加氢进料燃烧炉衬里改造

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中图分类号：TQ 050.4；TH 134 文献标志码 ：B doi：10.3969/j.issn.1000-7466.2013.04.019Lining Technical Innovation of Hydr0genatiOn Feed Combustion FurnaceYIN Qi-ling ，ZHANG Jie ，QIN Yun-liang ，WANG Tuan-liang ，HUANG Xiao-lin ，W ANG Chang-bao . LIU Zhi-qiang(1.Puguang Branch，Zhongyuan Oilfield Company，SINOPEC，Dazhou 636156，China；2.Technical M onitoring Center，Changqing Oilfield Company，CNPC，Xi an 710021，China)Abstract：The structure and lining form of the hydrogenation feed combustion furnace of tail gastreatment unit in natural gas purification plant were introduced.Part lining of the hydrogenationfeed combustion furnace was suffered for damage，subside，or even fall at beginning，which leadto over temperature of combustion furnace wall and affected norma1 production.Reformation planwas proposed to solve the problem existed in lining of hydrogenation feed combustion furnace。

Key words：combustion furnace；natural gas；lining；high sulfur gas；purification plant国家十-五重点工程川气东送工程普光气 田天然气净化厂共有 6套天然气净化工艺装置及配套设施，每套联合工艺装置 由两个 系列 的脱硫 、硫磺 回收、尾气处理单元和共用 的脱水、酸性水汽提单元组成。尾气处理单元通过加氢还原反应将其 中的SO 、S还原为 H S，加氢还原反应需要 的热源和还原性气体是通过加氢进料燃烧炉提供的。因此，燃烧炉加热效果和稳定性对于硫磺尾气的处理至关重要 。

普光净化厂的加氢在线燃烧炉在装置投产使用初期，相继出现部分衬里损坏、下沉，甚至脱落 的现象 ，导致燃烧炉外壁超温 ，严重影响了装置的安全平稳运行 ，文中对此进行了详细介绍 。

1 加氢进料燃烧炉简介1.1 结构加氢进料燃烧炉(简称燃烧炉)为卧式、圆筒形结构。除特殊部件外，燃烧炉壳体材质为碳钢，直接暴露在火焰辐射部分 的金属为 316SS，设计制造遵循 ASME的相关标准。

燃烧炉前部 由净化天然气及燃烧空气混合燃烧 ，尾气过程气在燃烧炉中部节流环后进入 ，加热至收稿 日期 ：2013-01-28作者简介：尹琦岭(1965-)，男，山东菏泽人，教授级高级工程师，学士，从事石油化工设备的管理工作。

第 4期 尹琦岭 ，等 ：加氢进料燃 烧炉衬里改造加氢反应温度 。燃烧炉前部温度可超过 1 600℃，这就要求燃烧炉衬里同时具有良好的耐高温及隔热性能 。

原设计中，衬里采用总厚度为 254 mm 的两层结构，其中第-层为耐火层，厚度 114 mm，材质为刚玉；第 二层 为隔热层 (靠 近壳体-侧)，厚度140 mm，材质为轻质莫来石。

1.2 运行出现的问题在前期个别设备出现损坏的情况下，对全厂 12台燃烧炉从设备前、后部看火孔对内部衬里进行检查♂果发现，12台燃烧炉在运行过程中，存在不同程度的衬里损坏，主要表现：①燃烧器衬里损坏。

②节流环砖块断裂脱落 。原节流环采用单圈大砖结构，即在原衬里砌筑好后，在其内侧规定位置直接用大砖砌筑节流环 ，该节流环与原衬里没有任何衔接。

检查中发现，该节流环与原衬里有相互位移。③燃烧室耐火砖脱落。④扩径处耐火砖破损及脱落。顶部耐火砖出现断裂、下沉情况，导致该部位壳体外壁温度超出设计温度 300℃(外部壳体设计温度最高315℃，设 备 运 行 时外 部 壳 体 温度 最 高 可 达600℃)。⑤炉体后端浇筑料破损。

2 衬里失效原因分析 ]2.1 耐火材料选用不合理重质高铝耐火砖的优点是耐高温、高强度等，其缺点是抗热震稳定性差、脆性大，即重质高铝耐火砖在极冷极热交替的环境影响下，寿命会大幅降低，出现断裂。

净化厂由于其他设备问题，会经常造成装置局部停工，其中燃烧炉所处的尾气处理单元由于加氢反应器出口冷却器管板泄漏情况，频繁检修停工。

在此过程中，就会造成加氢炉内部温度极冷极热的情况。并且在开停工过程中，会采取-些保护反应器催化剂的手段，如通氮气保护催化剂等，这样就导致加氢炉在使用过程中温度不稳定，最终导致刚玉耐火砖强度下降，质地疏松，随着时间的延长容易出现脱落，甚至碎裂的现象。

2.2 衬里结构不合理燃烧炉原设计采用了两层衬里结构，此两层衬里结构比较简单 ，膨胀缝设置为直缝，用耐火陶瓷纤维填塞。在极冷极热过程中，陶瓷纤维不会随温度变化收缩膨胀，但是耐火砖会随温度变化膨胀收缩，这样就造成膨胀缝处出现间隙，造成热烟气窜至壳体外壁，导致超温。

具体表现：①燃烧器看火孔处浇注料烧损严重 ，粉化脱落导致高温烟气窜入隔热层，烧损的隔热砖是导致燃烧炉外壁超温的直接原因。②原节流环结构容易导致炉体耐火砖与节流环耐火砖的相对位移，节流环结构的不稳定性导致了耐火砖的下沉甚至脱落 。③膨胀缝直缝结构的不合理容易导致热烟气外窜。

3 衬里改造[ 9]3.1 新耐火材料锆刚玉莫来石砖耐火砖是在氧化铝 中加入-定比例的氧化锆或锆英石砂 ，在 电弧炉中共 同熔融制得。特点：①良好的耐熔体侵蚀性，耐热震性和高温结构强度。②极好的抗高温酸性气体侵蚀能力，高纯氧化铝和氧化锆的加入确定了该材料的高温度和耐火度。③良好的高温强度、抗蠕变能力，适应于频繁开停炉工况，可以有效防止温度急剧变化产生的热应力 。

3.2 优化衬里结构(1)增 加 衬 里 层 数 优 化 后 的衬 里厚 度 为256 mm的 3层砌 筑结 构，其 中第- 层为 厚度114 mm的耐火层，材质为锆刚玉莫来石砖。第二、三层为厚度 140 mm 的隔热层 ，第二层材质为 M28型轻质莫来石砖，厚度为 77 mm，密度 1.0 g/mm。；第三层 材质 为 M23型轻质 莫来 石砖，厚 度为65 mm，密度 0.6 g/mm。。其结构示意图见图 1。

锆刚玉莫来石砖莫来石质隔热砖M28莫来石质隔热砖M23图 1 燃烧 炉新 3层衬里结构示 图(2)看火孔处隔热层增加 了刚玉管 ，结构示意图见图 2。

(3)改变节流环结构 ①加厚节流环耐火砖轴向尺寸，并且将节流环耐火砖镶嵌在炉体衬里耐火砖内，使其与衬里耐火砖形成-个整体以避免发生相互位移，见图 3。②节流环耐火砖环向采用榫槽第 4期 尹琦岭 ，等 ：加氢进料燃烧 炉衬 里改造 · 77 ·此次改造制定的烘炉曲线见图 6。

300。 i 保温 20 48h110：/h/ 升温时fl/h图 6 理论烘炉 曲线实际操作中，衬里烘干的控制采用电加热设备对炉内温度进行逐级升温来完成。升温速率控制在5。C/h，从环境温度 30℃将衬里温度升至 350℃。

图 7 数控烘炉 曲线数控烘炉后应当组织人员对衬里结构进行全方位检查 ，包括膨胀缝是否有伸缩 ，看火孔衬里是否有移位、破损，耐火砖是否有破损，浇注料裂纹是否在规定范围内等情况 。

在数控烘炉完成后，将燃烧炉衬里进行在线烘炉，即用燃料气与空气燃烧进行烘炉，通过控制炉温对衬里进行再次烘干 ，保证将衬里 中游 离水及结 晶水全部烘干。

5 结语净化装置中的 152系列和 141系列 2台燃烧炉衬里完成改造后，分别于 2011-05-23和 2011-09-19投人使用。经过测量，两炉外壁壳体温度最高点分别为217。C和210℃，其余点约 180。C左右，符合设计要求 。

改造后的燃烧炉运行平稳，衬里性能良好，取得了较好的效果，对同类型设备的安全、平稳、长周期运行具有借鉴意义。