转化系统运行四年出现的问题总结

孔令鹏，徐兴科

（山西天浩化工股份有限公司，山西 孝义 032308）

1 天浩公司转化系统简介

天浩公司100kt／a焦炉气制甲醇装置，于2008年4月全系统打通流程，产出甲醇。本装置的转化系统，采用纯氧转化制取合成气的工艺技术。设计时，总结了前期焦炉气制甲醇装置的运行经验，转化炉采用金属烧嘴，转化废锅采用挠性薄管板结构，转化气脱硫槽放在了系统流程的中间部位，收到良好的效果。本文对转化系统运行四年来出现的一些典型问题，进行总结分析。

2 转化系统运行四年出现的问题及其处理措施

2.1 转化炉入口焦炉气温度低，不能投氧

2.1.1 当时的情况

根据设计要求，为确保安全，转化炉投氧时，其入口焦炉气温度需达到660℃。初期开车，转化炉入口焦炉气温度达到620℃左右后，无论怎样调整，温度不再上升。

2.1.2 原因分析

（1）初期开车，预热炉燃料气用的是气柜来的焦炉气，管线较长，到转化压力为0.9kPa，由于压力较低，进烧嘴的燃料气流量达不到要求。

（2）预热炉烧嘴的空气调节阀FIC60603的阀芯被卡住，实际最大只开启40%左右。空气量不足，预热炉的整体热量少，被加温的焦炉气温度低。

2.1.3 处理措施

（1）在进转化系统的焦炉气管道PG60601上，配置了一道DN50的管线接到预热炉燃料气管上，用于燃料气补气，解决了问题。

（2）清理调节阀FIC60603的阀芯及管道内污物，阀门正常后，转化炉升温，预热炉燃料气未再从焦炉气管线PG60601补充过原料气。

2.2 废锅进口管箱鼓包

2.2.1 当时的情况

转化废锅的进口管箱材料是15CrMoR，内里衬有两层浇注料，设计操作温度为990℃，操作压力为1.9MPa。正常生产时温度为900～950℃，压力为1.75～1.85MPa。

2008年5月28日22：00，发现转化废锅的进口管箱壁上鼓起一个红色的包。事后检查，鼓起的包在进口管箱人孔的上面，沿废锅径向约1000mm，轴向约500mm；凸起最高处约50mm，距离人孔300mm，人孔接管与管箱的焊缝处微有凸起。

2.2.2 鼓包原因

（1）初期运行开停车次数较多（5月1日至5月28日停车9次），转化废锅频繁地泄压升压、降温升温，导致鼓包处的管箱壁与浇注衬里之间产生了缝隙。

（2）进口管箱的人孔封堵不合格。

进口管箱的人孔封堵件由一个耐火堵头和3个隔热堵头组成，安装时要求耐火堵头的圆弧面与管箱内浇注衬里的圆弧面吻合无误，不得错位，每个堵头与管箱内浇注衬里的贴合面四周用耐高温陶纤棉填紧塞实，堵头与堵头之间也用耐高温陶纤棉填紧塞实，堵头安装完毕后的剩余空间用耐高温陶纤棉塞实，确保堵头不移位，最后盖好法兰盖，拧紧螺栓。

但事后检查，耐火堵头的圆弧面与管箱内浇注衬里的圆弧面错位90°，堵头与管箱内浇注衬里的贴合面四周的耐高温陶纤棉没有填紧塞实，导致900℃以上的高温气体通过堵头与浇注衬里的缝隙，窜入管箱壁与浇注料之间的缝隙，致使部分管壁长时间在高温高压气体的作用下产生了鼓包。

2.2.3 处理措施

（1）进口管箱壁与浇注衬里的缝隙，用耐高温陶纤棉塞实；人孔堵头按技术要求装好，耐火堵头的圆弧面与浇注衬里的圆弧面吻合无误，每个堵头与管箱内浇注衬里的贴合面四周用耐高温陶纤棉填紧塞实，堵头与堵头之间也用耐高温陶纤棉填紧塞实，堵头安装完毕后的剩余空间用耐高温陶纤棉塞实，确保堵头不移位。

（2）进口管箱鼓包部位装一表面温度计，数据引到控制室在线监测；操作工定时用红外线测温仪检测鼓包处温度，并记录。

（3）进口管箱上面装一根喷淋水管，根据设计要求，管箱壁表面温度一旦超过150℃，喷水降温。

2.3 焦炉气压缩机跳车，转化炉超温

2.3.1 转化炉两次超温情况

2008年6月21日13：42，焦炉气压缩机跳车后，转化炉的温度点TI60608（触媒层最上端）显示最高温度为1393℃；2008年7月29日17：37，焦炉气压缩机跳车后，TI60608点显示最高温度为1387℃。此后，TI60608点测温计显示温度波动较大，怀疑烧坏。

2.3.2 超温原因

（1）两次超温都是因为焦炉气压缩机全部跳车，转化切氧不及时所致。

（2）前期出现过焦炉气流量计FR60611突然显示为零，转化及时切氧停车，事后知道是流量计显示错误，压缩机并没有停车。这两次焦炉气压缩机跳车，流量计FR60611均显示下降，但操作工打电话询问后才切除氧气，以致转化炉超温。

2.3.3 处理措施

（1）将焦炉气压缩机的运行状态显示在转化操作画面上，转化操作工能随时观察焦炉气压缩机的运行情况。

（2）增加焦炉气压缩机全部停车时，进转化炉氧气切断阀HS60602自动关闭及氧气放空阀HS60603自动打开的联锁。此后，焦炉气压缩机跳车，未再出现过转化炉超温现象。

2.4 转化炉的金属烧嘴法兰处着火

2.4.1 当时的情况

2009年11月23日4：10，转化炉床层温度大幅下降，测温点TI60608三分钟内由1021℃降到934℃，且呈持续下降的趋势，现场发现转化炉顶部有大量蒸汽，其他均显示正常，怀疑氧气管道泄漏，操作人员作紧急停车处理。随后，转化切氧，接着听到爆鸣声，看到转化炉顶部着火。

事后确认，着火部位是金属烧嘴与氧气管道连接的法兰处，并发现如下问题。

（1）金属烧嘴本体及氧气管道上的法兰烧毁，一个连接螺栓烧断。

（2）金属烧嘴中间管内部组织有过烧现象，局部组织奥氏体晶粒粗大。

2.4.2 着火原因

（1）金属烧嘴与氧气管道连接的法兰泄漏，突然切氧后，转化炉内的高温气体顺着金属烧嘴倒流，从法兰处喷出着火。

（2）因检修，氧气管道于11月初安装，该处法兰的螺栓紧固力可能不够。

（3）2009年11月11日至22日，12d的时间内，因种种原因，转化系统停车6次，系统频繁地泄压升压，导致该法兰的垫片密封性变差及螺栓松动，气体泄漏。

（4）此法兰处的监控摄像头损坏，氧气轻微泄漏时，没有及时发现，可能长时间泄漏导致垫片损坏。

（5）处理不当。怀疑氧气泄漏后，若氧压机由打氧气直接改为打氮气，然后转化系统再泄压、切焦炉气，逐步停车，则不会发生着火；紧急停车切氧后，空分至转化的氧气管道内的氧气没有置换，氧压机打氮气灭火，短时间内，氧气与煤气在该法兰处混合喷出着火，温度较高，将法兰及螺栓烧坏。

2.4.3 处理措施

（1）停车后更换备用金属烧嘴，损坏的金属烧嘴送厂家维修。

（2）利用停车机会检查各处垫片使用情况，并紧固法兰螺栓，减少泄漏现象。

（3）维修好各处监控摄像头，便于及时发现问题。

（4）加强全厂生产管理，减少停车次数。

（5）加强职工培训学习，探讨各种事故发生后的应急处理预案。

2.5 预热炉的焦炉气盘管出口管箱法兰处着火

2.5.1 当时的情况

2010年4月7日2：52，生产满负荷运行中，预热炉的焦炉气盘管出口管箱法兰处突然着火，转化作紧急停车处理。事后检查，该法兰的垫片损坏，法兰完好。

该法兰的密封面型式为凸面（RF），密封垫片为缠绕垫，型号为D450－1102323。

2.5.2 着火原因

（1）当时，预热炉的焦炉气出口温度为636℃，法兰泄漏，煤气喷出后着火。

（2）该法兰的垫片是2008年检修时更换的，使用时间较长，加之系统多次停车、开车，为防止螺栓松动，多次进行紧固，垫片密封效果变差。

（3）甲醇系统近期为满负荷生产，二合一压缩机因蒸汽压力下降多次掉转速，造成转化系统偶有超压现象。

（4）根据标准 HG／T60610－2009，该金属缠绕垫的最高使用温度为650℃。实际上，预热炉的焦炉气出口温度，正常生产时控制在630～660℃之间，投氧时达到660～670℃，超出其使用温度范围，加剧了该垫片的损坏。

2.5.3 处理措施

（1）停车后更换垫片。

（2）将预热炉的焦炉气出口温度下调，正常生产时控制在500～530℃，投氧时控制在650～660℃，并尽量缩短持续时间，减少对垫片的损害。

2.6 预热炉的蒸汽盘管爆裂

2.6.1 当时的情况

2010年5月14日10：00，甲醇生产稳定运行中，预热炉蒸汽盘管突然爆裂。事后检查，爆裂的位置在蒸汽盘管的最上层，中间一圈的进汽口弯头的焊缝部位，裂缝沿管环向开裂，开裂长度约为三分之二周长，裂缝呈 “V”字型，最大宽度在管的上方，约有5mm，并发现中间一圈的盘管向下塌陷，炉管间的支撑件有一些掉落。

2.6.2 爆裂原因

（1）蒸汽盘管上下两炉管之间的支撑件与炉管都是点焊固定，整个盘管用托架悬挂在顶部固定件上。当上下两炉管膨胀量不一致时，易导致炉管之间的支撑件与炉管脱焊而掉落，炉管则因长期受热变形塌陷。

（2）焊接质量有缺陷。对蒸汽盘管进汽口弯头处的焊缝按《承压设备无损检测》标准（JB／T4730－2005）进行100%射线探伤检测。探伤结果显示，有超出标准的气孔、夹渣和未焊透等缺陷，评定等级为4级，未达到《管式炉安装工程施工及验收规范》（SH／T3506－2007）中第7.3.5条之规定，炉管对接焊缝射线检测时，合格等级不得低于Ⅱ级的要求。

（3）甲醇系统开车初期，系统频繁开停车，预热炉频繁升温和降温，炉管则频繁热胀冷缩，容易导致支撑件与炉管的焊点脱焊，支撑件掉落。

（4）正常生产时，预热炉蒸汽盘管的出口蒸汽温度接近400℃，炉管内蒸汽压力约为2.4MPa，加热蒸汽盘管的烟气温度接近500℃。炉管长期经高温作用，其热强性会显著降低，支撑件掉落后，容易变形塌陷。

2.6.3 处理措施

（1）对处理的破口和附近管材进行超声波检测，防止管材出现裂纹、凹陷等缺陷。焊接后，对焊缝进行100%无损探伤检测，达到Ⅱ级合格。

（2）掉落支撑件的位置用合适的条形板支撑炉管，条形板焊接在悬挂蒸汽盘管的拉板上，条形板的材质与拉板的材质一样。

（3）加强操作人员的业务培训，避免生产系统频繁地开停车，有效减少炉管热胀冷缩的次数。

（4）严格控制工艺指标，确保蒸汽盘管的出口蒸汽温度不超设计温度400℃。

3 总 结

转化系统是焦炉气制甲醇装置的关键工序，若运行不正常，将影响整个甲醇装置的生产。通过处理试车及运行中出现的问题，逐步解决了影响转化运行的瓶颈问题，为甲醇装置的稳定生产创造了条件。

［1］祝立群，叶卫东，万家瑰.三种炉管材质在长期高温下的组织探伤研究［J］.材料研究与应用，2011，21（4）：287～290.