢主要為渣油在高溫下形成的聚合物或縮聚物。聚合物是由渣油中烴類溶解的微量氧引發(fā)的，發(fā)生氧化鏈反應(yīng)生成的，渣油中的金屬離子又能加速鏈增長(zhǎng)，反應(yīng)生成的聚合物粘在一起，沉積在金屬表面上形成積垢。

（2）溫度對(duì)結(jié)垢的影響：渣油高溫下結(jié)垢行為可以看作是一個(gè)復(fù)雜的連串反應(yīng)，溫度越高結(jié)垢越嚴(yán)重，而且當(dāng)超過(guò)一定溫度時(shí)，結(jié)垢速度加快。

（3）焦油流量對(duì)結(jié)垢的影響：焦油流量越小，在積垢管道內(nèi)經(jīng)歷高溫的時(shí)間越長(zhǎng)，結(jié)垢越嚴(yán)重。車間曾多次經(jīng)歷焦油泵流量不足的現(xiàn)象，這很容易引起燒嘴的結(jié)垢。

（4）雜質(zhì)的影響：焦油中的灰分、金屬含量、殘?zhí)肌⑺值鹊闹笜?biāo)以及密度、粘度等如果不符合相關(guān)的設(shè)計(jì)要求都會(huì)引起燒嘴內(nèi)部堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。車間曾對(duì)金屬含量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，金屬中的鐵、鈉、鈣、鎳等會(huì)與焦油中的聚合物等發(fā)生氧化反應(yīng)形成高熔點(diǎn)的氧化物析出粘結(jié)在燒嘴內(nèi)壁上，從而堵塞燒嘴通道。在對(duì)金屬含量的分析中，我們發(fā)現(xiàn)焦油中的金屬含量都很少，原料焦油中的金屬含量不會(huì)對(duì)燒嘴的運(yùn)行產(chǎn)生影響。

車間以后的重點(diǎn)將放在對(duì)灰分、殘?zhí)嫉戎笜?biāo)的監(jiān)測(cè)上，因?yàn)榛曳趾蜌執(zhí)嫉脑龆鄬⒓哟蠼褂偷拿芏?，使焦油流?dòng)的內(nèi)阻力增大，從而減小了焦油的流動(dòng)性，增大了焦油的停留時(shí)間，直接加大結(jié)垢的可能性。而且由于碳黑水工段的灰水中殘?zhí)茧S著生產(chǎn)的不斷調(diào)整，含量是不斷變化的，必須建立相應(yīng)的監(jiān)測(cè)手段以控制其含量在應(yīng)有的指標(biāo)之內(nèi)。

（5）油水混合器的影響：氣化反應(yīng)中油水混合器的作用是非常重要的，加入工藝水量會(huì)大大降低原料油的粘度，霧化原料油，使霧化效果完全。適當(dāng)加入工藝水可增加火焰長(zhǎng)度，使黑區(qū)增長(zhǎng)，熱點(diǎn)下移，降低燒嘴的溫度，保護(hù)燒嘴。當(dāng)霧化效果不好時(shí)，就會(huì)因此造成燒嘴頭部的損壞。

3.2 燒嘴質(zhì)量問(wèn)題

將損壞的燒嘴內(nèi)芯取出進(jìn)行光譜分析，未發(fā)現(xiàn)異常。造氣爐燒嘴從裝置開(kāi)工至現(xiàn)在情況如下 ：總運(yùn)行時(shí)間9個(gè)月，最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間1個(gè)月，修理12次，內(nèi)芯炸脹1次，環(huán)隙變形5次，燒嘴頭燒掉12次。

從2012年燒嘴投用至今，12次損壞情況都是燒嘴頭部變形或燒損。而修復(fù)時(shí)，對(duì)燒嘴頭部鈷基合金進(jìn)行整體更換的次數(shù)非常有限，大多是在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行修復(fù)，返修多次就會(huì)造成頭部高溫合金滲鐵、滲碳等缺陷的存在，而且補(bǔ)焊后在熱影響區(qū)會(huì)發(fā)生再結(jié)晶的現(xiàn)象，使合金個(gè)別部位晶粒不均勻，從而導(dǎo)致燒嘴內(nèi)芯頭部合金的熱穩(wěn)定性能和熱強(qiáng)性能下降，即在高溫下抗氧化、抗氣體腐蝕、抗塑性變形、抗斷裂的能力下降，一旦發(fā)生過(guò)燒現(xiàn)象，就很容易發(fā)生燒卷、缺口甚至燒損現(xiàn)象。

3.3 工藝操作原因

由于裝置開(kāi)、停車及負(fù)荷的改變，在調(diào)整的過(guò)程中，使入爐的氧油比發(fā)生變化，當(dāng)氧油比變大時(shí)，爐溫瞬間急劇增加。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，原料油與工藝水混合形成的兩相流與氧氣一起離開(kāi)燒嘴，并于適當(dāng)處達(dá)到充分混合，劇烈發(fā)應(yīng)，釋放出大量的熱，火焰中心溫度可達(dá)到1600～1700℃。由于瞬間過(guò)氧，火焰溫度會(huì)更高，這樣勢(shì)必會(huì)造成燒嘴的溫度增高，直接影響燒嘴的使用壽命。另外由于原料焦油與工藝水混合效果不好，造成油水混合不均勻，也將直接影響到燒嘴的正常運(yùn)行。

4、避免措施

4.1 設(shè)備維修質(zhì)量控制

4.1.1 維修方必須提供堆焊焊絲的材質(zhì)證明書。

4.1.2 維修方必須提供合金堆焊后的射線探傷檢驗(yàn)報(bào)告。

4.1.3 維修方必須提供檢修后的打壓試漏方面的證明材料。

4.1.4 對(duì)于已修復(fù)三次以上的合金部分，在檢修時(shí)，盡量不采用補(bǔ)焊、打磨修復(fù)的方法，要重新堆焊整個(gè)燒嘴內(nèi)芯頭部。

4.2 工藝控制措施

4.2.1 在調(diào)整負(fù)荷時(shí)，嚴(yán)格控制氧油比，并適當(dāng)加大入爐的工藝水量，這有利于提高燒嘴的壽命。

4.2.2 定期監(jiān)測(cè)灰水成份的變化，當(dāng)碳黑水處理系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)，減少碳黑水系統(tǒng)補(bǔ)加給油氣化系統(tǒng)的水量，當(dāng)碳黑水操作正常后，逐漸恢復(fù)補(bǔ)加量，并做好這一部分的灰水成分監(jiān)測(cè)。

4.2.3 對(duì)外來(lái)的原料焦油進(jìn)行監(jiān)控，一旦外來(lái)焦油流量波動(dòng)時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行成分分析，并聯(lián)系化工一廠確認(rèn)來(lái)料組成是否發(fā)生變化，且根據(jù)分析，及時(shí)調(diào)整入爐氧氣量，防止系統(tǒng)過(guò)氧，造成燒嘴的損壞。

4.2.4 監(jiān)控好爐溫，定期對(duì)造氣爐發(fā)生器同一環(huán)度的各點(diǎn)溫度進(jìn)行對(duì)比分析，及時(shí)掌握燒嘴火焰是否存在偏噴現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁辛醇裝置工藝技術(shù)規(guī)程（內(nèi)部資料）

[2] 丁辛醇裝置技術(shù)資料匯編（內(nèi)部資料）