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类型气化炉优化设计.pdf

  • 上传人:first2
  • 文档编号:100371958
  • 上传时间:2021-09-07
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    关 键  词:
    气化 优化 设计
    资源描述:
    第 4 6卷第 2期 2 0 0 9年 4月 化工设备与管道 P R O C E S S E Q U I P ME N T&P I P I N G Vo 1 4 6 No 2 Ap r 2 0 0 9 单 元 设 备 气化炉优化设计 刘克 , 倪 云峰 , 王宏 ( 中石油东北炼化工程有 限公 司吉林没计院 , 吉林 吉林1 3 2 0 0 2 ) 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 : T Q 0 5 0 2 文献标识码 : A 文章编号 :1 0 0 9 3 2 8 1 ( 2 0 0 9 ) 0 2 - 0 0 1 2 - 0 3 Opt i mum De s i g n f o r Ga s i f y i n g Fu r na c e LI U Ke, NI Yu n- f e ng, W ANG Ho n g ( P e t r o C h i n a A o r t h e a s t R e fi n i n gC h e m i c a l E n g i n e e r i n g C o L t d , J i l i n D e s ig n I n s t i t u t e , J i l i n 1 3 2 0 0 2 C h i n a ) A b s t r a c t : B y a n a l y z i n g t h e p 1 o b l e ln s o f g a s i i n g f u r n a c e , a n o p t i mu m d e s i g n w i t h C O Il e s p o n d i n g t e c h n i c a l me a s u r e f o r t h e n e w g a s i 6 y i ng f u r na c e i s c a r r i e d o u t i n t h e l-e f o r l n de s i g n pr o c e s s I t e ns u l e s t ha t t h e g a s i f y i n g f u r na c e c o u h l be o p e r a t e d mo r e s a f e l y an d e c o n o m i c a l l y Th i s o p t i mum d e s i g n ma y be t a k e n a s r e f e r e n c e i n o t h e r s i mi l a r f u r na c e s Ke y wor ds: g a s i f y i n g f r n a c e: f u r n a c e s he l l :l i n i n g: o p t i n mm d e s i g n 某 大 型 国有 化工 企业 的合 成 气装 置始 建 于 1 9 7 7年, 1 9 8 2年 5月建成投产 , 原设计能力为生产 合成气 1 1 8 8 4 m h 、 氢气 1 1 5 4 8 n 1 h 该 装置采 用谢尔渣油加压部分氧化造气工艺 , 生产以 C O和 H 为主要成分的原 料气 , 其 中部分原料气经脱硫 、 脱碳后 , 作为合格的羰基合成气送往丁辛醇装置 ; 另 一 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 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 厂近 2 5年 , 而装置设计使用年 限为 l 5年 , 部分设备设计 使用寿命为 l 0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高 , 其他气化 炉也存在类似情况 。为保证装置长周期 、 安 全稳定 运行, 必须对存在的安全隐患进行彻底治理 , 要求对 l 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 气化炉作为合成气装置中的关键设备之一 , 按 照 压力容器安 全技术监察规程 属于第三类反应 容器 , 其结构形式 为立式 圆筒形容器 , 炉壳 为钢壳 体 , 内衬耐火材料。气化炉的结构如图 1 所示。 封 头 炉壳 对里 支腿 图 1 气化炉结构 收稿 日期 : 2 0 0 8 1 2 - 1 6 作者简介 : 刘克( 1 9 6 4 一 ) , 男 , 吉林省吉林市 人, 高级工程师 。全 国 化工工 炉设计技 术 巾心站技术 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 学工业炉和压力容器设计工作 。 2 0 0 9年4月 刘克, 等 气化炉优化设计 1 3 1 2技术参数 气化炉技术参数见表 1 。 表 1 1 气化炉技术 特性 项 目 参 数 容器类别 工作介质 介质特性 壳体材料 工作压力( G) MP a 设计压力( G) MP a 工作温度 q C 设计温度 第三类 合成气 易燃 易爆 1 5 Mn V R内衬耐火砖 3 3 3 6 3 炉 内: l 3 5 01 4 0 0 ; 炉壳 : 1 5 0 炉 内:1 4 5 0 ; 炉壳 : 2 0 0 程中易出现炉砖伸缩量过大导致热电偶受剪切断裂。 2 4 连接管路内的耐火衬里损坏 由于气化炉与废热锅炉均是立式布置的, 当装 置正常运行时 , 衬里均向上膨胀 , 而连接气化炉与废 热锅炉的管道是水平布置的 , 其衬里与气化炉与废 热锅炉衬里相贯连接。当装置正 常运行时 , 水平连 接的管路内的耐火衬里沿水平方向膨胀 。在连接点 处 , 就存在膨胀方向的不一致性 , 特别是在开车与停 车过程 中以及负荷变化而引起温度 的不断变化时 , 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 1 气化炉炉壳材质 为 1 5 Mn V R, 多 年运行后该 炉炉壳经超声波和射线无损检测 , 发现超标缺 陷多 处 , 缺陷产生的原因主要和当时制造厂焊接工艺 、 方 法等有关 , 已无返修价值 ; 其使用年限已超过设计寿 命 l 5年 , 属于超期服役 ; 为 了确保安全生产 , 对炉壳 和衬里实施全面更新 , 势在必行 。 2 2壁 温超标 在气化炉使用过程中, 由于生产负荷 、 工艺操作 及超期服役等原因, 1 气化炉 内衬造成窜气 、 局部冲 刷 、 个别部位耐火砖脱落 , 常导致炉壁温度超过 2 3 0 。为了保证生产负荷需要 , 长期采用氮气吹扫降 温法 , 人为对超温部位进行连续强制降温 。 2 3热 电偶 剪断 气化炉衬里受热膨胀。由于 1 气化炉高径 比较 大, 属高瘦形 , 因此纵向总膨胀量较大 , 在开停炉的过 3 1 炉 壳体 材料 的优选 1 气化炉原 炉壳材质为 1 5 M n V R, 在现行压力 容器用钢板标准 中已被废 止。因此, 首先面临的是 重新选择气化炉炉壳材质。为此专门考察 了类似的 合成气装置 , 该装置气化炉是从国外引进的, 其炉壳 材质为 S A 3 8 7 G r l 1 C L 2 ( 1 2 5 C r - 0 5 Mo ) 材料 。该 气化炉炉体工作 温度在 2 0 43 1 6之问。由于合 成气含有 H , 根据纳尔逊曲线 , 选用铬钼钢是安全 、 合适的 ; 而对于 1 气化炉 的炉壳 , 根据纳尔逊 曲线 , 由于设计温度未超过 2 6 0 c c, 选择碳 钢不会产生氢 腐蚀 ; 再从表 2化学成 分 、 表 3力学性能和工艺 性 能 、 表 4高温力学性能 以及制造 、 经济性 、 安全性 等 各方面综合考虑 , 由于铬钼钢 1 5 C r Mo R焊接性能较 差 , 焊后必须进行整体热 处理 , 且 材料价格也 比较 高 , Q 3 4 5 R材料综合性能指标好 , 所 以选择 Q 3 4 5 R 材料作为 1 气化炉的炉壳更为合适 。 表 2化学成分 ( 下转第2 2页) 2 2 化工设备与管道 第 4 6卷第 2期 质量高 , 从而能生产出优质高产的成品对硝。 ( 2 )由于翅片结 晶器换热面积较大 , 缩短了操 作 台时, 提高了劳动生产率。 ( 3 )原有生产运行的卧式列管式结晶器化料的 传媒介质是低压蒸汽, 而翅片结晶器是用热水进行 化料 的。工艺 的改 进 体现 的优 越性 主要 有 以下 几点 : 减少了蒸汽消耗。 减少了设备的维修。由于卧式结晶器用蒸 汽进行化料 , 易造成汽 、 液在设备内“ 打架” , 长期运 行易造成结晶器的局部损坏 ; 而箱式结晶器不存在 卧式结晶器的化料工艺弊端, 从而保证了设备能够 长期处于良好的运行状态。 ( 4 )不仅结晶的进 、 出料采用全 自动操控, 而且 增加了配水及化料过程的 自控 , 在化料生产过程中, 操作工不需经常做开 、 停循环水泵, 开、 关水汽阀门 等不必要的工作 , 稳定了生产, 减轻 了劳动强度, 降 低了生产成本。 ( 5 )新设备只采用热水循环降 、 升温, 所需循环 流量小 , 吨产品用泵电机功率小 , 能耗低。 ( 6 )此新型结晶器的使用 比手动操作列管卧式 结晶器在水耗 、 电耗 、 汽耗方面大大降低 , 结晶得率 提高 I 倍多。 4 结束语 此新型结晶器的使用 , 为该公司结晶装置扩大 了产能, 提高了产品质量, 减少了项 目建设用地, 降 低了产品制造生产成本 , 同时在我 国有机 中间体生 产领域采用高性能、 大型化设备有了成功的尝试 , 提 高了我国有机中间体生产技术 、 设备与综合制造成 本的国际市场竞争能力。 3 2气化炉衬里优化设计 该气化炉原有炉衬工作面刚玉砖较厚 , 使得隔 热层的厚度相对较薄 , 是该炉壁超温 的主要 原因。 因此 , 应适 当减少工作面刚玉砖 的厚度, 相应增加隔 热层衬里的厚度 , 并选用耐高温隔热材料。 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 制炉壁温度在 1 5 0 以内。 3 3 防止热电偶剪断的优化设计 在耐火衬里设计上, 应增设托砖板 , 以解决衬里 膨胀量过大造成热电偶剪断的问题。采用新型托砖 板结构 , 减少热量的导出; 在托砖板外壁处设置散热 片, 以降低该处的外壁温度 ; 逐层将衬里热电偶孔改 为长圆条孔 , 在结构上采取特殊的动态高温密封处 理 ; 在炉壳内壁喷涂耐高温防腐隔热涂料 , 以减少对 炉壳的腐蚀。 3 4气化炉与废锅连接部位结构优化设计 将原结构 由圆柱相贯改为平面结构。其两衬里 节点在热膨胀过程中不会影响结构效果。 4 结束语 气化炉是合成气装置中的关键设备之一, 其安 全性和可靠性直接关系到装置能否安全、 稳定 、 长周 期 、 满负荷运行 。目前国内有多套合成气装置处于 超期服役状态。本文对超期服役的 1 气化炉存在 的主要问题进行 了分析, 对优化设计进行了阐述 , 对 同类气化炉的更新设计具有一定借鉴作用。
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